JONIZUJUĆA I

NEJONIZUJUĆA ZRAĈENJA

I ZAŠTITA

Predispitna obaveza Broj poena

TEST 1: Zaštita od jonizujućih

zračenja

30

TEST 2: Zaštita od

nejonizujućih zračenja

30

Ispit

Seminar iz odabrane oblasti 20

Odgovori na pitanja iz teme

seminarskog rada

20

Prisustvo na času uključeno

Osnove radioaktivnosti

Ĉestica Simbol Masa Energija Q

(kg) (MeV)

----------------------------------------------------------

Proton p 1.672*10-27 938.2 +

Neutron n 1.675*10 -27 939.2 0

Elektron e 0.911*10 -30 0.511 -

Izotopi

Jonizujuće zračenje• Jonizujuće zračenje je ono zračenje

koje izaziva jonizaciju materije

Neutralni atom

Elektronskiomotač

Elektron

Neutron

Proton

Atomskojezgro

broj protona = broj elektrona

Jonizacija atoma - eksitacija

Jonizovan atom:

broj protona ≠ broj elektrona

Deeksitacija

Alfa ĉestica

Beta ĉestica

Gama zraĉenje

• Jonizujuće zračenje moţe biti:– Elektromagnetno zračenje

• UV zračenje

• X-zračenje (Rentgensko zračenje)

• γ-zračenje

– Čestično zračenje• elektroni, pozitroni

• protoni

• neutroni

• deuteroni

• α-čestice, itd.

Izvori jonizujućeg zračenja

• Prirodni– Kosmičko zračenje

– Radioaktivni raspad prirodnih radionuklida

• Veštački– UV lampe

– Rentgen cevi

– Jonski izvori

– Akceleratori čestica

– Radioaktivni raspad veštačkih radionuklida

Radioaktivni raspad

• Nuklidi koji poseduju višak energije (radionuklidi) oslobađaju se tog viška i dolaze u stabilno stanje:– Emisijom α-čestice

– Emisijom β-čestice

– Internom konverzijom

– Zahvatom elektrona

– Spontanom fisijom

– Emisijom jezgra ugljenika 12C, itd.

a

Radio-

nuklid

α-raspad

Broj neutrona u jezgru

Bro

j pr

oton

a u

jezg

ru

b-

n

pb+

EC

222Rn → 218Po + α + γ

b-

β--raspad

Radio-

nuklid

Broj neutrona u jezgru

Bro

j pr

oton

a u

jezg

ru

n

pb+

EC

a

209Pb → 209Bi + e- + ν

b+

EC

β+-raspad

Radio-

nuklid

Broj neutrona u jezgru

Bro

j pr

oton

a u

jezg

ru

b-

n

p

a

18F → 18O + e+ + ν

2 (511 keV)

Anihilacija

b+ + e- (511 keV) (511 keV)

Zahvat elektrona (EC)

b+

EC

Radio-

nuklid

Broj neutrona u jezgru

Bro

j pr

oton

a u

jezg

ru

b-

n

p

a

201Tl → 201Hg + ν + γ

Izomerni prenos

Šeme raspada

Vreme poluraspada radionuklida

• Radioaktivni raspad je statistička pojava

2lnT

eN=N(t)

Ndt

dN

2/1

t-

0

Roditelj-Potomak raspadA CB

λ1λ2

)ee(A

B(t)

eA=A(t)

tt

12

20

t1-

0

21

Proizvodnja radionuklida

proton meta jezgro neutron radionuklid

O-18 F-19 F-18

Energija jonizujućeg zračenja

• Definiše se kao kinetička energija čestice odnosno fotona

– SI jedinica za energiju je J (Dţul)

– Uobičajena jedinica za energiju čestica je eV (elektron Volt)

– 1 J = 6,24·1018 eV

Spektar elektromagnetnog zračenja

109 107 105 103 101

101 10310-110-310-510-710-910-1110-1310-15

10-1 10-3 10-5 10-7 10-9

3 10x 1 3 10x 3 3 10x 5 3 10x 7 3 10x 9 3 10x 11 3 10x 13 3 10x 15 3 10x 173 10x -1

Vidljivasvetlost

UV

IR

Mik

rota

las

i

UH

F

VH

F

HF

MF

(Ultra

zvu

k)

()

Zv

uk

EL

F

Talasna duţina (m)

Frekvencija (Hz)

Energija (eV)

X i g zračenje

Jonizujućezračenje

Princip interakcije jonizujućih zračenja sa materijom

• Interakcija - Transfer energije:

– Atomima – ekscitacija

– Elektronima – jonizacija

– Jezgrima atoma – neelastični sudari i nuklearne reakcije

Princip interakcije jonizujućih zračenja sa materijom-

kratkotrajni procesi

• Razlikujemo tri stadijuma interakcije:– Fizički stadijum (jonizacija): 10-16 s

– Fizičko-hemijski stadijum (reakcija jona sa molekulima): 10-6 s

– Hemijski stadijum (sekundarne hemijske i biohemijske reakcije): ~s

foton

Karakteristiĉno

zraĉenje

elektron

Fotoelektrični efekat

foton

elektron

Rasejani foton

Komptonov proces

Proizvodnja parova

foton

pozitron

elektron

Interakcije fotona sa materijom

Rezime

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10 100

Photon energy (MeV)

Photoelectric

effect

Compton

process

Pair

production

Energija fotona (MeV)

Atomski broj (Z)

Bremsstrahlung

Foton

Elektron

Al

ploča

List

papira

Prodornost jonizujućeg

zraĉenja

Radioaktivni

materijal

Zid od

betona

α

β

γ, n

Relativna prodornost jonizujućih zračenja

Debljina apsorbujućeg materijala

Relativn

a t

rans

misija

0

0,5

1 Teški joni (α, p, d, itd.)

UV, X, γ, n

Monoenergetskielektroni

β-, β+

Od čega je svet sačinjen?" “Šta ga drţi na okupu?

Empedokle: zemlja, vatra, vazduh, voda

490–430 BC

Elementarne čestice

Atomi Άτομον: ά: ne i τομον: deljiv)

m ≈ 1.66 × 10−27

do 4.52 × 10−25

kg

Atom NIJE fundamentalna

ĉestica

Jezgro NIJE fundamentalna

ĉestica

Proton NIJE fundamentalna

ĉestica

Kvark JESTE fundamentalna

ĉestica

Materija i antimaterijaZa svaki tip materijalne čestice postoji tzv.antičestica koja isto izgleda i ponaša , ali ima suprotno naelektrisanje

Dokaz: Magnetno polje skreće negativne čestice levo, a pozitivne desno.

Sve elementarne čestice suili fermioni ili bozoni

Enrico Fermi ( 1901 – 1954) Šatandra Nat Boze (1894-1974 )

Paulijev princip ekskluzivnosti

PROTON Higsov bozon

Masa: (115 – 185) GeV/c2

Spin:0

Peter Higs

E = mc2

Hadroni (dve klase)Kvarkovi koji opstaju samo u grupi i nikad se ne nalaze sami.

Skup čestica sastavljenih od kvarkova se zove: HADRON

Barioni hadroni sačinjeni od tri kvarka

Mezonisadrži jedan kvark i jedan antikvark

Leptoni

SamostalniSvaki lepton ima odgovarajući antilepton. Antilepton elektrona ima posebno ime: pozitron

Kvarkovi Mari Gel_Man (1929- ) je dao 1964.

ime quark prema stihu iz knjige

Finigenovo bdenje Džejmsa Džojsa.

1969 Nobel

Tri kvarka za iskupljenje Marka

Defekt mase

proton (uud) ima veću masu od sume masa svojih kvarkova:

Najveći deo mase hadrona dolazi usled njegove kinetičke i potencijalne energije konvertovane u masu prema Ajnštajnovoj relaciji, E = mc2.

Šta ih drţi zajedno?

Majka

priroda

Od čega je svet sačinjen?Kvarkovi i leptoni

Sve je, od galaksije do planine i molekula sačinjeno od 6 kvarkova i 6 leptona.

Ali, to nije cela priča

ZAŠTITA

OD

ZRAČENJA

Zašto se štitimo od jonizujućih zračenja?

• Direktno izazivaju fizičke, hemijske i biohemijske promene u materiji kroz koju prolaze

• Indirektno izazivaju biološke i genetske promene u ćelijama

• Ţiva bića nemaju ni jedno čulo koje registruje jonizujuće zračenje

IZLAGANJE JONIZUJUĆEM ZRAĈENJU1) Hronično izlaganje celog

tela niskim dozama2) Akutno izlaganje delova tela

niskim dozama

3) Akutno izlaganje delova telavisokim dozama

4) Akutno izlaganje celog telavisokim dozama

Jonizujuće zračenje od kojeg se ne moţemo zaštititi

Kosmičko zračenje:~100.000 neutrona i~400.000 ostalih čestica na sat

Zemlja i zgrade:~200.000.000 γ fotona na sat

Vazduh:~30.000 raspada na sat u plućima

Ljudski organizam:~15.000.000 β- čestica na sat iz 40K~7.000 α čestica na sat iz urana

Prosečni godišnji ekvivalent doze za stanovništvo

Izvor doze Doza (mSv)

Kosmičko zračenje 0,26

Prirodni radionuklidi u zemlji 0,29

Radon u zatvorenim prostorijama 2,0040K i 14C u organizmu 0,40

Radioaktivne padavine 0,01

UKUPNO 2,96

Prosečan pušač 2,80

UKUPNO PUŠAČI 5,76

Radon iz zemljista 50% Kosmicki zraci 12%

Hrana I voda 10% Gama-zemljiste I zgrade 13.5%

Medicinski izvori 14% Ostali izvori 0.5%

AktivnostA Bq

Izvor u ili van tela

KermaKair Gy

in air

Aps. dozaDT Gy

U TKIVU i ORGANU

Ekv.dozaHT SvU TKIVU iORGANU

Emisija Emisija

Teţinski faktor kvaliteta zračenja wR

OD IZVORA ZRAČENJA DO TELAOD AKTIVNOSTI DO EFEKTIVNE DOZE

Efektivna dozaE SvU TELU

Tkivni teţinski faktor wT,

FIZIĈKE VELIĈINE

Koliko “zračenja” primi

pacijent ?

EKSPOZICIJA OSOBLJA

IZVORMašina

+

pacijent

Mašina

Aktivnost

Broj radioaktivnih raspada u jedinici vremenaSI jedinica: Bekerel (Becquerel)

Izričito zabranjeno: 1 Ci = 37 GBq

1 Bq = 1 s–1

Maria SkłodowskaCurie (1867-1934)

Antoine Henri Becquerel(1852-1908)

Podelili Nobelovu nagradu za fizikuza otkriće radioaktivnosti (1903).

Ekspoziciona doza

Nezakonska jedinica: Roentgen (R) = 2.58x10-4 C/kg

ZABORAVITI !!!

POVRŠINSKA EKSPOZICIJA

EKSPOZICIJA 1 kg

VAZDUHA Izlaganje celog tela

KERMA

Nestohastička veličina primenjljiva na indirektno jonizujuče zračenje ( f, n)

Opisuje samo prenos energije ne vodeći računa šta se događa posle tog transfera

VELIĈINA KOJA MOŢE DA SE MERI

Jedinica: Dţul po kilogramu [J/kg]Specijalni naziv: gray (Gy), 1 Gy = 1 J/kg

Akronim za: Kinetic Energy Released per unit MAss

(Louis Harold Gray:1905-1965)

CEMA Akronim: Converted Energy per unit MAss

C = dEc/dmdEc- energija koju naelektrisana čestica izgubi u sudarima u materijalu mase dm

Jedinica: Dţul po kilogramu [J/kg]Specijalni naziv: gray (Gy), 1 Gy = 1 J/kg

Nestohastička fizička veličina primenjljiva za direktno jonizujuće zračenje (naelektrisane čestice, e, p)

Apsorbovana doza (D)Za razliku od kerme koja se definiše za vazduh, D se definiše za sve materijale

d -srednja energija predata materijiMase dm

D se MOŢE meriti i realizovati etalonom

SI jedinica: Gray (Gy)

Zabranjena jedinica: rad

1 Gy=100 rad

Apsorbovana doza

PPACIJENT

Ekvivalent doze (HT)(Ekvivalentna doza)

Uzima u obzir biološke efekte različitih kvaliteta zračenja

Radijacioni teţinski ( WR ) 1-20Usrednjena vrednost apsorbovane doze u tkivu (D)

HT = WR x DU mešovitom polju: HT = R wR DT,R

(Rolf Maximilian Sievert:1896 - 1966)

SI jedinica: Sievert (Sv)

Veličine izvedene iz ekvivalentne doze

Lična dubinska ekvivalentna doza Hp(10):Ekvivalentna doza u mekom tkivu na dubini od 10 mm ispod određene tačke na telu. .

Lična površinska ekvivalentna doza Hp(0,07): Ekvivalentnadoza u mekom tkivu na dubini od 0,07 mm ispod određene tačke na telu

Ambijentna ekvivalentna doza H*(10):Ekvivalentna doza u tački polja zračenja u ICRU sferi na dubini 10 mm.

ICRU sfera: Sfera prečnika 30 cm gustine 1 g/cm3

Sastav: 76,2 % O + 11,1 % C + 10,1 % H+ 2,6 % N (sastav ekvivalentan mekom tkivu).

Efektivna doza (E)Parametar koji se odnosi na rizik, uzima u obzir relativnu radioosetljivost svakog organa i tkiva:

E = T wTHT = T wT R wRDT,R

DT,R =apsorbovana doza jonizujućeg zračenja kvaliteta R u tkivu T HT =ekvivalentna doza tkiva ili organa TwT =tkivni teţinski faktor za tkivo ili organ TwR =radijacioni teţinski faktor za kvalitet zračenja R

Merna jedinica: Sivert (Sv): 1 Sv = 1 J/kg

Tkivni teţinski faktor (wT)Bezdimenzionalni faktor:uzima u obzir različite osetljivosti pojedinih organai tkiva na indukciju stohastičkih efekata dejstva jonizujućih zračenja(koristi se u zaštiti od zračenja)

Tkivo ili organ wT

Jajnici ili semenici (gonade) 0,20

Crvena kostna srţ, debelo crevo, pluća 0,12

Mokraćna bešika, dojke, jetra, štitna ţljezda jednjak 0,05

Koţa, kosti 0,01

Ostalo (nadbubreţne ţlezde, mozak, ekstratorokalna regija, tanko crevo, bubrezi, mišićno tkivo, pankreas, slezina,timus i materica 0,05

wT =1

Veličine izvedene iz efektivne doze

Kolektivna efektivna doza(S)

Ukupna doza zračenja kojoj je izloţena populacija

Ei:srednja efektivna doza u i-toj podgrupi populacije Ni: broj pojedinaca u i-toj podgrupiJedinica: čovek-sivert (man.Sv)

i

ii NES .

Vezana efektivna doza E50(t)

Efektivna doza akumulirana u periodu od 50 godina od jednokratnog unošenja radionuklida u telo

I još neke specijalne veliĉine.....

0.03 Gy

n x 0.03 Gy

Computer tomography dose index

ZAŠTITA OD ZRAĈENJA

Korist mora biti najmanje jednaka ili veća od štete

Š T E T AK O R I S T

Opravdanost pregleda

Dijagnostički benefit Rizik

medicinske ekspozicije

Ko treba da se štiti u medicini

Pacijent

Članovi porodice pacijenta

Profesionalno izloţena lica

Stanovništo