Zagadkowe promieniowanie

(1)

Zagadkowe promieniowanie

Grzegorz Karwasz Wykład 4

Toruń, 29.03.2018

http://www-outreach.phy.cam.ac.uk/camphy/xraydiffraction/xraydiffraction1_1.htm http://alpha.science.unitn.it/raggix/frames.html

(2)

100 lat temu

(3)

Skąd się biorą promienie X?

100 kV

Anode

Cathode

Rysunek: Eryk Rajch

(4)

120 lat temu...

P. Fornasini, http://alpha.science.unitn.it/raggix/frames.html

8 listopad 1895:

Konrad Röntgen „odkrywa” promieniowanie zwane promieniowaniem X (a w Polsce – Rentgena)

Zasługa Roentgena [w zastępczej niemieckiej pisowni] polega nie na „odkryciu” – ale na postawienie roboczych hipotez, ich sprawdzeniu, błyskawicznym opublikowaniu wyników oraz ich ogłoszeniu publicznym.

Röntgen spędził w laboratorium 8 tygodni, aż do Bożego

Narodzenia 1895, ale w styczniu 1896 „jego” promienie już

stosowano amerykańskich szpitalach.

(5)

120 lat temu i wcześniej

P. Fornasini, http://alpha.science.unitn.it/raggix/frames.html Ale podobne prace prowadzili od 20 lat inni badacze:

Nel 1869 J.W.Hittorf, dell'universita' di Münster, ottiene pressioni inferiori a 0.001 mbar (milionesimi di atmosfera) e scopre i "raggi catodici", che producono

fluorescenza sul vetro dell'ampolla da vuoto.

La scoperta stimola la ricerca sui "raggi invisibili di alta frequenza" previsti da H.L.F.

von Helmholtz in base alla teoria dell'elettromagnetismo di Maxwell.

W. Crookes costruisce una grande varieta' di tubi da vuoto per ricerche sui raggi catodici (i "tubi di Hittorf-Crookes"). Intorno al 1880 Crookes osserva appannamenti inspiegabili di pellicole tenute presso tubi a raggi catodici; restituisce le pellicole come difettose.

Nel 1890 A.W.Goodspeed, dell'Univ. della Pennsilvania, osserva l'ombra lasciata da due monete su una lastra fotografica, ma non indaga oltre.

Nel 1892 P. Lenard costruisce un'ampolla con una sottile finestra di alluminio dalla quale i raggi catodici possono uscire, e inizia a studiare l'interazione dei raggi catodici con la materia. Nel 1893 osserva una fluorescenza inattesa prodotta al di fuori del tubo a raggi catodici, ma non ha la possibilita' di svolgere ulteriori indagini.

(6)

Pierwsza nagroda Nobla (1901)

"Illustrazioni riprodotte per gentile concessione del Deutches Roentgen Museum, Remscheid" e "Emilio Segrè Visual Archives, American Institute of Physics, USA"

(7)

7 hipotez roboczych Röntgena

(8)

Wiadomość „błyskawica”

(9)

Prostota i zastosowania

Science Museum, Londyn, foto GK Deutsches Museum, Munchen, foto GK

(10)

13+ nagród Nobla

P. Fornasini, http://alpha.science.unitn.it/raggix/frames.html

(11)

... dużo więcej nagród Nobla

https://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_crystallography

(12)

Zastosowania: diagnostyka medyczna

P. Fornasini, http://alpha.science.unitn.it/raggix/frames.html Naczynia krwionośne

w sercu

(Synchrotron Grenoble) Röntgenaufnahme:

Albert von Koellikers Hand, aufgenommen von Conrad Röntgen am 23. Januar 1896 [wiki.de]

(13)

Linie charakterystyczne

http://amptek.com/xrf/

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/xrayc.html

(14)

Badania dzieł sztuki

Ritratto di Pietro Aretino, di Tiziano (Firenze, Galleria Palatina) P. Fornasini, http://alpha.science.unitn.it/raggix/frames.html

(15)

Piotr Targowski

Klub Profesorów im. Ludwika Kolankowskiego Styczeń 2015

Nieinwazyjne badania dzieł sztuki za pomocą aparatury zgromadzonej w

ICNT

(16)

Dyfrakcja: von Laue

http://pd.chem.ucl.ac.uk/pdnn/powintro/powdiff.htm

Crystal

Photographic plate

Polychromatic beam of X-rays

Refracted

monochromati c rays

Diffraction of X-rays in monocrystal (configuration of von Laue)

(17)

Dyfrakcja: Bragg

nλ=2d sin(θ)

Światło monochromatyczne, próbka monokryształ

(18)

Dyfrakcja: Bragg

Wikipedia

(19)

Dyfrakcja: Bragg

A. Karbowski Dyfraktogram żelaza

(20)

Dyfrakcja: Debye-Scherer

Światło monochromatyczne, próbka polikrystaliczna (proszek)

(21)

Dyfrakcja: Debye-Scherer

Slideshare.net Światło monochromatyczne, próbka polikrystaliczna (proszek)

(22)

Dyfrakcja: von Laue

http://pd.chem.ucl.ac.uk/pdnn/powintro/powdiff.htm

http://www.matter.org.uk/diffraction/x-ray/laue_method.htm Światło polichromatyczne, próbka monokrystaliczna

(23)

Dyfrakcja: diament

https://www.quark-and-laser.com/blogs/news/57170755-the-quantum-mechanics-of-bling http://andrewsteele.co.uk/shorts/1502

Diament: pierścionek zaręczynowy pani Ivelisse

(24)

Dyfrakcja: struktura DNA

Encyklopedia Fizyki Współczesnej, PWN, Warszawa, 1983

http://aworldofbiology.weebly.com/structure-of-dna-and-rna.html

(25)

Dyfrakcja: białka, wirusy

K. M. Renisch, M.L. Nibert, S. C. Harrison, Nature, Vol. 404 (2000) 960 DESY

(26)

Synchrotron: laser X-ray

http://serc.carleton.edu/research_education/geochemsheets/techniques/SXD.html http://www.matter.org.uk/diffraction/x-ray/x_ray_methods.htm

(27)

Struktura 3-io i 4-rzędowa białek

https://www.youtube.com/watch?v=yZ2aY5lxEGE https://www.youtube.com/watch?v=O5gN-IK6uKs

(28)

Struktura białek

A protein crystal structure at 2.7 Å resolution. The mesh encloses the region in which the electron density exceeds a given threshold. The

straight segments represent chemical bonds between the non-hydrogen atoms of an arginine (upper left), a tyrosine (lower left), a disulfide bond (upper right, in yellow), and some

peptide groups (running left-right in the middle). The two curved green tubes represent spline fits to the polypeptide backbone.

Bassophile 08:00, 25 May 2007

(29)

Neurony, dendryty

By LadyofHats - Own work. Image renamed from Image:Complete neuron cell diagram.svg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3970826

(30)

Neuro-przekaźniki

wikipedia

(31)

Tężec, jad kiełbasiany

345px-Botulism1and2.JPG Opisthotonus_in_a_patient_suffering_from_tetanus _-_Painting_by_Sir_Charles_Bell_-_1809

Source: Wikipedia

(32)

Białka przekaźnikowe

• 3 verschiedene Ansichten der Struktur eines abgekürzten

neuronalen SNARE Komplexes. Legende: Synaptobrevin-2 (rot), Syntaxin-1 (rosa), SNAP-25 (violett).

• Loh , https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8994038

• https://it.wikipedia.org/wiki/Proteina_integrale

(33)

Clostridum tetani

http://www.ebi.ac.uk/pdbe/entry/pdb/1z7h

(34)

Clostridum tetani

http://www.ebi.ac.uk/pdbe/static/entry/1z7h_deposited_chain_front_image-800x800.png

Zn

⁺²

(35)

Tetanospasmina

https://en.wikipedia.org/wiki/Tetanospasmin

1 ng/kg, making it second only to Botulinum toxin as the deadliest toxin in the world.

(36)

Clostridum botulini

Lacy, D.B., Tepp, W., Cohen, A.C., DasGupta, B.R., Stevens, R.C. - PDB-Bild 3BTA

C

₆₇₆₀

H

₁₀₄₄₇

N

₁₇₄₃

O

₂₀₁₀

S

₃₂

(37)

Clostridum botulini

https://en.wikipedia.org/wiki/Botulinum_toxin https://en.wikipedia.org/wiki/Clostridium_botulinum

Botulinum is the most acutely lethal toxin known, with an estimated human

median lethal dose (LD50) of 1.3–2.1 ng /kg intravenously or intramuscularly

and 10–13 ng/kg when inhaled.[3]

(38)

Botulina

(39)

Clostridum botulini

https://en.wikipedia.org/wiki/Botulinum_toxin

The terminals of specific axons must internalize the toxin to cause

paralysis, and the heavy chain of the toxins is implicated in targeting the toxin to such axon terminals; following the attachment of the toxin heavy chain to proteins on the surface of the terminals, toxin molecules enter the neurons by endocytosis.[45] The light chain, which has zinc

metalloprotease activity,[45] is released from the endocytotic vesicles and reaches the cytoplasm

.

Hence, botulinum toxins A, B, and E specifically cleave SNAREs, preventing "neurosecretory vesicles" from docking/fusing with the

interior surface of the plasma membrane of the nerve synapse, and so block release of neurotransmitter. In inhibiting acetylcholine release, nerve impulses are blocked, causing the flaccid (sagging) paralysis of muscles characteristic of botulism[45] (in contrast to the distinct

spastic paralysis seen in tetanus).[48]

(40)

Clostridum botulini

https://en.wikipedia.org/wiki/Botulinum_toxin

The light chain, which has zinc metalloprotease activity,[45]

(41)

Jad kiełbasiany

https://en.wikipedia.org/wiki/Botulinum_toxin https://pl.wikipedia.org/wiki/Clostridium_botulinum ttps://pl.wikipedia.org/wiki/Zatrucie_jadem_kiełbasianym

• double vision, blurred vision or drooping eyelids;

• dysphonia (hoarseness, trouble talking), dysarthria (trouble enunciating words),

• trouble swallowing;

• trouble breathing; or

• loss of bladder control

• paralysis

W Księdze Rekordów Guinnessa jest zaklasyfikowana jako najbardziej śmiercionośny organizm, bowiem wytwarza

najsilniejszą egzotoksynę: „450 g tej trucizny teoretycznie mogłoby zlikwidować całą ludzkość.”[1 ]

Botulina wrażliwa jest na wysoką temperaturę i zasolenie.

Najczęściej źródłem zatrucia są konserwy, często mięsne, ale również jarzynowe czy rybne. Bywają to często przetwory wytwarzane w warunkach domowych lub przeterminowana lub niewłaściwie przechowywana żywność zakupiona w handlu.

Jeśli wieczko jest wybrzuszone (bombaż), konserwa na pewno nie nadaje się do spożycia.

(42)

Tetanus, botulinum: Zn ²⁺

Montecucco C , Schiavo G

Department of Biomedical Sciences, University of Padova, Italy.

Trends in Biochemical Sciences [1993, 18(9):324-327]

(43)

Security check

X-Ray: 90 kV, operating at 84 keV XIS-5335.jpg

X-ray Generator:

Dual 180kV, Operating at 165kV 6 Color Imaging

Atomic Z-Number Measurement,

XIS-6545DV.jpg

(44)

Security check

The XIS-1517 320kV high penetration x ray

(45)

Kodowanie obiektów

http://snallabolaget.com/?page_id=666

(46)

X-ray astrophysics

http://m.esa.int/Our_Activities/Space_Science/A_Milky_Way_twin_swept_by_an_ultra-fast_X-ray_wind

(47)

Chandra NASA observatory: Saturn

http://chandra.harvard.edu/photo/2005/saturn_rngs/

http://chandra.harvard.edu/photo/category/neutronstars.html

(48)

Chandra NASA observatory: Supernowe

Supernova 1987A

Kepler's Supernova Remnant

The remains of a supernova first seen in 1604.

http://chandra.harvard.edu/photo/2005/casa/

(49)

Chandra: czarna dziura w środku galaktyki

A giant jet spanning continuously for over 300,000 light years is seen blasting out of the galaxy Pictor A.

A new composite image shows this jet in X-rays (blue) and radio waves (red).

In addition to the main jet, there is evidence for a jet moving in the opposite direction.

(50)

Galaktyki pełne gorącego gazu

http://chandra.harvard.edu/photo/2016/frontier/ 10 March, 2016

MACS J0416.1-2403 and MACS J0717.5+3745:

Both of these objects are sites where multiple galaxy clusters are colliding.

X-rays from Chandra reveal the massive amounts of hot gas that pervade each galaxy cluster.

(51)

Chandra: zderzenie grup galaktyk

Two galaxy clusters located about 4.3 billion and 5.4 billion light years away respectively.

(10 Mar 16) http://chandra.harvard.edu/press/16_releases/press_010616.html