Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet 2010. 2. Kötési energia (MeV) Tömegszám"

Karola Fekete
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Egy nukleonra jutó kötési energia Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás Varga József Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám Áttekintés: atomfizika Varga J. Alfa-bomlás p + + n Stabilitási görbe A Z X A 4 4 Z Y + He ++ elıtte utána 1. Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 4 Kis rendszámú magok bomlási módja Neutronszám 1 5 Stabil Béta EC Z=N Pozitron Gamma Béta-bomlás típusai (Negatív) béta-bomlás (β - ): Pozitív béta-bomlás (β + ): Elektron-befogás (EC; K-befogás): n p + e +ν p n + e + +ν p + e n +ν Az elektron és antineutrinó ill. pozitron és neutrinó osztozik az energián folytonos energia-eloszlás, E max jellemzı H-3 n-gazdag Be-7 p-gazdag 5 1 Protonszám 1. Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizikaelıtte utána Varga J. 6 Az elektromágneses spektrum Sugárzások: mi honnan jön? Röntgen Gamma Radioaktív atom Ionizáló sugárzás Ultraibolya Látható fény röntgen-sugár alfa-részecske Infravörös mm hullámhossz, távmérés Mikrohullám, radar TV, FM rádió Rövidhullámú rádió béta-részecske AM rádió 1.E+3 1.E+6 1.E+9 1.E+1 1.E+15 1.E+18 1.E+1 Frekvencia (Hz) gamma-sugár 1. Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 8

Alfa-bomlás p + + n Stabilitási görbe A Z X A 4 4 Z Y + He ++ elıtte utána 3 4 Kis rendszámú magok bomlási módja Neutronszám 1 5 Stabil Béta EC Z=N Pozitron Gamma Béta-bomlás típusai (Negatív)

2 Elektromágneses hullám Gamma-sugárzás Planck-állandó (h= J s): Tömeg-energia ekvivalencia: Gamma-sugárzás: az atommagból jön (vagy e + -e - megsemmisülési sugárzás) Röntgen (X): az elektronhéjból E = h f E = m c karakterisztikus röntgen: ha egy elektron alacsonyabb energiaszintre kerül (meghatározott energiák) fékezési röntgen: töltött részecske lassulásakor elektromos térben (folytonos energia-spektrum) Izomer (=rendszám- és tömegszám-változás nélküli) energia-kibocsátás a magból. Mindig valamilyen más magátalakulást (pl. alfa-, bétabomlást) kísér. Pl.: diszprózium (elektron-befogás után) elıtte utána 1. Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 1 Az orvosi-biológiai gyakorlat számára legfontosabb magátalakulások jellemzıi A radioaktív bomlás jellemzıi Bomlási mód: Változás: Neve Jele Távozik Rendszám Tömegszám alfa α p+n ( 4 He ++ ) - -4 béta β- e- +1 pozitív béta β+ e+ -1 elektronbefogás EC (kar. rtg.) -1 izomer magátalakulás γ γ Egy sugárzó anyag jellemzésekor elsısorban azt kell megadni: milyen fajtájú a sugárzás (alfa, béta, gamma) milyen a keletkezett részecskék energiája mekkora a minta radioaktivitása, azaz átlagosan hány bomlás történik idıegységenként (egysége: 1 bomlás/s = 1Bq) milyen gyorsan csökken a minta radioaktivitása ( felezési idı ) 1. Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 1 A Mo-99 bomlási sémája A Ga-67 bomlási adatai táblázatban töltés csökken (β+) töltés nı (β-) energia csökken Nuklid Felezési idı Bomlási mód Ga h EC P (%) Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 14 A Ga-67 bomlási adatai táblázatban Rad. nukl Kutató laborok leggyakoribb radionuklidjai Boml. mód Tfél Emax Eátl Eγ E rtg H-3 β 1.33 év C-14 β 573 év P-3 β 14.6 nap Nuklid Felezési idı Bomlási mód Ga h EC P (%) S-35 β nap Ca-45 β nap I-15 EC nap I-131 β,γ 8. nap Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 16

elektron alacsonyabb energiaszintre kerül (meghatározott energiák) fékezési röntgen: töltött részecske lassulásakor elektromos térben (folytonos energia-spektrum) Izomer (=rendszám- és

3 99 Mo- 99m Tc generátor Tc-generátor: atomok relatív száma Vákuumos edény Oldószeres edény Szőrı Légszőrı Ólom árnyékolás Alumínium-oxid oszlop 1. Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 18 Csak elektromágneses sugárzás? A gamma-sugárzás nem önmagában lép fel, hanem mindig egy más magátalakulás kísérı jelensége. Idıben elkülönül: metastabil mag Térben elkülönül: K-befogás e - Radionuklid kiválasztása leképezéshez Gamma-sugárzás Karakterisztikus röntgen (K-befogás után) alacsony-közepes energiájú Felezési idı: ~ óra (v. nap) Megfelelı vegyület jelezhetı legyen vele Elektromágneses sugárzást detektálunk! Pozitron-bomlás megsemmisülési sugárzás: 511 kev C-11 N-13 O-15 F-18 γ rtg Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. A leképezı diagnosztika legfontosabb radionuklidjai Pozitron-emissziós leképezés legfontosabb radionuklidjai Nuklid Felezési idı Bomlási P (%) mód Ga h EC Nuklid Felezési idı Bomlási % Se nap EC mód /bomlás C min B N-13 1 min B O sec B+ Kr-81m 13.6 sec IM 19 Tc- 99m 6.3 h IM F min B+ 193 I h EC Rb-8 75 sec B+ 191 I nap B B γ Tl h EC 135 γ X Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. Az in vitro diagnosztika legfontosabb radionuklidja A bomlás törvénye Instabil (még bomlásra képes) magok számának változása: Nuklid Felezési idı Bomlási mód I nap EC 35 7 X X X γ 35 7 P (%) dn = λ N dt e N t / T =. 5 Idıegységenként elbomló magok száma: A = dn dt = λ N A = λ N e = A e λ: bomlási állandó (1/s) ln T = λ felezési idı 1. Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 4

Idıben elkülönül: metastabil mag Térben elkülönül: K-befogás e - Radionuklid kiválasztása leképezéshez Gamma-sugárzás Karakterisztikus röntgen (K-befogás után) alacsony-közepes energiájú Felezési

4 A radioaktivitás statisztikus jelenség Átlagos érték: Milyen a Poisson-eloszlás? f norm Normális eloszlás: ( µ σ x) ( x µ ) 1,, = exp σ π σ Poisson-eloszlás: f Poisson ( µ, x) x µ e = x! µ Sőrőség-függvények nagyobb aktivitás.4 Poisson-eloszlás: A = A pontosabb mérés:. hosszabb mérési idı Áttekintés: atomfizika Varga J Normális Poisson σ = µ Sugárzás elnyelıdése közegben Elektromágneses sugárzás felezési rétegvastagsága (HVL): Elektromágneses hullám Planck-állandó (h= J s): Tömeg-energia ekvivalencia: E = h f E = m c µ d d / d1 / e = N. 5 Részecske-sugárzás maximális hatótávolsága: Részecske: levegıben vízben (testszövetben) alfa ~ cm <.1 mm béta ~ m 1-1 mm 1- MeV-os elektron ~ 1 m ~ cm Gamma-sugárzás: az atommagból jön (vagy e + -e - megsemmisülési sugárzás) Röntgen (X): az elektronhéjból karakterisztikus röntgen: ha egy elektron alacsonyabb energiaszintre kerül (meghatározott energiák) fékezési röntgen: töltött részecske lassulásakor elektromos térben (folytonos energia-spektrum) 1. Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 8 Röntgen- és gamma- elnyelıdési formái fotoelektromos kölcsönhatás (PE) (rugalmatlan) Compton-szórás (C) (rugalmas; inkoherens) párkeltés (PP) Thomson- v. Rayleighféle (rugalmas; koherens) szórás (R) Fotoelektromos kölcsönhatás Na:. ev szükséges az elektron kilökéséhez 1. Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 3 Fotoelektromos kölcsönhatás (I-131) és karakterisztikus röntgensugárzás keltése meghatározott energiájú kötési energia 1 kev 66 kev fotoelektron rugalmatlan ütközés Karakterisztikus röntgen: 1. Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 3

6 Normális Poisson σ = µ Sugárzás elnyelıdése közegben Elektromágneses sugárzás felezési rétegvastagsága (HVL): Elektromágneses hullám Planck-állandó (h=6.

5 Compton-szórás The number of scattered photons per unit solid angle, d(esincoh) / dw, at scattering angle q. Energies of the interacting photons are,.1,.1, 1. and 1 MeV. Comptonelektron Vegyértékelektronok 1 kev Beesı Törési szög rugalmas ütközés Szórt Forrás: 1. Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 34 Párkeltés Röntgen- és gamma- elnyelıdési formái Fe-ban Beesı (Pozitron) Gerjesztés és ionizálás ( Negatron ) Gerjesztés és ionizálás fotoelektromos kölcsönhatás (PE) (rugalmatlan) Compton-szórás (C) (rugalmas; inkoherens) párkeltés (PP) Thomson- v. Rayleighféle (rugalmas; koherens) szórás (R) 1. Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 36 A fotoelektromos kölcsönhatás tömegabszorpciós együtthatójának energiafüggése jódban, báriumban és testszövetben Tömegabszorpciós együttható és összetevıi ólomra 1 Elektromágneses sugárzás elnyelıdése közegben µ d d / d1 / e = N. 5 cm/g 1 1 Teljes Részecske-sugárzás maximális hatótávolsága Compton Fotoel. Párkeltés Gamma-energia, MeV Részecske: levegıben vízben (testszövetben) alfa ~ cm <.1 mm béta ~ m 1-1 mm 1- MeV-os elektron ~ 1 m ~ cm 1. Áttekintés: atomfizika Varga J Áttekintés: atomfizika Varga J. 38 A sugárzások forrásai és NM alkalmazásuk (a) Elektronok béta-bomlás (b) Nehéz részecskék (töltött) belsı konverzió Auger-elektronok alfa-bomlás spontán maghasadás (c) Elektromágneses () gamma-sugárzás (béta-bomlást követıen) megsemmisülési sugárzás fékezési röntgen karakterisztikus röntgen (d) Neutronok spontán maghasadás radioizotópok foto-neutronok reakciók gyorsított töltött részecskékkel 1. Áttekintés: atomfizika Varga J. 39

Hasonló dokumentumok

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád vincze@oah.hu

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal Dr. Vincze Árpád vincze@oah.hu Mitől függ a kölcsönhatás? VÁLASZ: Az anyag felépítése A sugárzások típusai, forrásai és főbb tulajdonságai A sugárzások és az anyag