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

Hasonló dokumentumok
Az ionizáló sugárzások fajtái, forrásai

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

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

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

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

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Bővített fokozatú SUGÁRVÉDELMI TANFOLYAM

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

Az ionizáló sugárzások el állítása és alkalmazása

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

Az atom felépítése Alapfogalmak

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

Az atommag összetétele, radioaktivitás

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

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

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

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

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

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

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

Az atommagtól a konnektorig

ATOMFIZIKA, RADIOAKTIVITÁS

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

Az atommag szerkezete

Párhuzamok: legerjedés Párhuzamok: energia átadása

Az izotópdiagnosztika fizikai alapjai

Sugárzások és anyag kölcsönhatása

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

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

Radioaktivitás és mikrorészecskék felfedezése

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

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

FIZIKA. Radioaktív sugárzás

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Az atom felépítése Alapfogalmak

Röntgendiagnosztikai alapok

Röntgen. W. C. Röntgen. Fizika-Biofizika

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

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

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

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

Bevezetés a magfizikába

A Nukleáris Medicina alapjai

Radioaktív elemek környezetünkben: természetes és mesterséges háttérsugárzás. Kovács Krisztina, Alkímia ma

RADIOAKTIVITÁS, SUGÁRZÁSMÉRÉS

Radioaktív lakótársunk, a radon. Horváth Ákos ELTE Atomfizikai Tanszék december 6.

Első magreakciók. Exoterm (exoerg) és endoterm (endoerg) magreakciók. Coulomb-gát küszöbenergia

FIZIKA. Atommag fizika

Orvosi biofizika II. Orvosi Biofizika II. Az X-sugár. Röntgen- sugárzás Előállítás, tulajdonságok

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Sugárvédelem alapjai. Nukleáris alapok. Papp Ildikó

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

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

A modern fizika születése

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

Az elektromágneses hullámok

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

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

A radioaktív bomlás típusai

Magsugárzások. Előadásvázlat. Készítette: Dr. Blaskó Katalin

1. Az izotópdiagnosztika fizikai alapjai

Ionizáló sugárzások dozimetriája


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

Modern fizika vegyes tesztek

Radioaktív izotópok előállítása. Általános módszerek

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

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

MAGFIZIKA. a 11.B-nek

Első magreakciók. Targetmag

rzások a Dr. Fröhlich Georgina ELTE TTK, Budapest Országos Onkológiai Intézet Sugárterápiás Központ Budapest

RADIOKÉMIA SZÁMOLÁSI FELADATOK Szilárdtest- és Radiokémiai Tanszék

Mit értünk a termikus neutronok fogalma alatt? Becsüljük meg a sebességüket 27 o C hőmérsékleten!

1. Az ionizáló sugárzások és. az anyag kölcsönhatása. Prefixumok. levegőben (átlagosan) 1 ionpár keltéséhez 34 ev = 5.4 aj energia szükséges

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

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

Mag- és neutronfizika

Az Országos Képzési Jegyzékről és az Országos Képzési Jegyzék módosításának eljárásrendjéről szóló 133/2010. (IV. 22.) Korm.

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

1. Az ionizáló sugárzások és az anyag kölcsönhatása (2-34) 2. Fizikai dózisfogalmak. 3. A sugárzás mérése (42-47) Prefixumok

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Atommagok alapvető tulajdonságai

FELADATMEGOLDÁS. Tesztfeladat: Válaszd ki a helyes megoldást!

RADIOKÉMIA. László Krisztina, F ép. I. lh., I. emelet, 135

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

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

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

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

A röntgensugárzás keltése Fékezési vagy folytonos Rtg sugárzás. Röntgensugárzás. A röntgensugárzás elektromágneses sugárzás

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

Röntgendiagnosztika és CT

Röntgendiagnosztika és CT

Átírás:

Az ionizáló sugárzások fajtái Sugárvédelem kurzus fogorvostanhallgatók számra Magsugárzások Röntgensugárzás 1. Atomfizika, Radioaktivitás és Röntgensugázás Dr. Smeller László Ionizáció: Az atomból vagy molekulából egy elektron eltávozik. Molekuláknál létrejöhet a molekula kettétörésével is. Ionizáció gerjesztés Ionizáló sugárzás: olyan sugárzás, aminek a részeckéi elég energiával rendelkeznek ahhoz, hogy atomokat ill. molekulákat ionizáljanak. Ionizáló szgárzások: részecskesugárzások (α-, β- és neutronsugárzás) Röntgensugárzás γ-sugárzás. Méretek m 10 0 méter ember 10-3 milliméter szabad szemmel látható távolság 10-6 mikrométer sejt méret (pl. emberi vvt) 7μm 10-9 nanométer fehérje 10-10 Angström atom átmérője, kémiai kötéstávolság H atom 1 Angström (Å) pikométer röntgensugárzás hullámhossza femtométer atommag 10-1 10-15 3

Az atommag Az atommag felépítése 10-10 m 10-15 m Elektronburok: =>kémiai folyamatok Atommag: => radioaktivitás p n töltés tömeg proton +1 elemi 1 atomi töltés tömegegys. neutron 0 1 atomi tömegegys A (tömegszám) = protonszám + neutronszám Z (rendszám) = protonszám 99 nukleon, ebből 43 proton és 56 neutron 99 Tc 43 Az atommag stabilitása Coulomb erő destabilizál! (protonok között: taszító hatás) Magerő: rövid hatótáv (~fm) nagyon erős vonzó (töltésfüggetlen) A nukleonok diszkrét energiaszinteken helyezkednek el. A mag energiája is diszkrét (kvantált) Energiaszintek tipikus távolsága MeV ev=1,6 10-19 J E Izotóp Azonos rendszámú de eltérő tömegszámú atomok azonos protonszám eltérő neutronszám Ugyanannak az elemnek a módosulatai, kémiai tulajdonságaik azonosak. Pl: 18 F 9 instabil (radioaktív) 19 F 9 stabil 0 F 9 instabil (radioaktív) izotóp <-> radioaktív izotóp

Izotóptáblázat Izotóptáblázat részlet protonszám protonszám neutronszám neutronszám Izotóptáblázat részlet Bomlások és részecskék α - bomlás 4 α - részecske = He atommag protonszám β -bomlás: β - β + β - részecske = elektron β + részecske = pozitron K-elektron befogás Izomer magátalakulás karakterisztikus az elektron antirészecskéje Röntgen-foton uo. mint az elektron de pozitiv töltése van γ-sugárzás proton! neutronszám

α - bomlás α - bomlás: 4 He atommag válik le a magról nehéz atommagoknál fordul elő Pl : A Z 88 Ra 86 Rn+ 6 Vonalas energiaspektrum E α ~MeV A X Y Z 4 4 + α N α 4 α E α neutrontúlsúly p p jelölések: n n 0 1 ν β = β = e A Z β - bomlás X 1 0 n + β +ν 1 0 1p az atommagban marad β -sugárzás A Z + 1Y + 1 Pl : 0 1 folytonos energiaspektrum β +ν kilép N β pl: 0 9 F 3 15 P 59 6 Fe 131 53 I 3 3 0 15 P 16S+ 1β + ν E max E β protontúlsúly n p n p A Z e + ν β + - bomlás X A 0 Z 1Y + + 1 1 1 0n 1 1 0 p + + β +ν az atommagban marad β + -sugárzás Pl : β +ν kilép pl: 11 6C 15 8O 18 9 F 5 6 Fe 30 30 0 15 P 14Si+ + 1β + ν folytonos energiaspektrum mesterséges előállítás Kis kitérő: elektron - pozitron antirészecskék tömeg ua, töltés ellentétes... annihiláció és párkeltés Einstein: e + γ γ γ tömeg-energia ekvivalencia E=mc m e c =511 kev 0,5 MeV

p n Prompt γ-sugárzás A bomlás után a nukleonok elhelyezkedése energetikailag kedvezőtlen lehet Átrendeződés: alacsonyabb energiaszintre jut, a fölös energiát kisugározza γ foton formájában p n Izomer magátalakulás Ha a bomlás utáni mag elég hosszú ideig stabil, a γ-sugárzás később keletkezik. A két folyamat szeparálható. Tisztán γ-sugárzó izotóp állítható elő! => Izotópdiagnosztika Pl: 99m Tc 99 β 99 γ 4 Mo 43Tc m 99 43 66 óra 6 óra Tc protonszám, neutronszám változatlan! Kísérőjelenség. K-befogás (inverz β-bomlás) Példák bomlási sémákra p n p n v Rtg 1 1 0 1 p+ β n +ν 1 0

Bomlás, hasadás, fúzió Bomlás: kis részecske távozik (α, β, γ...) Hasadás: kb. két azonos részre hasad (nehéz magoknál) Pl: 35 9 U db közepes mag+ +-3 neutron Fúzió könnyű magok egyesülése Hogyan jöttek létre az izotópok? Primordiális izotópok: A Föld keletkezése előtt keletkeztek (Ősrobbanás, Szupernova robbanás ) Hosszú felezési idejűek. Pl.:, 3 Th, 38 U, 40 K, 35 U, Posztprimordiális izotópok: Kozmogenikus izotópok: A kozmikus sugárzás hatására keletk. pl: 3 H 14 C Radiogenikus izotópok: A primordiális izotópok bomlástermékei. pl.: 6 Ra, 8 Ra Rn Nukleogenikus izotópok: magreakcióban keletkeztek (pl. spontán hasadás, v. spontán hasadáskor emittált neutron befogásával) 1 Ne Hogyan állíthatunk elő izotópokat? Mesterséges izotópok: β - bomlók: atomreaktorban. (neutronbombázással) β + bomlók: gyorsítóban (pl. ciklotron) néhány 10 MEV-es protont vagy alfa részecskét lőnek be a magba tisztán γ sugárzók: izotópgenerátor A radioaktív izotópokat jellemző mennyiségek Aktivitás (a sugárforrást jellemzi) Felezési idő (a bomlás sebességét jellemzi) Részecskeenergia (a sugárzást jellemzi)

Λ = dn dt Aktivitás (Λ) = ΔN Δt Aktivitás= az egységnyi idő alatt elbomlott atomok száma mérhetetlenül alacsony mértékegysége: becquerel Bq 1 Bq= 1 bomlás/sec A gyakorlatban: kbq, MBq, GBq, TBq természetes radioaktivitás szintje in vivo diagn. N = a bomlásra képes atomok száma t = idő Régi mértékegys: curie Ci 1 Ci = 3,7 10 10 Bq = 37 GBq óvatosan dolgozhatunk vele! terápiában alkalmazott aktivitás ΔN ~ N dn dt megoldása: = λn Bomlástörvény λ: bomlási állandó, bomlási válószínűség [1/s] 1/λ=τ idő! átlagos élettartam differenciálegyenlet N N a bomlásra képes (=elbomlatlan) atomok száma λt ( t) = N 0 e exponenciális lecsengés! N 0 az elbomlatlan atomok száma kezdetben (t=0) Példa 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: N 0 =10000 λ=0,1 1 / S 1 sec 9000 sec 8100 3 sec 790 4 sec 6561.

Felezési idő, bomlástörvény Az aktivitás időbeli csökkenése N 0 e N 0 N 0 N 0 4 N T τ N λt ( t) = N0e = N0 λ bomlásállandó (bomlási valószinűség) T felezési idő τ átlagos élettartam T elvileg soha nem bomlik el az összes! t λ = t T ln = T 0,693 T Λ 0 e Λ 0 Λ 0 Λ 0 4 dn dn Λ = = λn N( t) = N0e dt dt Λ T τ Λ=λN t λt T Λ( t) = Λ0e = Λ0 Ugyanúgy csökken mint az N! elvileg soha nem bomlik el teljesen! T t kb. 10 T alatt λt 1/1000 részre bomlik 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). A felezési idő az izotóp típusától függ 3 Th 1,4 10 10 év 38 U 4,5 10 9 év 40 K 1,3 10 9 év 14 C 5736 év 137 Cs 30 év 3 H 1,3 év Ezeket az adatokat tilos megtanulni! 60 Co 5,3 év 59 Fe 1,5 hó 56 Cr 1 hó (8 nap) 131 I 8 nap 99m Tc 6 óra 18 F 110 perc 11 C 0 perc 15 O perc Th,8 ms

Részecskeenergia A radioaktív sugárzás tipikus részecskeenergiája (a magátalakuláskor felszabaduló energia) a MeV nagyságrendben van. ev = elemi töltés X 1 Volt = 1,6 10-19 J = 0,16 aj Tipikus energia-nagyságrendek a mikrovilágban Külső elektronok belső elektronpályák atommaggerjesztése, közti átmenet átalakulás kilökése ev (aj) kev (fj) MeV (pj) fény röntgensugár radioaktív sugárzás pl. γ Röntgensugárzás Elektromágneses sugárzás Fotonenergia: Diagnosztika: 30-00 kev Terápia: 5-0 MeV Hullámhossz: ~ pm hatásai: Ionizáció Lumineszcencia (fluoroszkópia, képerősítő) kémiai (pl. fotográfiai) biológiai (sugársérülés) Keletkezés: az elektronfelhőben Típusai fékezési karakterisztikus sugárzás Photonenenergie: mev ev kev MeV GeV

Történelem 1895 Wilhelm Conrad Röntgen X-sugárzás (X-ray) 1896 első orvosi alkalmazások 1901 Nobel díj (az első fizikai Nobel díj) ma: 3D Röntgen-CT A röntgensugárzás előállítása Röntgensugázás akkor keletkezik, ha nagyenergiájú (gyorsított) töltött részecskék energiájukat leadják. Röntgencső (Diagnosztika) Lineáris gyorsító (Terapia) Röntgensugárzást előállító készülékek Die Röntgneröhre Röntgencső Lineáris gyorsító

Röntgencső(1) anód Röntgencső() U I U fűtő U fűtő izzókatód: Vákuum szigeteló Az anódfeszültség(u) (tipikusan 30-00 kv) gyorsítja az elektronokat: Az izzókatódból elektronok lépnek ki. U e = E kin Elemi töltés e=1,6 10-19 C A gyorsított elektronok kinetikus energiája U fűtő Röntgencső(3) U I Fékezés sugárzás Kinetikus energia fotonenenergia (Rtg) hőenergia Amikor a gyorsított elektronok az anódba csapódnak, röntgensugárzás keletkezik 1. Lefékeződés során fékezési sugárzás. Elektronkilökés és az utána következő elektronátmenetek során karakterisztikus sugárzás E kin h f Ue E hf = = kin c Ue h λ hc λ = λ min Ue c h λ

Határhullámhossz: Duane-Hunt törvény A fékezési röntgensugárzás emissziós spektruma hc λ = Ue λ λ min min Konst. 130 kv pm = U praktikus mértékegység ΔP Δλ λ min kemény λ max U 1 sugárzás U lágy λ Anódfeszültség növelésével: -több -keményebb sugárzás keletkezik P ~ U 46 ΔP Δλ A fékezési röntgensugárzás emissziós spektruma I Anódáram növelésével: -több sugárzás keletkezik U fűtő Az anódáram szabályozása U I λ min kemény I1 U 1 λ max sugárzás U lágy λ P ~ I Ohm 47 Intenzívebb fűtés több elektron lép ki nagyobb anódáram (I=ΔQ/Δt)

ΔP Δλ A röntgencső teljesítménye λ min P (összes teljesítmény) P (λ 1,λ ) P = c Rtg U I Z anódfeszültség anódáram λ konst. (1,1 10-9 V -1 ) az anód rendszáma A röntgencső hatásfoka hatásfok η = c = Rtg hasznos teljesítmény befektetett teljesítmény U UI IZ = c Rtg UZ Nagy rendszámú anód szükséges! A gyakorlatban: Wolfram (Z=74) ill. Mo (4) tipikus η : 1% 99% hő! Z Pb =8! T olvadás,w 3400 C T olvadás,pb 330 C T olvadás,mo 600 C A karakterisztikus röntgensugárzás keletkezése A karakterisztikus röntgensugárzás keletkezése E kin gyorsított elektron (a katódból) Az anód atomja Az anód atomja

A karakterisztikus röntgensugárzás keletkezése üres hely A karakterisztikus röntgensugárzás keletkezése az üres hely betöltődik Az anód atomja Az anód atomja karakterisztikus röntgenfotonok hf =ΔE A karakterisztikus röntgensugárzás keletkezése E A karakterisztikus röntgensugárzás spektruma ΔP Δλ E Az anód atomja ev kev M LL K Spektrumvonalak U 1 U U 0 λ K λ L λ L K vonalak