Miért érdekes? Magsugárzások Dr Smeller László Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Itézet Radioaktív izotóok ill. sugárzások orvosi felhaszálása: - diagosztika (izotódiagosztika) - teráia (sugárteráia) gyógyszerészeti voatkozása: - farmakokietikai vizsgálatok t z atom feléítése z atommag feléítése Változások az elektroburokba: =>kémiai folyamatok töltés tömeg roto 1 elemi 1 atomi töltés tömegegys. fm=10-15 m eutro 0 1 atomi tömegegys 10-10 m z atommag átalakulásai: => radioaktivitás (tömegszám) = rotoszám eutroszám Z (redszám) = rotoszám 99 ukleo, ebből 43 roto és 56 eutro 99 Tc 43
z atommag stabilitása Magerők rövid hatótáv (~fm) agyo erős vozó Coulomb erő destabilizál! ukleook diszkrét eergiasziteke helyezkedek el. mag eergiája is diszkrét (kvatált) z eergiaszitek tiikus távolsága MeV(J) E Meyire stabil az atommag? Kötési eergia Eergiahiáy=tömeghiáy: így lehet megméri a kötési eergiát Tömeghiáy, l: 08 8 Pb : 1,008665 x 16 = 17,0918 au. : 1,00776 x 8 = 8,5966 au. 09,6884 au. 08 8 Pb E=mc téyleges: 07,9766 au. Hiáy: 1,7118 au. = = 1,7118 x 1,6605 10-7 kg ΔE=Δmc =.84 10-7 kg (3 10 8 m / s ) =,56 10-10 J = = 1,60 GeV = 08 x 7,69 MeV Izotó zoos redszámú de eltérő tömegszámú atommagok => azoos rotoszám eltérő eutroszám ugyaazo elem módosulatai, => kémiai tulajdoságuk ua. Pl: 18 F 9 istabil (radioaktív) 19 F 9 stabil 0 F 9 istabil (radioaktív) izotó <-> radioaktív izotó
Izotótáblázat Izotótáblázat részlet rotoszám rotoszám eutroszám eutroszám Izotótáblázat részlet Bomlások és részecskék α - bomlás 4 α - részecske = He atommag rotoszám β -bomlás: β - β β - részecske = elektro β részecske = ozitro K-elektro befogás karakterisztikus Rötge-foto az elektro atirészecskéje uo. mit az elektro de Izomer magátalakulás -sugárzás ozitiv töltése va roto! eutroszám
α - bomlás α - bomlás: 4 He atommag válik le a magról ehéz atommagokál fordul elő Pl : Z izotódiagosztikai jeletősége ics 88 Ra 86 R 6 Voalas eergiasektrum E α ~MeV X Y Z 4 4 α N α 4 α E α eutrotúlsúly jelölések: 0 1 ν β = β = e Z β - bomlás X 1 0 β ν 1 0 1 az atommagba marad β -sugárzás Z 1Y 1 Pl : 0 1 folytoos eergiasektrum β ν kilé N β l: 0 9 F 3 15 P 59 6 Fe 131 53 I 3 3 0 15 P 16S 1β ν E max E β rototúlsúly Z e ν β - bomlás X 0 Z 1Y 1 1 1 0 1 1 0 β ν az atommagba marad β -sugárzás Pl : β ν kilé l: 11 6C 15 8O 18 9 F 5 6 Fe 30 30 0 15 P 14Si 1β ν folytoos eergiasektrum mesterséges előállítás ciklotro (köv. héte) Kitérő tömegek: m =1,6763 10-7 kg m =1,67498 10-7 kg β bomlás OK mert m >m β bomlás? Megoldás: Eistei féle tömeg-eergia ekvivalecia E=mc szabad állaotba! kötött ukleo: alacsoyabb eergiaszit: kisebb tömeg!
Elektro és ozitro atirészecskék tömeg ua, töltés elletétes... aihiláció és árkeltés e Eistei: tömeg-eergia ekvivalecia E=mc m e c =511 kev 0,5 MeV kitérő vége Promt -sugárzás bomlás utá a ukleook elhelyezkedése eergetikailag kedvezőtle lehet Átredeződés: alacsoyabb eergiaszitre jut, a fölös eergiát kisugározza foto formájába -sugárzás sektruma voalas rotoszám, eutroszám változatla! Kisérőjeleség. Izomer magátalakulás K-befogás Ha a bomlás utái mag elég hosszú ideig stabil, a -sugárzás később keletkezik. két folyamat szearálható. Tisztá -sugárzó izotó állítható elő! => Izotódiagosztika Rtg Pl: 99m Tc 99 β 99 4 Mo 43Tc m 99 43 66 óra 6 óra Tc
Példák bomlási sémákra Magátalakulások: bomlás, hasadás, fúzió Bomlás: kis részecske távozik (α, β,...) Hasadás: kb. két azoos részre hasad (ehéz magokál) Pl: 35 db közees mag 9 U -3 eutro Fúzió köyű magok egyesülése Kitérő Hogya jöttek létre az izotóok? Primordiális izotóok: Föld keletkezése előtt keletkeztek (Ősrobbaás, Szuerova robbaás ) Hosszú felezési idejűek. Pl.:, 3Th, 38U, 40K, 35U, Posztrimordiális izotóok: Kozmogeikus izotóok: kozmikus sugárzás hatására keletkezek, l: 3H 14C Radiogeikus izotóok: rimordiális izotóok bomlástermékei. l.: 6Ra ad 8Ra R Nukleogeikus izotóok: magreakcióba keletkeztek (l. sotá hasadás, v. sotá hasadáskor emittált eutro befogásával) 1Ne Mesterséges izotóok: Hasadási termékek: külöfélék β - bomlók: atomreaktorba (eutro bombázással). β bomlók: gyorsítóba (l. ciklotro) éháy 10 MeV-es rotot vagy alfa részecskét lőek be a magba radioaktív izotóokat jellemző meyiségek ktivitás (a sugárforrást jellemzi) Felezési idő (a bomlás sebességét jellemzi)* Részecske tíusa és eergiája (a sugárzást jellemzi)* *függ az izotó tíusától
Λ = mérhetetleül alacsoy dn dt ktivitás (Λ) = ΔN Δt z egységyi idő alatt elbomlott atomok száma mértékegysége: becquerel Bq 1 Bq= 1 bomlás/sec gyakorlatba: kbq, MBq, GBq, TBq természetes radioaktivitás szitje i vivo diag. N= a bomlásra kées atomok száma t= idő óvatosa dolgozhatuk vele! teráiába alkalmazott aktivitás ΔN ~ N dn dt megoldása: = λn Bomlástörvéy λ: bomlási álladó, bomlási válószíűség [1/s] 1/λ=τ idő! átlagos élettartam differeciálegyelet N N a bomlásra kées (=elbomlatla) atomok száma λt ( t) = N 0 e exoeciális lecsegés! N 0 a z elbomlatla atomok száma kezdetbe (t=0) Példa Példa: N 0 =10000 λ=0,1 1 / S 1 sec múlva: 9000 (10000x0,1=1000 elbomlott) sec múlva: 8100 (9000x0,1=900 elbomlott) 3 sec múlva: 790 (8100x0,1=810 elbomlott) 4 sec múlva: 6561 (790x0,1=79 elbomlott). Példa Példa: N 0 =10000 λ=0,1 1 / S 1 sec 9000 sec 8100 3 sec 790 4 sec 6561.
Felezési idő, bomlástörvéy Példa N 0 e N 0 N 0 N 0 4 N T τ N λt ( t) = N0e = N0 λ bomlásálladó (bomlási valósziűség) T felezési idő τ átlagos élettartam T elvileg soha em bomlik el az összes! t λ = t T l = T 0,693 T Példa: N 0 =10000 λ=0,1 1 / S 1 sec múlva: 9000 (10000x0,1=1000 elbomlott) sec múlva: 8100 (9000x0,1=900 elbomlott) 3 sec múlva: 790 (8100x0,1=810 elbomlott) 4 sec múlva: 6561 (790x0,1=79 elbomlott). z aktivitás időbeli csökkeése dn dn Λ = = λn N = N0e dt dt λt felezési idő az izotó tíusától függ 3 Th 1,4 10 10 év 38 U 4,5 10 9 év 60 Co 5,3 év 59 Fe 1,5 hó Λ 0 e Λ 0 Λ 0 Λ 0 4 Λ T τ Λ=λN t λt T Λ( t) = Λ0e = Λ0 Ugyaúgy csökke mit az N! elvileg soha em bomlik el teljese! T t kb. 10 T alatt 1/1000 részre bomlik 40 K 1,3 10 9 év 14 C 5736 év 137 Cs 30 év 3 H 1,3 év Ezeket az adatokat tilos megtauli! 56 Cr 1 hó (8 a) 131 I 8 a 99m Tc 6 óra 18 F 110 erc 11 C 0 erc 15 O erc Th,8 ms
Részecskeeergia Sugárzások elyelődése Általába elektrovoltba (ev) mérik. ev = elemi töltés X 1 Volt = 1,6 10-19 J tiikus részecskeeergiák (a magátalakuláskor felszabaduló eergia) MeV agyságredbe vaak. α β β Rtg elektromos töltéssel redelkező részecskék töltetle részecskék (elektromágeses sugárzás) Általába: Miél agyobb a részecskeeergia, aál agyobb a hatótáv. (egy adott sugárzáso belül) Töltött részecskék elyelődése Hatótávolság Útjuk sorá ioizálak, eergiájukból folyamatosa leadak. z eergia egy véges úthosszo elfogy. Hatótávolság α-részecske levegőbe éháy cm β -részecske levegőbe m agyságredű α β szövetbe 0,01-0,1 mm szövetbe cm N N hatótáv távolság hatótáv távolság
β -sugárzás Α - (és Rtg) sugárzás elyelődése aihiláció β e Ld: Pozitro Emissziós Tomográfia (PET) hatótáv Véletleszerűe felléő effektusok által megy végbe: Fotoeffektus, Comto-effektus, árkéződés, (rugalmas szóródás) Fotoeffektus Comto effektus
Párkéződés és rötgesugárzás gyegülése J 0 J 0 J J 0 J Itezitás: Egységyi felületre eső sugárzási teljesitméy J D D = J 0 e μ x x x ics hatótávolság! éháy ökölszabály : x 1/10 =3,33 D x 1/1000 =10 D J 0 J 0 J D D x J = J 0 e μ x μ: (lieáris) gyegítési együttható mértékegysége: 1/m, 1/cm 1 δ = behatolási mélység μ az itezitás e-ed részére csökke (kb. 37%) tömeggyegítési együtth. μ = m μ ρ μ m =τ m σ m κ m μ(ayagi miőség, absz. cetrumok száma, sugárzás eergiája) =μ(ayag,ρ,e foto ) ρ τ m =cλ 3 Z 3 μ m = μ ρ tömeggyegítési együttható