Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Úvod do fyziky ionizujícího záření Doc. Ing. J. Heřmanská,CSc Úvod do fyziky ionizujícího záření Doc. Ing. J. Heřmanská,CSc. Ústav biofyziky UK 2.F.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Úvod do fyziky ionizujícího záření Doc. Ing. J. Heřmanská,CSc Úvod do fyziky ionizujícího záření Doc. Ing. J. Heřmanská,CSc. Ústav biofyziky UK 2.F."— Transkript prezentace:

1 Úvod do fyziky ionizujícího záření Doc. Ing. J. Heřmanská,CSc Úvod do fyziky ionizujícího záření Doc. Ing. J. Heřmanská,CSc. Ústav biofyziky UK 2.F

2 Proč? Ionizující záření široce používáno v medicíně jak pro diagnostické, tak pro terapeutické účely

3 CO? Historie Jeden z modelů atomu Základní typy IZ Radioaktivita (typy radioaktivních přeměn, zákon radioaktivních přeměn) Interakce IZ s látkou Základní veličiny a jednotky radiační fyziky v medicíně, detekce IZ Biologické účinky IZ

4 Historie německý fyzik Wilhelm Conrad Röntgen objevil (náhodou) záření způsobující zčernání fotografické desky. Tyto paprsky nazval paprsky X francouzský fyzik Henri Becquerel zjistil (rovněž náhodou), že uran emituje neviditelné záření se stejnými účinky jako paprsky X

5 Přirozená radioaktivita Schopnost některých materiálů samovolně emitovat záření nazvali M. Curie - Sklodowská a P. Curie přirozenou radioaktivitou Podle chování v elektrickém a magnetickém poli byly historicky jednotlivé typy záření nazvány , , 

6 Co je to ionizující záření? Záření schopné vyvolat při průchodu látkou ionizaci, tj. vytvořit z elektricky neutrální atomů elektrony a kladně nabité ionty, popř. vyvolat excitaci, tj. vyzdvihnout elektron z nižší hladiny na hladinu vyšší

7 Model atomu - I 3 částice *protony (+) *neutrony (0) *elektrony (-) *protony + neutrony = nukleony

8 Model atomu - II Nukleony tvoří atomové jádro a jsou drženy pohromadě jadernými silami  m Elektrony tvoří atomový obal  m, elektrony obíhají kolem jádra podle zákonů kvantové mechaniky

9 Atomové jádro Mnoho modelů vysvětlujících jevy kvantové mechaniky. Nám však postačí model slupkový Nukleony jsou uspořádány ve slupkách, zvlášť protony zvlášť neutrony *Počet protonů p … Z (protonové číslo) *počet neutronů n… N (neutronové číslo ) *Z +A = atomové (nukleonové číslo ) * A X z

10 Atomový obal Dánský fyzik Niels Bohr 1913 LKNM

11 Vazbová energie Elektrony na jedné slupce - přibližně stejná energie charakterizovaná vazbovou energií W b = energie potřebná k odtržení elektronu z atomu W b roste s rostoucím Z atomu W b klesá s rostoucím číslem slupky (se vzdáleností od jádra

12 Příklady W b pro elektrony na K-slupce Nuklid Z W b [keV] C Br I Pb

13 W b pro elektrony na K a L slupce 35 Br *W b na K - slupce = keV *W b na L - slupce = 1.80 keV

14 Vlastnosti atomů Vlastnosti jádra (stabilita, typ radiaoaktivní přeměny) - určeny počtem a vzájemným uspořádáním nukleonů Uspořádání elektronů určuje chemické vlastnosti prvku

15 Charakteristiky IZ Klidová hmotnost Energie Spektrum (energetická distribuce)

16 Základní typy IZ - I Elektron  - : 9.31x kg proton p cca 1840x těžší než elektron neutron n dtto pozitron  + : antičástice k elektronu, 1 kladný náboj, stejná klidová hmotnost, nestabilní částice  : jádro atomu He, 2p+2n, cca 7400x těžší než elektron

17 Základní typy IZ - II neutrino, antineutrino : speciální částice - vztah k ZZE při radioaktivních přeměnách, zanedbatelná hmotnost elektromagnetické záření ( , X, brzdné) - nulová klidová hmotnost 

18 Energie - eV e Potenciálový rozdíl 1 V A B W = e  V =  C  1V =  J = 1 eV Práce vykonaná při přechodu z bodu A do bodu B

19 Klidová hmotnost elektronu Klidová hmotnost 9.31x kg E = m 0 c 2 = 9.31x x ( ) 2  83.7 x kg m 2 s -2 = 83.7 x J = 83.7 x 6.24 x eV = MeV

20 Radioaktivita Důsledek složitých přeměn v atomových jádrech Méně stabilní mateřský nuklid  stabilní nebo stabilnější dceřiný nuklid s optimálnější konfigurací p a n v jádře Známe  2000 nuklidů, z toho  270 stabilních

21 Typy radioaktivních přeměn Počet protonů Z Počet neutronů N N=Z Stabilní jádra Přebytek n Přebytek p Přebytek p & n N+1 Z-1 N-2 Z-2 Z+1 N-1  + + - -

22 Jádra s přebytkem neutronů - I n  p + e elektron: historicky  - typ přeměny  -

23 Jádra s přebytkem neutronů - II Spektrum spojité  - E E max Počet částic E  1/3E max

24 Jádra s přebytkem neutronů - III Energie uvolněná z jádra při přeměně: *kinetická energie  - *kinetická energie  A X A Y Z Z+1 +  - + 

25 Jádra s přebytkem neutronů - IV Dceřiné jádro: *stabilní stav *excitovaný stav  do stabilního stavu emisí záření  nebo elektronu vnitřní konverze Příklad přeměny  -

26 Co je to elektron vnitřní konverze Energie předána elektronu na vnější slupce  ten emitován

27 Jádra s přebytkem neutronů Příklad přeměny  - 14 C 14 N  - + 

28 Typy radioaktivních přeměn Počet protonů Z Počet neutronů N N=Z Stabilní jádra Přebytek n Přebytek p Přebytek p & n N+1 Z-1 N-2 Z-2 Z+1 N-1  + + - -

29 Jádra s přebytkem protonů - I První možnost *p  n +  + *pozitron:  + *typ přeměny  + *spektrum: spojité

30 Jádra s přebytkem protonů - II Energie uvolněná z jádra při přeměně *kinetická energie  + *kinetická energie AXAX A Y Z Z-1 +  + +

31 Jádra s přebytkem protonů - III Dceřiné jádro: *stabilní stav *excitovaný stav  do stabilního stavu emisí záření  nebo elektronu vnitřní konverze

32 Jádra s přebytkem protonů - IV Druhá možnost: K - záchyt *záchyt elektronu z vnitřní slupky atomového obalu AXAX A Y Z Z  -

33 Jádra s přebytkem protonů - V Oba procesy mohou nastat současně 58 Co 58 Fe  - 58 Co Fe + +  + 15 %, E max = 0.49 MeV

34 Typy radioaktivních přeměn Počet protonů Z Počet neutronů N N=Z Stabilní jádra Přebytek n Přebytek p Přebytek p & n N+1 Z-1 N-2 Z-2 Z+1 N-1  + + - -

35 Jádra s přebytkem p & n - I První možnost: přeměna  *částice  - jádro atomu He AXAX A-4 Y Z Z He 2

36 Jádra s přebytkem p & n - II *Spektrum čarové E Počet částic Určeno energií čar a jejich zastoupením

37 Jádra s přebytkem p & n - III Dceřiné jádro: *stabilní stav *excitovaný stav  do stabilního stavu emisí záření  nebo elektronu vnitřní konverze *Příklad přeměny  226 Ra 222 Rn 

38 Jádra s přebytkem p & n - IV Druhá možnost: spontánní štěpení *Velmi těžká jádra  štěpení na dva zhruba stejně těžké fragmenty ve střední části Mendělejevovy tabulky *Doprovázeno emisí neutronů a složitého spektra záření gama

39 Radioaktivní přeměna - I Řídí se zákony matematické statistiky: každý atom daného radionuklidu má stejnou pravděpodobnost, že se v určitém časovém intervalu přemění Přeměna nezávisí na fyzikálních a chemických podmínkách, je dána výhradně stavem jádra

40 Radioaktivní přeměna - II Pravděpodobnost přeměny za jednotku času: přeměnová konstanta [s -1 ] N atomů s  počet atomů přeměněných za 1 s : N. počet přeměn (úbytek počtu atomů) za čas dt: *dN = -. N. dt  *N = N 0. e - t

41 Radioaktivní přeměna - III Množství radionuklidu v každém časovém okamžiku charakterizováno aktivitou Aktivita: střední počet samovolných přeměn za jednotku času *A = dN/dt  *A = A 0. e - t *Jednotka A: s -1 s názvem becquerel [Bq]

42 Radioaktivní přeměna - IV V praxi: poločas přeměny T = doba, za kterou se přemění polovina počátečního množství látky A 0 /2 = A 0.e - T  T = ln(2)/

43 Radioaktivní přeměna - V t A0A0 A0A0 A0A0 8 2 T3T

44 Efektivní poločas Radionuklid aplikovaný biologickému objektu je vylučován exponenciálně : T b, b T b = ln(2) / b Celková eliminace: ef = + b  1/T ef = 1/T + 1/T b


Stáhnout ppt "Úvod do fyziky ionizujícího záření Doc. Ing. J. Heřmanská,CSc Úvod do fyziky ionizujícího záření Doc. Ing. J. Heřmanská,CSc. Ústav biofyziky UK 2.F."

Podobné prezentace


Reklamy Google