OCHRONA RADIOLOGICZNA PACJENTA. Promieniotwórczość

Transkrypt

1 OCHRONA RADIOLOGICZNA PACJENTA Promieniotwórczość

2 PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ (radioaktywność) zjawisko samorzutnego rozpadu jąder atomowych niektórych izotopów, któremu towarzyszy wysyłanie promieniowania α, β, γ ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY samorzutna przemiana jednych jąder atomowych w inne, której towarzyszy emisja promieniowania jonizującego PROMIENIOWANIE promieniowanie składające się z cząstek bezpośrednio (α, β, p) lub pośrednio jonizujących (n) albo z obu rodzajów tych cząstek lub fal elektromagnetycznych o długości do 100 nm (X, γ) ŹRÓDŁO PROMIENIOTWÓRCZE substancję promieniotwórczą przygotowaną do wykorzystywania jej promieniowania jonizującego (prawo atomowe) ŹRÓDŁO PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO źródło promieniotwórcze, urządzenie zawierające takie źródło, urządzenie wytwarzające promieniowanie jonizujące lub urządzenie emitujące substancje promieniotwórcze 2

3 3 Pasmo, gdzie grupują się nuklidy stabilne nazywamy ścieżką stabilności. Dla jąder lekkich ścieżka stabilności przebiega wzdłuż prostej N=Z ale następnie odchyla się w kierunku większych liczb neutronów niż protonów w jądrze. Nuklidy znajdujące się poniżej ścieżki stabilności mają niedobór neutronów i rozpadają się poprzez przemianę beta-plus lub poprzez wychwyt elektronu. Nuklidy znajdujące się powyżej rozpadają się poprzez przemianę beta-minus. Przemianie alfa ulegają przede wszystkim jądra ciężkie. Na ogół przemianom tym towarzyszy emisja promieniowania gamma wskutek deekscytacji poziomów wzbudzonych, do jakich prowadzą przemiany alfa i beta.

4 4

5 Prawa rządzące zjawiskiem promieniotwórczości: Prawo przesunięć promieniotwórczych (prawo Soddy ego i Fajansa) określa w jaki sposób w wyniku przemian promieniotwórczych przesuwa się pierwiastek w układzie okresowym w wyniku rozpadu α liczba masowa jądra zmniejsza się o cztery, a liczba atomowa o 2 pierwiastek przesuwa się o 2 miejsca wstecz w układzie okresowym w rozpadzie β liczba masowa nie zmienia się (powstają izobary) Z zwiększa się (rozpad β-) lub zmniejsza (rozpad β+) o 1 Tryby rozpadu jądra atomu. N, liczba neutronów;z, liczba protonów. Podstawowe prawo rozpadu rozpad danego jądra jest procesem przypadkowym (każde jądro rozpada się niezależnie od pozostałych i można dla niego określić jedynie prawdopodobieństwo wystąpienia rozpadu w danym czasie) 5

6 6

7 Aktywność (A) (PN-92-J-01003/02) Aktywność nuklidu promieniotwórczego (A) to średnia liczba samoistnych przemian jądrowych z danego stanu energetycznego dokonujących się w danej ilości nuklidu w przedziale czasowym dt podzielona przez ten przedział A dn dt A 0 e t Przez samoistną przemianę jądrową rozumie się zmianę nuklidu lub przejście izomeryczne 7 Jednostką aktywności jest Bekerel [Bq] 1 Bq = przemiana * s -1 Historyczna jednostka aktywności [Ci] 1Ci stanowi aktywność 1 g Ra-226, co odpowiada 3,7*10 10 Bq = 37GBq

8 Aktywność (A) (PN-92-J-01003/02) 8

9 Stała rozpadu (λ) (PN-92-J-01003/02) Prawdopodobieństwo rozpadu jądrowego w przedziale czasu dt podzielone przez ten przedział 1 N dn gdzie N jest liczbą promieniotwórczych atomów w danej chwili czasu t dt W przypadku kilku równoległych niezależnych rodzajów rozpadu danego izotopu wynikowa stała rozpadu jest sumą stałych charakteryzujących poszczególne procesy oddzielnie. Jednostką stałej rozpadu jest [s -1 ] 9

10 Stężenie promieniotwórcze (PN-92-J-01003/02) Aktywność nuklidu lub nuklidów promieniotwórczych, odniesiona do masy albo objętości materiału, w którym substancja promieniotwórcza jest rozłożona Jednostką stężenia promieniotwórczego jest: [Bq/g] lub [Bq/m 3 ] 10

11 Okres połowicznego zaniku (PN-92-J-01003/02) Efektywny okres połowicznego zaniku (T ef ) Czas, w którym aktywność zawartego w organizmie (narządzie) nuklidu promieniotwórczego zmniejsza się do połowy w wyniku rozpadu promieniotwórczego i procesów biologicznych, które można opisać funkcją wykładniczą: T ef T T T b T b [s] Biologiczny okres połowicznego zaniku (T b ) Czas, w którym aktywność zawartego w organizmie (narządzie) nuklidu promieniotwórczego zmniejsza się do połowy w 11 wyniku procesów biologicznych jednostka: [s] Fizyczny okres połowicznego zaniku (T 1/2 ) Czas po jakim aktywność (równoznacznie: ilość jąder) danego izotopu promieniotwórczego (radnuklidu) spadnie do połowy swej początkowej wartości, charakteryzuje dany izotop promieniotwórczy niezależnie od czynników zewnętrznych ln 2 jednostka: [s] T1 2

12 Źródło promieniotwórcze (def. prawo atomowe) substancja promieniotwórcza przygotowana do wykorzystania jej promieniowania jonizującego Źródło promieniotwórcze o takiej budowie, która w warunkach określonych dla jego stosowania uniemożliwia przedostanie się do środowiska zawartej w nim substancji promieniotwórczej Pierwiastek Izotop / Izomer Promieniowani e T1/2 Zastosowanie Jod I-131 γ, β - 8,02 dni badacie tarczycy Technet Tc-99m γ 6,02h. Itr Y-90 β - 64,1h radiosynowektomi a Gal Ga-67 γ, EC 78,3h ogniska zapalne 12 Fluor F-18 β +, EC 109,8mi n. PET

13 Najbardziej powszechne typy rozpadów radioaktywnych: Rozpad alfa polegający na emisji cząstki alfa, czyli jądra helu, składającego się z dwóch protonów i dwóch neutronów. W jego wyniku liczba masowa jądra maleje o 4. Tryby rozpadu jądra atomu. N, liczba neutronów;z, liczba protonów. 13

14 Najbardziej powszechne typy rozpadów radioaktywnych: Rozpad beta wywoływany przez oddziaływania słabe, polegający na przekształceniu neutronu znajdującego się w jądrze w proton albo (rzadko) protonu w neutron. W pierwszym przypadku emitowany jest elektron i antyneutrino (rozpad β ), w drugim przypadku pozyton i neutrino (rozpad β + ). Elektron i pozyton nazywane są cząstkami beta. Taki rozpad zwiększa (β ) albo zmniejsza (β + ) liczbę atomową jądra, nie zmieniając jego liczby masowej. Rozpad β + zachodzi tylko w sztucznie wytworzonych jądrach z nadmiarem protonów, np. N. Tryby rozpadu jądra atomu. N, liczba neutronów;z, liczba protonów. 14

15 Rozpad beta Tryby rozpadu jądra atomu. N, liczba neutronów;z, liczba protonów. 15

16 Najbardziej powszechne typy rozpadów radioaktywnych: Emisja gamma polegająca na emisji promieniowania gamma w wyniku przejścia nukleonu na niższy poziom energetyczny w jądrze. Taki rozpad nie zmienia liczby atomowej ani masowej jądra. Zwykle następuje po rozpadzie alfa albo beta, po którym jądro pozostało w stanie wzbudzonym. Tryby rozpadu jądra atomu. N, liczba neutronów;z, liczba protonów. jednorazowe przejście ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego emisja jednego kwantu o energii równej różnicy energii odpowiadających stanowi wzbudzenia i podstawowemu) stopniowe przejście (suma energii kwantów jest równa różnicy energii odpowiadających stanowi wzbudzenia i podstawowemu) przejście izomeryczne przejście ze stanu wzbudzonego do podstawowego po upływie wielu godzin / miesięcy (izomery jądrowe) elektrony konwersji podczas przejścia jądra z wyższego stanu na mniejszy emitowany jest elektron (zamiast fotonu gamma), najczęściej z powłoki K 16

17 Emisja gamma Tryby rozpadu jądra atomu. N, liczba neutronów;z, liczba protonów. 17

18 Reakcje jądrowe źródłem neutronów: reakcje typu (α, n) źródło neutronów prędkich Tryby rozpadu jądra atomu. N, liczba neutronów;z, liczba protonów. Inne źródła : 210Po-Be, 226Ra-Be, 239Pu-Be, 241Am-Be, 252Cf (rozszczepienie samorzutne) Ważne- źródła neutronów mogą wysyłać promieniowanie γ - promieniowaniu α może towarzyszyć promieniowanie γ rozszczepienie jądra atomowego reakcja jądrowa polegająca na podziale ciężkiego jądra na dwa (rzadziej trzy) fragmenty o porównywalnych masach, zachodząca najczęściej pod wpływem neutronów powolnych. 18

19 Promienio wanie α Własności bardzo silnie jonizujące bezpośrednio (groźne przy wchłonięciach do organizmu) słabo przenikliwe (silnie pochłaniane przez materię - pochłonie je całkowicie kartka papieru, maksymalny zasięg w powietrzu 10 cm) widmo energetyczne liniowe (charakterystyczne) β jonizacja bezpośrednia przenikliwe (maksymalny zasięg w powietrzu do kilkunastu metrów, skutecznie pochłaniane przez materiały lekkie - tworzywa sztuczne, aluminium) widmo energetyczne ciągłe X, γ jonizujące pośrednio bardzo przenikliwe (skutecznie pochłaniane przez materiały ciężkie - ołów, uran) widmo energetyczne: γ - liniowe (prążkowe), X - ciągłe lub liniowe 19 n jonizujące pośrednio (za pomocą cząstek wytworzonych przez neutrony w reakcjach jądrowych) osłony złożone (materiał spowalniający oraz materiał pochłaniający neutrony termiczne) bardzo przenikliwe

20 20 Własności promieniowania

21 21 Mechanizm i miejsce powstawania promieniowania

22 22 Przenikliwość

23 Rodziny (szeregi promieniotwórcze) Tryby rozpadu jądra atomu. N, liczba neutronów;z, liczba protonów. Rozpady α i β- kolejnych izotopów promieniotwórczych grupują się w 4 szeregi promieniotwórcze, kończące się trwałymi izotopami ołowiu lub praktycznie trwałym izotopem bizmutu

24 24 D Z I Ę K U J Ę