Vznik a vývoj vesmíru Ve vesmíru převažuje temná hmota, která rozhodne o jeho osudu. Nejčastější skupenství je plazma. Sluneční soustava 4,6 miliard let.

Prezentace na téma: "Vznik a vývoj vesmíru Ve vesmíru převažuje temná hmota, která rozhodne o jeho osudu. Nejčastější skupenství je plazma. Sluneční soustava 4,6 miliard let."— Transkript prezentace:

1 Vznik a vývoj vesmíru Ve vesmíru převažuje temná hmota, která rozhodne o jeho osudu. Nejčastější skupenství je plazma. Sluneční soustava 4,6 miliard let

2 Radiobiologie potravin
Teze přednášky 2 prof. MVDr. Petr Dvořák, CSc. FVHE VFU Brno

3 Vznik prvků slučováním kvarků vznikly nukleony a jádra izotopů lehkých prvků vodíku a helia jadernou syntézou na povrchu a v jádře hvězd vznikají prvky až po Fe další prvky Mendělejevovy soustavy vznikly bombardováním rychlými neutrony po explozi supernov

4 Základní částice hmoty a jejich interakce

5 Elementární částice Svět přesných kopií !
S výjimkou doby života a hmotnosti jsou všechny vlastnosti kvantovány. symbióza částic a interačních sil Volný prostor mnohonásobně převažuje nad částicemi ! Antihmota je stejně reálná jako hmota, zrcadlová symetrie částic s opačnými znaménky nenulových kvantových čísel.

6 Elementární částice SPIN – počet možných os rotace
celistvý – bosony, polocelistvý – fermiony NÁBOJ +1; 2/3; 0; 1/3; -1 náboje elektronu SPECIFICKÉ VLASTNOSTI KVARKŮ „vůně“ d, u, s, c, b, t „barva“ červená, zelená, modrá Fermiony se řídí Pauliho principem výlučnosti Leptony jsou nedělitelné Hadrony – kvarky - preony

7 Stabilita částic stabilní jsou:
proton, elektron, neutrino a jejich antičástice volný neutron (poločas přeměny 15 min.) → proton + elektron + antineutrino

8 Složení hmoty Fotony Fermiony leptony (elektron, mion, tauon, neutrina
a jejich antičástice) kvarky (u +2/3e d -1/3e- ) hadrony – mezony baryony (3 kvarky) nukleony proton uud neutron ddu

9 Interakce částic Gravitační univerzální, dalekého dosahu, přitažlivá
Elektromagnetická výběrová, dalekého dosahu, přitažlivá i odpudivá Silná jaderná jen v jádře atomu, přitažlivá i odpudivá, konstruktivní Slabá jaderná jen v jádře atomu, nejkratšího dosahu, destruktivní

10 Radioaktivita Ionizující záření

11 X U Základní symboly, izotopy Příklad počet neutronů N = A – Z
236 U 92 počet neutronů N = A – Z Z protonové číslo A hmotnostní číslo relativní atomová hmotnost u = jedna 12tina hmotnosti 12C 1 u = 1, kg

12 Příčina nestability jader
Z 2000 známých nuklidů pouze 266 stabilních Stabilita = poměr protonů : neutronům Z < : 1, 25 výjimka 11H a 32He Z > : , 52 poslední stabilní Bi 209 nukleonů – 83 protonů = 126 neutronů : 83 = 1,52

13 Důsledky velikosti vazebné energie nukleonů :
Železo má nejvyšší vazebnou energie nukleonů. Jedná se o nejstabilnější prvek v přírodě (vyžaduje nejvíce energie na oddělení nukleonů od sebe – jadernou přeměnu) Jaderná fúze - energie pochází ze slučování lehkých prvků na těžší (zvýšení vazebné energie na nukleon pro prvky lehčí než železo). Štěpení jádra - energie pochází z rozdělení těžkých prvků na lehčí (zvýšení vazebné energie na nukleon u prvků těžších než železo).

14 Energie radioaktivní přeměny
Exergonický děj [MeV] Q = Eexcit.jádra + Ekin.částic + Efotonů

15 Zákon radioaktivní přeměny
Přeměna konkrétního jádra má stochastický charakter N = No . e –λ t λ desintegrační (přeměnová) konstanta t čas za který se sníží No počet jader v čase t = 0 na počet jader N

16 Graf závislosti počtu přeměněných jader na čase má exponenciální tvar
oo T T čas No – počet jader v čase T = 0

17 Poločasy Fyzikální poločas přeměny Biologický poločas
Efektivní poločas 1/ Tef = 1/Tfyz + 1/Tbiol Ekologický poločas

18 Jaderná geochronologie
Ny t = λ Nx Ny stabilní nuklid Nx nuklid s dlouhým poločasem přeměny Metoda draslík argonová 40K T = 1, let Uhlíková 14C 12C

19 Druhy záření Korpuskulární x elektromagnetické Podle ionizace:
Ionizující přímo Ionizující nepřímo Neionizující

20 1.Korpuskulární záření Ionizující přímo Alfa Elektronové Pozitronové
Protonové Ionizující nepřímo Neutronové

21 2. Elektromagnetické záření
Ionizující nepřímo Gama Röntgenovo UV C nad 10 eV nebo λ < 100 nm Neionizující Mikrovlnné Radarové Infračervené Viditelné UV A, B, (C)

22

23 Vlastnosti ionizujícího záření
Biologická účinnost Podle schopnosti ionizovat Podle pronikavosti Pronikavost Podle velikosti náboje Podle velikosti částice

24 Röntgenovo záření X rey
Působením vysokého napětí dojde k urychlení elektronů emitovaných ze žhavené katody. Nárazem do kovového terče anody vzniká emisní záření: Brzdné – spojité energetické spektrum Charakteristické – čarové spektrum

25 CT číslo Hounsfieldova jednotka (HU)
μT  -  μv denzita (HU) =  μv μT  absorpční koeficient  pro tkáň  (cm-1) μv   absorpční koeficient  pro vodu (cm-1) voda HU = vzduch HU = maximální hodnota +3000 V praxi se používá rozpětí od -120 po HU

26 Záření alfa Energeticky nestabilní atomové jádro X se přemění emisí částice  (jádro helia) na jádro Y. PŘÍKLADY VŠEOBECNĚ AZX  A-4Z-2Y He SPECIÁLNÍ 22688Ra  Rn +  Energetické spektrum je čarové. Nejvyšší ionizační schopnost. Nízká pronikavost. Vysoká radiotoxicita při vnitřní kontaminaci.

27 Záření beta Při přeměnách  se přetváří protony (p) a neutrony (n) navzájem. Rozeznáváme 3 procesy:
1. elektronové záření β- při přebytku neutronů v jádře n  p + e- + ~ AZX AZ+1Y + - + ~ 3215P 3216S + - + ~

28 Záření beta 2. pozitronové záření β+
při přebytku protonů v jádru 11p10n + + +  AZX AZ-1Y + + +  189F 188O + + +  3. zachycení elektronů sféry K při přebytku protonů v jádře p + e-  n +  Emise elmg. záření zpětným přeskokem e- do mezer vzniklých záchytem (K- dráha) AZX + e-  AZ-1Y +  (kvark u → d + ) 5425Mn + e-  5424Cr +  (+2/3 – 1 = -1/3 náboje e-)

29 Záření beta Energetické spektrum spojité Druhá nejvyšší ionizace
Třetí nejpronikavější Proniká do podkoží (beta popáleniny) Vysoká radiotoxicita při vnitřní kontaminaci.

30 Záření gama  – vzniká přeskokem kvant z úrovně excitace jádra Y* do níže ležící energetické hladiny. Nastupuje ve spojení s - rozpadem nebo - přeměnou. X  Y* + ,  Y* Y +  6027Co  6028Ni* + - 6028Ni* 6028 Ni +  Nižší ionizační schopnost. Nejvyšší pronikavost. Energetické spektrum čarové. Jak vnější ozáření, tak i vnitřní kontaminace.

31 Neutronové záření Vzniká při jaderných reakcích, např. štěpení jádra, využívá se alfazářičů (neutronový generátor). A (x,y) B, Be +  → n C 235U(x,y 2-5 n), Energetické spektrum spojité. Druhé nejpronikavější. Stupeň ionizace je dán energií neutronů. Významné zejména při vnějším ozáření. Schopnost indukované radioaktivity (především nízkoenergetické-pomalé rezonanční neutrony). Průmyslové využití (výroba radionuklidů, jaderný reaktor, neutronová bomba).

32 Změny v jádře atomu u α záření Brzdné záření u β záření
INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S HMOTOU I. ČÁSTICOVÁ ZÁŘENÍ NESOUCÍ NÁBOJ Excitace Ionizace Změny v jádře atomu u α záření Brzdné záření u β záření Anihilace hmoty (pozitron, elektron) Braggova křivka Čerenkovo záření

33 INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S HMOTOU II. FOTONOVÁ ZÁŘENÍ
Fotoelektrický jev – fotoefekt Comptonův rozptyl Tvorba elektron-pozitronového páru Změny v jádře atomu

34 FOTONOVÁ ZÁŘENÍ pravděpodobnost interakce v závislosti na energii
keV do 2 MeV do 20 MeV nad 20MeV P až 99 % až 99 % asi 50 % asi 1 %

35 INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S HMOTOU III. NEUTRONOVÉ ZÁŘENÍ
Pružný rozptyl Nepružný rozptyl Absorpce jádrem atomu

36 Radiofarmaka a využití otevřených zářičů v medicíně
1. Pozitronová 11C, 13N, 15O, 18F ↑ 2-fluoro-2- deoxy-D-glukóza v nádorových a zánětlivých buňkách Pozitronová emisní tomografie PET 2. gama zářiče 99mTc, Jednofotonová emisní tomografie SPECT 3. Scintigrafie 123I, 131I (nefrografie) 81Rb, 32P, 59Fe 4. Radioterapie 131I – štítná žláza 5. Radioimunoanalýza RIA 125I, 3H

37 Veličiny a jednotky v radiobiologii
Mezinárodní komise pro radiologické jednotky ICRU založená 1925 Mezinárodní komise pro radiologickou ochranu ICRP založená 1928 Mezinárodní agentura pro atomovou energii IAEA a její doporučení normy ISO

38 A) Veličiny a jednotky charakterizující zdroje IZ
λ přeměnová konstanta – podíl pravděpodobnosti dP a času dt , za který se jádro pravděpodobně rozpadne [ s-1 ] A aktivita A = λ . N počet rozpadů za sekundu [ Bq ] becquerel starší jednotka [ Ci ] curie 1 Ci = 3, Bq

39 A) Veličiny a jednotky charakterizující zdroje IZ
am hmotnostní aktivita [ Bq kg-1 ] av objemová aktivita [ Bq l-1 ] aS plošná aktivita [ Bq m-2 ] f frekvence (vlnová délka) E energie záření [ eV ] [ keV, MeV ] energie elektronu ve spádu 1 V

40 B) Veličiny a jednotky IZ charakterizující pole v prostoru
Ψ hustota (fluence) částic [ m-2 ] fluenční příkon [ m-2 s-1] zářivá energie [ J ] tok energie [ J m-2 ] hustota toku energie [J m-2 s-1] = [ W m-2 ]

41 C) Veličiny a jednotky popisující interakci IZ s hmotou
Míry interakcí jsou dány: účinnými průřezy σ – míra pravděpodobnosti, že dojde k interakci (totální; úhlový; spektrální; makroskopický) pravděpodobností srážky I = Io B e –μx μ = Σ σ . ρ . Na / M   μ lineární součinitel zeslabení Na Avogadrova konstanta M molekulová hmotnost B růstový faktor pro nové fotony komptonova rozptylu x síla vrstvy

42 C) Veličiny a jednotky popisující interakci IZ s hmotou
Kerma (K) – popis přenosu energie u záření ionizujícího nepřímo = energie předaná na částice nesoucí náboj [ m2 s-2 ] = [Gy] grey K = Ψ μ / ρ Dávka (D) popisuje předávání střední energie nabitých částic absorpcí v hmotě [ J kg -1 ] = [Gy] grey D = dE / dm U vnitřní kontaminace není mezi K a D rozdíl U zevního ozáření jde o kombinaci obou, neboť na povrchu kůže se část fotonů odráží a část elektronů uniká ven J kg -1 = N m kg -1 = kg m s-2 m kg -1 = m2 s-2

43 C) Veličiny a jednotky popisující interakci IZ s hmotou
L lineární přenos energie (LET) [ eV ] L = dE / dx vyjadřuje energii která je při zpomalování nabité částice předávána elektronům hmoty X expozice pouze pro fotonová záření ve vzduchu [ C kg -1 ] , starší [R] rentgen X = dQ / dm Q náboj v coulombech [C]

44 C) Veličiny a jednotky popisující interakci IZ s hmotou
Okamžitou situaci vyjadřují Kermová rychlost - příkon [ Gy s-1] Dávková rychlost - příkon [ Gy s-1] Expoziční rychlost - příkon [ A kg -1 ] A ampér A = C . s-1

45 D) Veličiny a jednotky popisující interakce IZ s živou hmotou
EKVIVALENTNÍ DÁVKA VE TKÁNI (ORGÁNU) HT [ Sv ] HT = wR . DT,R wR radiační vahový faktor DT, R [Gy] průměrná absorbovaná dávka ve tkáni T ionizujícím zářením R

46 D) Veličiny a jednotky popisující interakce IZ s živou hmotou
EFEKTIVNÍ DÁVKA CELÉHO NEBO ČÁSTI TĚLA E [ Sv ] E = wT . HT wT tkáňový vahový faktor (závisí na radiosenzitivitě příslušné tkáně)