Bővített fokozatú SUGÁRVÉDELMI TANFOLYAM

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Bővített fokozatú SUGÁRVÉDELMI TANFOLYAM"

Viktor Hegedüs
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Bővített fokozatú SUGÁRVÉDELMI TANFOLYAM Sugárfizikai alapismeretek. A röntgen sugárzás keletkezése és tulajdonságai. Salik Ádám, sugárvédelmi szakértő salik.adam@osski.hu, ORSZÁGOS SUGÁRBIOLÓGIAI ÉS SUGÁREGÉSZSÉGÜGYI KUTATÓ INTÉZET

2 Ionizáló sugárzások Sugárzás típusa Sugárrészecske RADIOAKTÍV SUGÁRZÁSOK Alfa (α) -sugárzás 4 2 He ++ Béta (β) - sugárzás e -, e + Gammasugárzás (γ) foton RÖNTGEN SUGÁRZÁS foton NEUTRON SUGÁRZÁS neutron

3 SUGÁRFIZIKAI Az atom felépítése Röntgensugárzás Elektronhéj A sugárzás fogalma

4 Az atom felépítése Protonokból és neutronokból álló ATOMMAG Elektronokból álló ELEKTRONHÉJ az atom mérete : ~ m az atommag mérete : m az atommag sűrűsége : kg/m 3

5 RÖNTGENSUGÁRZÁS 1896 Wilhelm C. Röntgen X-sugárzás észlelése kisülési csőben, 1912 Laue elektromágneses sugárzás, Broglie hullám-részecske kettőségi elmélete (az elekromágneses sugárzás bizonyos kölcsön-hatásokban hullámként, másokban részecskeként, ún. fotonként viselkedik).

6 A röntgendiagnosztika kezdete

8 Röntgen alapkészülék sémája

9 A röntgensugárzás előállítása Nagy sebességű elektronok valamilyen anyagba való ütközésük (anyagban történő lefékeződésük)során kölcsönhatásba kerülnek az anyag atomjaival, és ennek a folyamatnak következtében, ún. röntgensugárzás keletkezik. Röntgencső az elektronok a katód és anód között létesített feszültség ( kv) által felgyorsulnak és az anódban ütközve lelassulnak, a röntgensugarakat a lefékeződő elektronok váltják ki. Sugárzás energiája: csőfeszültség (kv) Sugárzás intenzitása:csőáram (ma)

10 Röntgensugárzás előállítása

11 röntgencső kialakítása kollimátor-mezőméret

12 A röntgensugárzás tulajdonságai előállításához külső (elektromos) energiára van szükség, kizárólag addig sugároz, ameddig a röntgencsövön áram folyik át, az elektronhéjban keletkezik, a keletkezési mechanizmus szempontjából két fajtáját különböztetjük meg: fékezési és karakterisztikus röntgensugárzást, az elektromágneses sugárzások közé tartozik, (minta a gamma sugárzás) sem elektromos, sem mágneses térrel nem téríthető el, fénysebességgel terjed egyenes vonalban, (minden esetben)

13 Röntgensugárzás gyengülése abszorbensben A röntgensugárzás az anyagban (abszorbeáló) exponenciálisan gyengül. N N e 0 d d: abszorbens vastagsága : gyengítési együttható HVL: felezőréteg TVL: tizedelő réteg

14 Kölcsönhatás az anyaggal Kölcsönhatás eredménye: gerjesztés, ionizáció szóródás elnyelődés áthatolás Detektor Energia átadás

15 GERJESZTÉS- IONIZÁCIÓ a sugárzás-anyag kölcsönhatás során a sugárzás energiája elsősorban az elektronhéj gerjesztésére, ionizációjára fordítódik Sugár-részecske e- kiszakad Ionizáció e- külső pályára kerül Gerjesztés Energia átadás IONIZÁCIÓ: az atomból kiszakad egy elektron Biológiailag az ionizáló képesség döntő jelentőségű Sugárvédelmi mérésekre leggyakrabban alkalmazott hatás

16 A röntgen technikai beállítások hatása I. A diagnosztikai képalkotás szempontjából a fotoelektromos abszorpciónak és a Comptonszóródásnak van szerepe (a vizsgálati beállításokkal módosítani lehet) 10 cm lágyrész esetén 50 kv csőfeszültséget alkalmazva a röntgenfotonok 99,27%-a elnyelődik és csupán az elsődleges sugárnyaláb 0,73%-a halad át a szöveten és érkezik a receptorfelülethez (detektor). 130 kv csőfeszültséget alkalmazva az elsődleges sugár 94,4%-a nyelődik el és 5,6% halad át a szöveten. egy 5 cm vastag lágyrész vizsgálata esetén 50 kv-nál 91,45% elnyelődik és 8,55% halad át. 130 kv esetén ez az arány 76,34% és 23,66%.

17 A technikai beállítások hatása II. Ha a kimenő dózis szintjét fenn akarjuk tartani, akkor a csőfeszültség emelése esetén a mas értéket, azaz a fotonszámot csökkenteni kell. ha a kvp-t emeljük, nőni fog a szóródás és csökkenni a fotonok abszorpciója. Az emberi testben jó néhány diagnosztikai röntgenvizsgálat alkalmával a Comptonszóródás a jellemző kölcsönhatási forma. Magasabb fotonenergiáknál tehát a Compton-szóródás lesz a domináns kölcsönhatási forma, a diagnosztikai képalkotásban a vizsgálatok jelentős része történik a fentinél magasabb fotonenergia tartományban.

18 A röntgensugárzás tulajdonságai nagy az áthatolóképessége, az áthatolóképessége befolyásolható (csőfeszültség, csőáram, szűrés), a röntgensugárzás ionizál, azaz az eredetileg semleges atomokból, molekulákból töltéssel rendelkezőt csinál (ion párok keletkeznek), hatására a fotóanyagok megfeketednek, bizonyos anyagokat fénykibocsátásra késztet.

19 Radioaktivítás

20 Az atom A Z X Pl.: U 53 I 78 A: tömegszám: protonok és neutronok száma Z: rendszám: protonok száma

21 Az atommag Az elem kémiai tulajdonságai a rendszámtól (protonok számától) függenek. Az egyes kémiai elemek viselkedését, a periódusos rendszerben elfoglalt helyét az szabja meg, hogy atommagjaikban hány proton van (és ennek megfelelően az elektronhéj szerkezetben hány elektron van).

22 Izotópok Egy ugyanazon kémiai elem (meghatározott Z proton számmal) atommagjai különbözhetnek, más neutronszámmal (N), tehát tömegszámmal (A) rendelkezhetnek. Ezeket az atomokat izotópoknak nevezzük. Izotópok: azonos rendszámú és eltérő tömegszámú atommagok Az izotópok kémiai tulajdonságaik megegyeznek, de lényeges különbségek lehetnek közöttük magszerkezet, magstabilitás tekintetében. Pl.: A természetes klórgáz (rendszáma 17) két izotóp keverékéből áll: Cl (75%), Cl (25%).

23 Izotópfogalom Egy kémiai elem különböző tömegszámú atomjait az adott elem izotópjainak hívjuk; Az izotópok kémiailag és fizikailag lényegében azonos módon viselkednek, tulajdonságaik mindig az adott elemre jellemzőek; A különbség az atommag stabilitásában van. a stabil izotópok atommagja nem sugárzó, az instabil (radioaktív) izotópok atommagja idővel átalakul, sugárzást bocsát ki.

24 Hidrogén izotópjai Izotópok = rendszám azonos, tömegszám különböző; kémiailag és fizikailag lényegében azonos módon viselkednek, tulajdonságaik mindig az adott elemre jellemzőek. a különbség az atommag stabilitásában van. a stabil izotópok atommagja nem sugárzó. az instabil (radioaktív) izotópok atommagja idővel átalakul, a magból sugárzás lép ki.

25 Izotópok Stabil magok (264): 6 12 C, 7 14 N, 8 16 O Természetes radionuklidok: elsődleges természetes radionuklidok: U, K, Rb másodlagos természetes radionuklidok: Ra, Th, Rn indukált természetes radionuklidok: 6 14 C, 13 H Mesterséges radionuklidok (~2000): Co, Cs, Na

26 Az elektronhéj szerkezete

27 Radioaktivitás H. Becquerel 1895: uránsók külső megvilágítás nélkül is bocsátanak ki fényérzékeny anyagokra hatást gyakorló ismeretlen sugárzást; Pierre és Marie Curie: 8 tonna uránszurokércből 0,1 gramm tiszta radioaktív izotópot vonnak ki. A radioaktivitás alapjelensége: spontán, oka: a mag állapota, nem befolyásolható jelenség, az átalakulás és a kibocsátott sugárzás nuklidra jellemző;

28 Alfa-sugárzás Az alfa-sugárzás nehéz, töltött részecskékből, hélium atommagokból álló sugárzás. Hatótávolságuk igen rövid, akár egy vékony papírlap, vagy az emberi bőr is könnyen elnyeli. Levegőben a hatótávolsága 2 10 cm.

29 Béta-sugárzás Nagy sebességű elektronokból álló sugárzás. A béta-részecskék lefékezhetők és elnyelethetők. n p p n

30 Gamma-sugárzás Az α- és β-bomlás során a keletkező új nuklid (leányelem) energiafelesleggel rendelkezik, ún. gerjesztett állapotú. Az energiafelesleget többnyire úgy adja le, hogy elektromágneses sugárzást bocsát ki, amelynek energiája a két energianívó különbségének felel meg. Ezt az elektromágneses sugárzást gamma-sugárzásnak nevezzük. A γ-sugárzás "energia csomagjait" fotonoknak nevezzük.

31 A radioaktiv sugárzások áthatoló képessége

32 Az aktivitás és mértékegysége Aktivitás (jele: A) - időegységre eső magbomlások száma Mértékegysége: becquerel, jele Bq 1 Bq nagyon kicsiny radioaktivitás, a gyakorlatban többszöröseit használjuk: kbq, MBq, GBq, TBq Aktivitás: az időben exponenciálisan csökken T 1/2 felezési idő

33 Néhány példa a gyakorlati alkalmazások során előforduló aktivitások nagyságrendjéről a lakások levegője átlagosan 20 Bq/m 3 természetes radioaktivitást tartalmaz, az emberi test kb. 60 Bq/kg 40 K radioizotópot tartalmaz, a diagnosztikai vizsgálat céljából adott 99m Tc aktivitása MBq, a pajzsmirigyrák terápiájára használt 131 I aktivitása megközelítőleg 3 GBq (Giga) (3x10 9 Bq), a csernobili baleset során körülbelül 40 PBq (Peta) (40x10 15 Bq) aktivitású radioaktív cézium került a környezetbe.

34 Néhány fontosabb radioizotóp felezési ideje és bomlás típusa Radionuklid T 1/2 Jellemző sugárzás H-3 12,3 év béta C év béta Co-60 5,3 év béta, gamma Sr-90 29,1 év béta I-131 8,04 nap béta, gamma Cs év béta, gamma Rn-222 3,8 nap alfa, gamma Ra év alfa, gamma U-235 7,1x10 8 év alfa, gamma U-238 4,47x10 9 év alfa, gamma Pu év alfa, gamma

35 RADIOAKTÍV ANYAG A radioaktív anyagok felhasználása jogi értelemben: az anyag aktivitása és aktivitás koncentrációja mentességi szint fölötti (124/1997. mentességi Korm.rendelet) Felhasználása ZÁRT SUGÁRFORRÁSKÉNT Zártság: a kialakítás a felhasználni kívánt sugárzást átengedi, de a radioaktív anyagot nem NYITOTT RADIOAKTÍV KÉSZÍTMÉNYKÉNT A felhasználás csak izotóplaboratóriumban történhet

36 Zárt sugárforrások

Hasonló dokumentumok

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Az atommag összetétele, radioaktivitás Az atommag alkotórészei proton: pozitív töltésű részecske, töltése egyenlő az elektron töltésével, csak nem negatív, hanem pozitív: 1,6 10-19 C tömege az elektron