Magsugárzások, Radioaktív izotópok. Az atom alkotórészei. Az atom felépítése. A radioaktivitás : energia kibocsátása

Hasonló dokumentumok
Az atom alkotórészei. Magsugárzások, Radioaktív izotópok. Az atom alkotórészeinek jelölése. Az atommag stabilitása A Z. tömegszám A = Z + N.

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

Az ionizáló sugárzások fajtái, forrásai

Sugárvédelem kurzus fogorvostanhallgatók számra. Méretek. Az ionizáló sugárzások fajtái. 1. Atomfizika, Radioaktivitás és Röntgensugázás

Miért érdekes? Magsugárzások. Az atommag felépítése. Az atom felépítése

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Miért érdekes? Magsugárzások. Az atommag felépítése. Az atom felépítése

Az atom szerkezete. Az eltérülés ritka de nagymértékű. Thomson puding atom-modellje nem lehet helyes.

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Az atom felépítése Alapfogalmak

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

IDTÁLLÓ GONDOLATOK MOTTÓK NAGY TERMÉSZET TUDÓSOK BÖLCS GONDOLATAIBÓL A TUDOMÁNY ÉS A MINDEN NAPI ÉLET VONAKOZÁSÁBAN

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Az atommag szerkezete

ATOMFIZIKA, RADIOAKTIVITÁS


Bővített fokozatú SUGÁRVÉDELMI TANFOLYAM

Miért érdekes? Magsugárzások. Az atom felépítése. Az atommag felépítése. Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

A sugárzások a rajz síkjára merőleges mágneses téren haladnak át γ α

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Mag- és neutronfizika

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

FIZIKA. Radioaktív sugárzás

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Az atomhéj (atommag körüli elektronok) fizikáját a kvantumfizika írja le teljes körűen.

Magfizika tesztek. 1. Melyik részecske nem tartozik a nukleonok közé? a) elektron b) proton c) neutron d) egyik sem

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Sugárzások és anyag kölcsönhatása

PROMPT- ÉS KÉSŐ-GAMMA NEUTRONAKTIVÁCIÓS ANALÍZIS A GEOKÉMIÁBAN I. rész

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Úton az elemi részecskék felé. Atommag és részecskefizika 2. előadás február 16.

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.


Az atom felépítése Alapfogalmak

Gamma sugárzás. Gamma-kamera SPECT PET. Tömeg-energia ekvivalencia. Nukleáris medicína. γ-sugárzás előállítása. γ-sugárzás kölcsönhatása az anyaggal

Bevezetés a magfizikába

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

Bevezetés a részecske fizikába

Az izotópdiagnosztika fizikai alapjai

Radioaktív sugárzások az orvosi gyakorlatban. Az ionizáló sugárzások biológiai hatása. A sugárhatás osztályozása. A sugárhatás osztályozása

Az atommagtól a konnektorig

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

Gamma kamera, SPECT, PET. Készítette: Szatmári Dávid PTE ÁOK, Biofizikai Intézet, március 1.

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Radioaktivitás és mikrorészecskék felfedezése

Radiokémia vegyész MSc radiokémia szakirány Kónya József, M. Nagy Noémi: Izotópia I és II. Debreceni Egyetemi Kiadó, 2007, 2008.

FIZIKA. Atommag fizika

A Nukleáris Medicina alapjai

-A radioaktivitás a nem stabil (úgynevezett radioaktív) atommagok bomlásának folyamata. -Nagyenergiájú ionizáló sugárzást kelt Az elnevezés: - radio

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Sugárzás kölcsönhatása az anyaggal 1. Fény kölcsönhatása az anyaggal. 2. Ionizáló sugárzás kölcsönhatása az anyaggal KAD

Radioaktív sugárzások az orvosi gyakorlatban. Az ionizáló sugárzások biológiai hatása. A sugárhatás osztályozása. A sugárhatás osztályozása

Általános Kémia, BMEVESAA101

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

Párhuzamok: legerjedés Párhuzamok: energia átadása

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei. Konzultáció: minden hétfőn 15 órakor. 1. Fizikai történések

Modern fizika vegyes tesztek

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (e) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: december 3. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Izotópok. Izotópok. diagnosztikai alkalmazásai. diagnosztikai alkalmazásai. Képalkotó eljárásokkal nyerhető információ

Izotópok. diagnosztikai alkalmazásai 2. Az izotóp kiválasztásának szempontjai. hf > 50 kev. α β γ. Maximáljuk a nyerhető információt.

Izotópok. diagnosztikai alkalmazásai. Képalkotó eljárásokkal nyerhető információ. Izotópdiagnosztikai eljárás lépései

Az ionizáló sugárzások el állítása és alkalmazása

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei

RADIOKÉMIA SZÁMOLÁSI FELADATOK Szilárdtest- és Radiokémiai Tanszék

Sugárvédelem kurzus fogorvostanhallgatók számra. Töltött részecskék elnyelődése. Sugárzások és anyag kölcsönhatása. A sugárzások elnyelődése

Radiometrikus kutatómódszer. Összeállította: dr. Pethő Gábor, dr. Vass Péter

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Gamma-kamera SPECT PET

Ionizáló sugárzások dozimetriája

Izotópok. diagnosztikai alkalmazásai. Képalkotó eljárásokkal nyerhető információ. Izotópdiagnosztikai eljárás lépései

JÁTSSZUNK RÉSZECSKEFIZIKÁT!

Radioaktivitás biológiai hatása

Fizika 2 (Modern fizika szemlélete) feladatsor

A modern fizika születése

Atomfizika. Radioaktív sugárzások kölcsönhatásai Biofizika, Nyitrai Miklós

MAGFIZIKA. a 11.B-nek

Jelöljük meg a kérdésnek megfelelő válaszokat! 1, Hullámokról általában: alapösszefüggések a harmonikus hullámra. A Doppler-effektus

Biofizika tesztkérdések

+ + Az atomhéj (atommag körüli elektronok) fizikáját a kvantumfizika írja le teljes körűen.

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

A nukleáris medicina alapjai: Biofizika és alapelvek. Zámbó Katalin Nukleáris Medicina Intézet

A sötét anyag nyomában. Krasznahorkay Attila MTA Atomki, Debrecen

4. A nukleá ris mediciná fizikái álápjái

Alapfogalmak. Magsugárzások. A magsugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Töltött részecskék ionizáló hatása. tulajdonságai.

A sugárzás és az anyag kölcsönhatása. A béta-sugárzás és anyag kölcsönhatása

RADIOAKTIVITÁS, SUGÁRZÁSMÉRÉS

Környezetgazdálkodás ban gépészmérnöki diplomát szerzett Dr. Horváth Márk ben ő lett az első Fizikai Nobel-díj tulajdonosa.

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

Folyadékszcintillációs spektroszkópia jegyz könyv

Radiometrikus módszer. Összeállította: dr. Pethő Gábor, dr. Vass Péter

AZ ATOMMAG FIZIKÁJA. Az atommag szerkezete. Tömeghiány, kötési energia Magerők Magmodellek Az atommag stabilitása

Atommagok alapvető tulajdonságai

Magspektroszkópiai gyakorlatok

61. Lecke Az anyagszerkezet alapjai

Átírás:

Magsugárzások, Radioaktív izotópok radioaktivitás : energia kibocsátása az atommagból részecskék vagy elektromágneses sugárzás formájában z atom felépítése z atom alkotórészei protonok neutronok nukleonok részecske jele relatív töltés* tömeg (kg) relatív tömeg (MU)** nyugalmi energia (MeV) elektron e 1-9.11 1 31 5.4858X1-4.511 elektronok proton p 1 1.6726X1-27 1.72765 938.272 neutron n 1.6749X1-27 1.86649 939.566 * z elektron töltése 1.62 1 19 C ** atomic mass unit a 12 C atom tömegének 1/12-ed része

z atom alkotórészeinek jelölése z atom alkotórészeinek jelölése tömegszám = N X vegyjel tömegszám = N 27 13 l vegyjel rendszám = protonok száma N = neutronok száma rendszám = protonok száma N = neutronok száma z atommag stabilitása z atommag stabilitása Igen nagy elektrosztatikus taszító erő a protonok között 1911 Rutherford : Kell egy másik erőnek is hatnia az atommagon belül Ennek hatására az atommagnak részeire kéne hasadnia ΔM = [m p (-)m n ] M(,) (?)

4 He tömegdefektusa 2 proton: (2 x 1.7276 amu) = 2.14552 amu 2 neutron: (2 x 1.8665 amu) = 2.1733 amu z atommag stabilitása taszítóerő mellett egy másik, rövid hatótávolságú vonzó erő, magerő is hat az atommagban. (Rutherford, 1911) összesen: 4.32882 amu = 4.262 amu ΔE = ΔMc 2 He atom atomsúlya 4.262 amu. Ez.3366 amu val kevesebb, mint az alkotórészek tömegének összege. Ezt a különbséget tömegdefektusnak (tömeghiánynak) nevezzük. -az atommagot alkotó részecskék között hat, tekintet nélkül azok töltésére - nagyobb, mint a Coulomb taszító erő - hatótávolsága igen kicsi (~fm) z egy nukleonra eső kötési energia z atommag stabilitása Meredeken emelkedik Éles csúcsok a párospáros számoknál, 4 He, 12 C és 16 O Maximum =56 körül Kötési energia per nukleon Legnagyobb stabilitás tartománya proton : neutron arány rendkívül fontos a mag stabilitása szempontjából Tömegszám

Izotópok görög isos topos = azonos hely Egy elem izotópjaiban - azonos a protonszám - különböző a neutronszám - különböző a tömegszám Például 23 24 11 Na 11 Na Mi a stabilitás feltétele? 1:1? z atommag stabilitása z atommag stabilitása neutronszám (N) stabil magok Instabil tartomány (túl sok neutron) protonszám () N= Instabil tartomány (túl sok proton) Könnyű magok stabilak, ha N= Nehéz magok stabilak, ha N > protonszám növekedésével nő a Coulomb erő, és egyre több neutronra van szükség a stabilitás megtartásához Nincs olyan stabil mag, ahol > 83 neutronszám (N) Stabil magok Instabil tartomány (túl sok neutron) protonszám () Instabil tartomány (túl sok proton)

Radioaktív bomlás ntoine Becquerel 193 Fizikai Nobel-Díj a radioaktivitás felfedezéséért Becquerel fotolemezén az uránium só által létrehozott kép. z uránium és a fotolemez közé helyezett máltai kereszt képe kirajzolódik. (1896) radioaktivitás : energia kibocsátása az atommagból részecskék vagy elektromágneses sugárzás formájában Háromféle sugárzás ismert: lfa (α) részecske Béta (β) részecske Gamma (γ) sugárzás (Rutherford 1896, lásd később) radioaktív bomlás jellemzői z atommagok, mint minden a természetben energiaminimumra törekszik z instabil magok radioaktív bomlás révén közelítik a stabil állapotot statisztikus folyamat Nagy számú magból az egyes magok bomlása random történik a bomlásra kész radioaktív magok száma csökken az idővel

a radioaktív magok számának csökkenése Tipikus aktivitás értékek ktivitás : Λ= dn dt N: a bomlásra kész magok száma t: idő kbq, természetes háttér MBq, GBq, TBq in vivo diagnosztika laboratóriumi gyakorlat terápia az időegység alatt elbomlott magok száma mértékegysége: becquerel (Bq) 1Bq = 1 bomlás/sec Radioaktív bomlástörvény Differenciális forma dn dt = λn λ : bomlási állandó (1/s) egy izotópra jellemző fizikai állandó z aktivitás egyaránt függ: - a jelen lévő atommagok számától - az izotóp fajtájától () dn dt N = λn = N e λt z egyenlet megoldása Integrális alak N : a radioaktív magok száma t =, N : a még megmaradt radioaktív magok száma t idő múlva

N N o Grafikus megjelenítés N λt = N e T 1/2 : felezési idő Felezési idők az orvosi gyakorlatban jód- 131 ( 131 I) -T 1/2 = 8 nap pajzsmirigy terápia τ : átlagos élettartam N o /e N o /2 N o /4 Mindkettő az adott izotópra jellemző állandó Technecium-99m ( 99m Tc) T 1/2 = 6 óra izotópdiagnosztika N o /8 T 1/2 2T 1/2 3T 1/2 τ idő arany-198 ( 198 u) -T 1/2 = 2.7 nap Tumor terápia bomlási állandó definíciója z aktivitás változása az időben Ha Ha t = T 1/2 t = τ N = N e λ = 1/ 2 λt ln 2.693 = T T 1/ 2 N / 2 = N e N / e = N e λt λτ 1/ 2 N = N e Λ = Λ λt e λt Λ = λn 1 λ = τ Specifikus aktivitás: a minta aktivitásának és tömegének hányadosa (Λ/m), mértékegysége Bq / kg

radioaktív izotópok jellemzői ktivitás : egyaránt függ a jelen lévő atommagok számától és az izotóp fajtájától Felezési idő : minden izotópra jellemző fizikai állandó Magsugárzások fajtái sugárzás fajtája: a magra jellemző Magsugárzások eltérülése elektromos térben Elektromos tér ardioaktív bomlás során a megmaradási törvényeknek érvényesülniük kell Radioaktív forrás β (-) α () γ 1. Tömeg / energia ~ 2. Elektromos töltés ~ 1. Momentum ~ 2. Nukleonszám ~

α-bomlás anyamag leánymag α -részecske X 4 2 Y 4 2α például X 4 2 Y 226 222 88 Ra Rn 4 2α 4 α 86 2 α részecske: két neutront és két protont tartalmaz (ua. Helium atommag) Nehéz magok ( > 15) bomlanak α részecske kibocsátásával z α-sugárzás energia spektruma α-részecskék áthatolóképessége vékony papírlap α 4.62 MeV α 4.785 MeV? Intenzitás energia (kev) Vonalas spektrum z energia jellemző a kibocsátó magra abszorbens denzitás áthatolóképesség levegő 1.2 mg/cm 3 3.7 cm papír (2lb).89 g/cm 3 53 µm víz (lágy szövet) 1. g/cm 3 45 µm

z α-sugárzás orvosi alkalmazásai Diagnózis: soha Célzott tumorterápia lfa sugárzók kezelése különös figyelmet kíván. Tilos belélegezni, lenyelni, injektálni! beültetés tűvel monoklonális antites szén nanocső β-bomlás 1. Neutron túlsúly: β bomlás X 1 Y β ν anyamag X 1 n leánymag 1 Y 1 1 p e β ν ν ν példa 131 53 I 131 Xe 32 32 15 P S 54 β ν 16 β ν anti-neutrinó

β -sugárzás energia spektruma Α β részecskék áthatolóképessége 32 15 P legvalószínűbb energia 1.79 MeV 32 16 S ν β Rel. Intenzitás Energia (MeV) ß- részecskék energiaeloszlása 32 Pß - -bomlása során. Folytonos spektrum Maximális mozgási energiával Maximális energia abszorbens denzitás 5 mm aluminumban áthatolóképesség ( 2.3 MeV) (1.1 MeV) levegő 1.2 mg/cm 3 8.8 m 3.8 m víz (lágy szövet) 1. g/cm 3 11 mm 4.6 mm aluminum 2.7 g/cm 3 4.2 mm 2. mm ólom 11.3 g/cm 3 1. mm.4 mm β sugárzás orvosi alkalmazásai Diagnosztika: soha Célzott terápia: hipertireózis, pajzsmirigy és más szövetek daganatai implantátum a daganatban endovaszkuláris sugárzás 2. Proton túlsúly: β -bomlás anyamag X β bomlás leánymag 1Y 1 1 p 1 n e β e : pozitron az elektron antirészecskéje ν ν ν neutrinó

X 1 Y e ν Szétsugárzás vagy annihiláció - részecske-antirészecske pár találkozása γ 511 kev példa 11 6C 11 5 B e ν γ 511 kev Mi lesz a pozitron sorsa? z electron és a pozitron antirészecskék : részecskék amelyeknek a töltés kivételével minden tulajdonsága azonos z emittált pozitron kölcsönhatása egy elektronnal pozitron elektron pár annihilációja két foton keletkezéséhez vezet. fotonok energiája egyenként 511 kev, 18 fokot bezáró irányba haladnak 1. Impulzus megmaradás két foton ellentétes irányba halad β sugárzás orvosi alkalmazásai pozitron emissziós tomográfia (PET) 2. Energia: m e c 2 m p c 2 = 2 hf tömeg energia ekvivalencia detektor gyűrű számítógép kép

γ-bomlás 137 55Cs.512 Mev z α vagy β bomlás után az új mag még gerjesztett állapotban van. - 1.174 Mev β - β.662 Mev γ 137 56 Ba? α 4.785 MeV gerjesztett mag energialedással β kerül alapállapotba. z energiát gamma-sugárzás elektromágneses sugárzás - gamma-sugárzás formájában adja le. anyamag leánymag γ-sugárzás energia spektruma Α γ-részecskék áthatolóképessége 137 55Cs.512 Mev - 1.174 Mev β - β.662 Mev γ 137 56Ba Intenzitás energia (kev) vonalas spektrum z energia jellemző a kibocsátó magra ólom (25 mm) Áthatolóképessége nagyobb, mint a töltött részecskéké, de nagymértékben függ a foton energiájától. Tipikus áthatolás: 1 néhány 1 méter levegőben néhány1 centimeter szövetekben

γ-kibocsátás ideje gerjesztett mag élettartama: 1.Prompt γ -sugárzás: ~ 1-13 1-18 s 2. Izomer magátalakulás: 1-1 s Izomer átalakulás Némely gerjesztett magok felezési ideje néhány órától 6 évig is eltarthat m X X γ 99 99m 42 Mo 43 43-99 Tc β Tc γ T 1/2 =67 óra T 1/2 =6 óra Technécium-99m generátor Orvosi alkalmzások Diagnosztika: ideális izotópdiagnosztikai célokra (.9% NaCl) Na 99 MoO 4 2-8 MBq Na 99m TcO 4 ktivitás (GBq) 99m Tc elúció nélkül idő Terápia: gamma-kés 99m Technéciummal jelzett foszfát-vegyület eloszlása a csontokban első elúció második elúció

Izotóp radiofarmakon szerv funkció 99 Tc m nátrium pertechnekát agy vérkeringés Kapcsolódó fejezetek: Damjanovich, Fidy, Szöllősi: Orvosi Biofizika 99 Tc m albuminhoz kötve tüdő vérkeringés 99 Tc m kolloid szuszpenzió máj májfunkció 99 Tc m foszfát komplex csont csontanyagcsere 123 I jodid pajzsmirigy metabolizmus 123 I hippurán vese vesefunkció 133 X X gáz tüdő légzés I. 1.5 II.3.2 1.5.1 1.5.2 1.5.4 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4