Techniki Jądrowe

Zygmunt Szefliński

Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów szef@fuw.edu.pl

http://www.fuw.edu.pl/~szef/

Techniki Jądrowe

w Diagnostyce i Terapii Medycznej

Wykład 1 – 5 marca 2021

Plan wykładu

Wykład monograficzny – „Techniki jądrowe w diagnostyce i terapii medycznej” obejmuje następujące zagadnienia:

•Fizyka a medycyna

•Detektory promieniowania jonizującego

•Podstawy obrazowania medycznego

•Tomografia w diagnostyce radiacyjnej

•Podstawy fizyczne radioterapii nowotworów

•Sprzęt we współczesnej radioterapii

•Metody radioterapii Literatura

• A.Z. Hrynkiewicz i E. Rokita, Fizyczne metody diagnostyki medycznej i terapii. Wydawnictwo Naukowe PWN Warszawa, 2000

• Materiały dostarczone przez koordynatora przedmiotu w trakcie zajęć

Przemiany spontaniczne

Spontanicznymi nazywamy procesy realizowane samorzutnie, w odróżnieniu od reakcji, dla których niezbędne jest oddziaływanie między "pociskiem" a

"tarczą". Mówimy wówczas o przemianie spontanicznej, bądź o rozpadzie.

Podstawową charakterystyką przemiany

spontanicznej jest prawdopodobieństwo jej realizacji.

Miarą jego jest stała zaniku , lub jej odwrotność,

=1/, czyli średni czas życia .

W fizyce jądrowej, rozważając przemiany promieniotwórcze, często używa się innej wielkości okres połowicznego zaniku, T_1/2= ln 2.

Prawo rozpadu promieniotwórczego

Rozpady obiektów nietrwałych podlegają

statystycznemu prawu, które można zapisać w postaci;

Rozwiązanie:

Rozwiązanie po zlogarytmowaniu:

dt N

dN   

t N N   

 

t N

N  ln

 

ln

e

N

N 

Prawo rozpadu promieniotwórczego

Krzywa rozpadu promieniotwórczego w skali logarytmicznej

t N

N  ln

 

ln

Aktywność źródła

Aktywnością promieniotwórczej próbki nazywamy liczbę rozpadów,

zachodzących w jednostce czasu.

Jednostki aktywności to:1Ci - 1 kiur 1Ci=3.7  ₁₀

rozpadów na sekundę, oraz znacznie mniejsza jednostka:

1Bq = 1bekerel = 1 rozpad na sekundę.

1Ci=37 GBq

Rozpad 

rozpad dwuciałowy, w stanie końcowym mamy dwa obiekty

He Y

X

A Z

4 2 4

2









 ^ _ Y X ^A _Z ⁴ ₂

A

ZASADY ZACHOWANIA MASY I ŁADUNKU ELEKTRYCZNEGO

Z

238U

92 ²²⁶₈₈Ra ²²²₈₆U

PRZEMIANY RADIOIZOTOPOWE

PROMIENIOWANIE ALFA (α)

Własności promieniowania jądrowego

Rozpad 

Z A

Z A

X _1Ye^e

Z  Z+1

rozpad trójciałowy, w stanie końcowym mamy trzy obiekty, trzecią cząstką, trudną w rejestracji jest neutrino

Rozpad beta

14C ¹⁴N+ beta

Rozpad 

A X

Z

^A₁ X  Z

IT IC

A X

1 Z 







 p _ e n ¹₁ ⁰₁

1

 0





 n _ e p ₀^{1 0}₁

1 1

^A₁ X  Z







 _ e n p ⁰_{1 0}¹

1 1

A X

1 Z 

IT IC

PRZEMIANY RADIOIZOTOPOWE

PROMIENIOWANIE BETA (β+; β–)

Rozpady  - widma

e A

Z A

Z

X 

Y  e

 

X 

Y  e

 

Jak wykryć neutrino

Obfite źródło antyneutrin elektronowych stanowi reaktor jądrowy, bardzo dużą "tarczę" protonów stanowi ciekły scyntylator (ok.1400 litrów)

Wychwyt elektronu

Z A

pow at Z A

X e^ _{. .} _1Ye

Z  Z-1 proces dwuciałowy

Rozpady 

Wybrane parametry rozpadów 

1 3

2

H3He 2¹ 1 2

  

9 18

8

F18O 1^0^

6 11

6

C11B ¹2 3 2

 



1 2

1 2

  

14 14

O N 0^ 0^

6 6

He Li 0^ 1^ Rozpad Sekwencja

spinów i parzystości

T1/2 Emax [MeV]

12.5 lat 0.19 1.8 godz 0.64 20.4 min 0.99

np 10.6 min 0.782

71.4 s 1.812

0.813 s 3.50

Pozyton - odkrycie

1932 Anderson odkrywa

1928 Dirac postuluje istnienie czastki o

Anderson 1932

Pierwsza fotografia toru pozytonu w komorze

Wilsona zarejestrowana przez Andersona 2

sierpnia 1932 roku

Rozpad  ⁺

Z  Z - 1 Pozytonium

detektory detektory

Linia odpowiedzi (LOR)

Jak powstaje

obraz PET

(C₆O₅FH₁₁) (¹⁸F)