z atom alkotórészi Magsugárzások, Radioaktív izotópok részcsk jl rlatív töltés* tömg (kg) rlatív tömg (MU)** nyugalmi nrgia (MV) lktron 1-9.11 1 31 5.4858X1-4.511 proton p 1 1.6726X1-27 1.72765 938.272 nutron n 1.6749X1-27 1.86649 939.566 * z lktron töltés 1.62 1 19 C ** atomic mass unit a 12 C atom tömgénk 1/12-d rész z atom alkotórészink jlölés z atommag stabilitása Ign nagy lktrosztatikus taszító rő tömgszám = Z N Z X vgyjl a protonok között rndszám = protonok száma Ennk hatására az atommagnak részir kén hasadnia N = nutronok száma
z atommag stabilitása 4 H tömgdfktusa 1911 Ruthrford : Kll gy másik rőnk is hatnia az atommagon blül 2 proton: (2 x 1.7276 amu) = 2.14552 amu 2 nutron: (2 x 1.8665 amu) = 2.1733 amu összsn: 4.32882 amu = 4.262 amu ΔM = [Zm p (-Z)m n ] M(,Z) (?) H atom atomsúlya 4.262 amu. Ez.3366 amu val kvsbb, mint az alkotórészk tömgénk összg. Ezt a különbségt tömgdfktusnak (tömghiánynak) nvzzük. z atommag stabilitása taszítórő mlltt gy másik, rövid hatótávolságú vonzó rő, magrő is hat az atommagban. (Ruthrford, 1911) ΔE = ΔMc 2 -az atommagot alkotó részcskék között hat, tkintt nélkül azok töltésér - nagyobb, mint a Coulomb taszító rő - hatótávolsága ign kicsi (~fm) z gy nuklonra ső kötési nrgia Mrdkn mlkdik Éls csúcsok a párospáros számoknál, 4 H, 12 C és 16 O Maximum =56 körül Kötési nrgia pr nuklon Lgnagyobb stabilitás tartománya Tömgszám
z atommag stabilitása proton : nutron arány rndkívül fontos a mag stabilitása szmpontjából Izotópok görög isos topos = azonos hly Egy lm izotópjaiban - azonos a protonszám - különböző a nutronszám - különböző a tömgszám Például z atommag stabilitása 23 24 11 Na 11 Na Mi a stabilitás fltétl? 1:1? Könnyű magok stabilak, ha N=Z Nhéz magok stabilak, ha N > Z protonszám növkdésévl nő a Coulomb rő, és gyr több nutronra van szükség a stabilitás mgtartásához Nincs olyan stabil mag, ahol Z > 83 nutronszám (N) Stabil magok Instabil tartomány (túl sok nutron) protonszám (Z) Instabil tartomány (túl sok proton)
Radioaktív bomlás ntoin Bcqurl 193 Fizikai Nobl-Díj a radioaktivitás flfdzéséért Bcqurl fotolmzén az uránium só által létrhozott kép. z uránium és a fotolmz közé hlyztt máltai krszt kép kirajzolódik. (1896) radioaktivitás : nrgia kibocsátása az atommagból részcskék vagy lktromágnss sugárzás formájában Háromfél sugárzás ismrt: lfa (α) részcsk Béta (β) részcsk Gamma (γ) sugárzás (Ruthrford 1896, lásd később) radioaktív bomlás jllmzői z atommagok, mint mindn a trmésztbn nrgiaminimumra törkszik z instabil magok radioaktív bomlás révén közlítik a stabil állapotot statisztikus folyamat Nagy számú magból az gys magok bomlása random történik a bomlásra kész radioaktív magok száma csökkn az idővl
a radioaktív magok számának csökknés Tipikus aktivitás értékk ktivitás : Λ= dn dt N: a bomlásra kész magok száma t: idő kbq, trmészts háttér MBq, GBq, TBq in vivo diagnosztika laboratóriumi gyakorlat trápia az időgység alatt lbomlott magok száma mértékgység: bcqurl (Bq) 1Bq = 1 bomlás/sc Radioaktív bomlástörvény Diffrnciális forma dn dt = λn λ : bomlási állandó (1/s) gy izotópra jllmző fizikai állandó z aktivitás gyaránt függ: - a jln lévő atommagok számától - az izotóp fajtájától () dn dt N = λn = N λt z gynlt mgoldása Intgrális alak N : a radioaktív magok száma t =, N : a még mgmaradt radioaktív magok száma t idő múlva
N N o Grafikus mgjlnítés N λt = N T 1/2 : flzési idő Flzési idők az orvosi gyakorlatban jód- 131 ( 131 I) -T 1/2 = 8 nap pajzsmirigy trápia τ : átlagos élttartam N o / N o /2 N o /4 Mindkttő az adott izotópra jllmző állandó Tchncium-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 trápia bomlási állandó dfiníciója z aktivitás változása az időbn Ha Ha t = T 1/2 t = τ N = N λ = 1/ 2 λt ln 2.693 = T T 1/ 2 N / 2 = N N / = N λt λτ 1/ 2 N = N Λ = Λ λt λt Λ = λn 1 λ = τ Spcifikus aktivitás: a minta aktivitásának és tömgénk hányadosa (Λ/m), mértékgység Bq / kg
radioaktív izotópok jllmzői ktivitás : gyaránt függ a jln lévő atommagok számától és az izotóp fajtájától Flzési idő : mindn izotópra jllmző fizikai állandó Magsugárzások fajtái sugárzás fajtája: a magra jllmző Magsugárzások ltérülés lktromos térbn Elktromos tér α-bomlás Radioaktív forrás β (-) α () γ anyamag lánymag α -részcsk Z X 4 Z 2 α részcsk: két nutront és két protont tartalmaz (ua. Hlium atommag) Nhéz magok ( > 15) bomlanak α részcsk kibocsátásával például Y 226 222 88 Ra 86 Rn 4 2α 4 2α
z α-sugárzás nrgia spktruma α-részcskék áthatolóképsség vékony papírlap α 4.62 MV α 4.785 MV? Intnzitás nrgia (kv) Vonalas spktrum z nrgia jllmző a kibocsátó magra abszorbns dnzitás áthatolóképsség lvgő 1.2 mg/cm 3 3.7 cm papír (2lb).89 g/cm 3 53 µm víz (lágy szövt) 1. g/cm 3 45 µm z α-sugárzás orvosi alkalmazásai Diagnózis: soha Célzott tumortrápia β-bomlás 1. Nutron túlsúly: β bomlás anyamag Z X 1 n lánymag Z 1Y 1 1 p β bülttés tűvl monoklonális antits szén nanocső például 131 53 I 131 X 54 β anti-nutrinó
β -sugárzás nrgia spktruma Α β részcskék áthatolóképsség 32 15 P lgvalószínűbb nrgia 1.79 MV 32 16 S β Rl. Intnzitás Enrgia (MV) ß- részcskék nrgialoszlása 32 Pß - -bomlása során. Folytonos spktrum Maximális mozgási nrgiával Maximális nrgia abszorbns dnzitás 5 mm aluminumban áthatolóképsség ( 2.3 MV) (1.1 MV) lvgő 1.2 mg/cm 3 8.8 m 3.8 m víz (lágy szövt) 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 trápia: hiprtirózis, pajzsmirigy és más szövtk daganatai implantátum a daganatban ndovaszkuláris sugárzás 2. Proton túlsúly: β -bomlás például 11 anyamag Z X β bomlás lánymag Z 1Y 1 1 p 1 n 6C 11 5 B β nutrinó
Szétsugárzás vagy annihiláció - részcsk-antirészcsk pár találkozása γ γ 511 kv γ-bomlás z α vagy β bomlás után az új mag még grjszttt állapotban van. 511 kv 1. Impulzus mgmaradás: a két foton llntéts irányba halad? α 4.785 MV grjszttt mag nrgialdással krül alapállapotba. z nrgiát 2. Enrgia: m c 2 m p c 2 = 2 hf lktromágnss sugárzás - tömg nrgia kvivalncia gamma-sugárzás formájában adja l. 137 55Cs.512 Mv γ-sugárzás nrgia spktruma β - 1.174 Mv β - β.662 Mv γ 137 56 Ba gamma-sugárzás 137 55Cs.512 Mv - 1.174 Mv β - β.662 Mv γ 137 56Ba Intnzitás nrgia (kv) anyamag lánymag vonalas spktrum z nrgia jllmző a kibocsátó magra
Α γ-részcskék áthatolóképsség γ-kibocsátás idj grjszttt mag élttartama: 1.Prompt γ -sugárzás: ~ 1-13 1-18 s ólom (25 mm) 2. Izomr magátalakulás: 1-1 s Áthatolóképsség nagyobb, mint a töltött részcskéké, d nagymértékbn függ a foton nrgiájától. Tipikus áthatolás: 1 néhány 1 métr lvgőbn néhány1 cntimtr szövtkbn Izomr átalakulás Némly grjszttt magok flzési idj néhány órától 6 évig is ltarthat Tchnécium-99m gnrátor (.9% NaCl) m Z X ZX γ 99 99m 42 Mo 43 43-99 Tc β Tc γ T 1/2 =67 óra T 1/2 =6 óra Na 99 MoO 4 2-8 MBq Na 99m TcO 4 ktivitás (GBq) lső lúció második lúció 99m Tc lúció nélkül idő
Orvosi alkalmzások Diagnosztika: idális izotópdiagnosztikai célokra Izotóp radiofarmakon szrv funkció 99 Tc m nátrium prtchnkát agy vérkringés 99 Tc m albuminhoz kötv tüdő vérkringés 99m Tchnéciummal jlztt foszfát-vgyült loszlása a csontokban 99 Tc m kolloid szuszpnzió máj májfunkció 99 Tc m foszfát komplx csont csontanyagcsr Trápia: gamma-kés 123 I jodid pajzsmirigy mtabolizmus 123 I hippurán vs vsfunkció 133 X X gáz tüdő légzés hét kérdés Hogyan bfolyásolja a proton nutron arány az atommagok stabilitását? Kapcsolódó fjztk: Damjanovich, Fidy, Szöllősi: Orvosi Biofizika 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