2012-02-27

1

B

B

udowa

udowa

a

a

tomu

tomu

Elektron o ładunku

Elektron o ładunku

ujemnym (e

ujemnym (e --))

Jądro atomu ładunek

Jądro atomu ładunek

dodatni ( +)

dodatni ( +)

protony (p+)

protony (p+)

neutrony ( n o)

neutrony ( n o)

Powłoki

Powłoki

elektronowe

elektronowe

Jądro atomowe

budowa i właściwości …

Historia

• Istnienie jądra atomowego zostało udowodnione

eksperymentalnie przez fizyka E. Rutherforda w 1911

roku. Rutherford bombardowa

ł złotą folię dodatnio

na

ładowanymi cząstkami alfa. Badając rozkład

promieniowania rozproszonego na folii stwierdzi

ł, że

ca

ły dodatni ładunek i masa atomu skupione są w

bardzo niewielkiej obj

ętości - jądrze atomowym

.

Sk

ładniki jądra

• Proton - cząstka elementarna, o dodatnim ładunku

elektrycznym 1,602*10

-19

C i masie 1,6726*10-27kg.

• Neutron - elektrycznie obojętna cząstka elementarna
• o masie 1,6748*10

-27

kg.

• Elektron - cząstka elementarna o ujemnym ładunku

elektrycznym

• 1,602*10

-19

C i masie spoczynkowej 9,109*10-31kg.

Na

24

11

Energia wi

ązania nukleonów w

Energia wi

ązania nukleonów w

j

ądrze

j

ądrze określana jest równaniem:

E = mc

E = mc

2

2

Siły jądrowe

• Między dodatnio naładowanymi protonami występuje

odpychanie

elektryczne,

którego

efekty

s

ą

równowa

żone przez silne oddziaływanie między

nukleonami. Oddzia

ływania te działają jednak tylko na

bardzo

krótkich

odleg

łościach.

Przy

d

łuższych

odleg

łościach

przewa

żają

si

ły

odpychania

elektrycznego.

2012-02-27

2

Jądro atomowe

Jądro atomowe

Właściwości jądra atomowego

Właściwości jądra atomowego

::

l

Średnica jądra wynosi 10

10

--14

14

-- 10

10

--15

15

m,

m, co stanowi

oko

ło 1/100000 rozmiaru atomu. W jądrze

skupione jest ponad 99,9% masy atomu.

l Stwierdzono,

że większość jąder ma kształt

zbli

żony do kuli, a niektóre są owalne.

l Masa waha si

ę w granicach 10

10

--25

25

kg

kg -- 10

10

--27

27

kg

kg

l G

ęstość w przypadku jądra uranu osiąga

1017kg/m

1017kg/m

3

3

.

.

Modele budowy jądra

Model kroplowy

• Jeden z pierwszych modeli budowy jądra. Zakłada, że

nukleony w j

ądrze zachowują się jak cząsteczki w cieczy.

• Oddziaływanie jądrowe oraz siły elektrostatyczne są

przedstawiane przez analogi

ę do sił lepkości i napięcia

powierzchniowego.

• Najważniejsze założenie modelu - jądra są kuliste. Przez

analogi

ę do energii kropli cieczy oblicza się w tym modelu

energi

ę wiązania jąder atomowych.

• W dużych jądrach może następować rozdzielenie się na

dwa fragmenty, co wyja

śnia zjawiska rozszczepienia jąder

atomowych ci

ężkich pierwiastków. Model ten jest bardzo

przybli

żony i nie wyjaśnia wszystkich własności jąder.

Model powłokowy

• Powłokowy

model

powsta

ł

przez

analogi

ę

do

pow

łokowego modelu atomu.

• Zakłada, że nukleony nie mogą wewnątrz jądra

przyjmowa

ć dowolnych stanów energetycznych, lecz

tylko zgodne z energiami kolejnych pow

łok. Każdą

pow

łokę może zajmować określona liczba nukleonów.

• Model wyjaśnia istnienie ”

liczb magicznych

”: 2, 8, 20,

28,

50, 82, 126

dla których

j

ądra atomowe są

najstabilniejsze. Je

żeli jądro posiada jeden nukleon

mniej lub wi

ęcej, to energia wiązań jest wówczas

wyra

źnie mniejsza.

Ciekaw

ą cechą modelu powłokowego jądra jest

istnienie

oddzielnych

pow

łok

dla

neutronów

i

protonów.

Je

żeli jednocześnie zarówno liczba neutronów jak i

liczba protonów jest równa liczbie magicznej, to j

ądro

jest

“podwójnie magiczne” (np. Hel) i cechuje je

wyj

ątkowa trwałość. Wartości liczby magicznych są

pewne tylko do 82.

Istniej

ą hipotezy, według których liczby 126 i 184 są

magiczne dla neutronów, a 114 dla protonów.

• Tylko niektóre jądra atomowe są trwałe. Decydują o tym

oddzia

ływania między nukleonami. Większość jąder

atomowych o liczbie atomowej od 1 (wodór) a

ż do 83

(bizmut) posiada

trwa

łe izotopy. Cięższe pierwiastki

zawsze s

ą nietrwałe, jednak ich okresy półtrwania są tak

d

ługie, że występują w przyrodzie. Najcięższym z tych

pierwiastków jest Z=94, pluton. Ci

ęższe pierwiastki nie

wyst

ępują na Ziemi, jednak można je sztucznie wytworzyć.

• Najcięższy obecnie pierwiastek o liczbie atomowej 118, o

nazwie

Ununoctium

, jest "ostatnim mo

żliwym" gazem

szlachetnym i który zosta

ł otrzymany w 1999 r. w liczbie

kilkuset

atomów

przez

naukowców

z

Uniwersytetu

Berkeley, w USA.

• Trwałość jądra można przewidzieć na podstawie energii

wi

ązania,

któr

ą

da

si

ę

wyznaczy

ć

do

świadczalnie

porównuj

ąc masę jądra z masą składników.

2012-02-27

3

Trwa

łość jąder

Zale

ży od – stosunku liczby n : p

Aby j

ądro było trwałe muszą być w nim zachowane

odpowiednie

proporcje

mi

ędzy liczbą neutronów i

protonów

N

:

Z

.

§ Trwa

łe izotopy lekkich pierwiastków mają takie same

lub niewiele ró

żniące się liczby neutronów i protonów

N

:

Z

≈1.Jest jednak wiele wyjątków, np. technet, promet i

protaktyn nie maj

ą żadnego trwałego izotopu.

Za nuklid trwa

ły uznaje się taki, którego czas połowicznego rozpadu

wynosi wi

ęcej niż 1 × 10

9

lat.

Je

żeli n/p = 1.0 – 1.2 jądra trwałe

Je

żeli n/p > 1.6 nie mogą istnieć

Defekt masy

Masa

j

ądra jest nieco mniejsza od sumy mas

nukleonów, poniewa

ż w trakcie tworzenia jądra z

pojedynczych nukleonów wydziela si

ę znaczna ilość

energii powoduj

ąc równoważny ubytek masy.

Ró

żnica między obliczoną poprzez sumowanie mas

cz

ąstek, a bezwzględną rzeczywistą masą danego

nuklidu

wyznaczon

ą

do

świadczalnie

nosi

nazw

ę

defektu masy.

Δm = [ Zm

p

+ (A-Z) m

n

]

– m

j

Iloczyn niedoboru masy i kwadratu pr

ędkości światła w

pró

żni jest równy energii wiązania jądra

DE = Dm × c

2

.

Im wi

ększy jest defekt masy, tym większa jest energia wiązania

tym bardziej stabilne jest j

ądro atomowe.

Efekt upakowania

• Defekt masy przypadający na jeden nukleon

• Pozwala w obiektywny sposób porównywać trwałość

j

ąder atomowych o zróżnicowanym składzie

Δm

/ A

• Jądra z parzystą ilością neutronów i protonów

(parzysto-parzyste)

cechuj

ą

si

ę

najwi

ększą

trwa

łością i występują na Ziemi w znacznych

ilo

ściach. Jądra z nieparzystą liczbą protonów lub

neutronów (parzysto-nieparzyste) s

ą dużo mniej

trwa

łe. Nieparzysta liczba protonów i neutronów

powoduje nietrwa

łość jąder;

• od reguły są wyjątki (np: jądro wodoru). Zjawisko to

wyja

śnia model powłokowy jądra atomowego.

Łączna liczba trwałych nuklidów jest równa 272.

Najci

ęższym trwałym nuklidem jest bizmut (

209

83

Bi).

J

ądra z Z > 83 nie są trwałe (wszystkie pierwiastki za bizmutem mają

tylko izotopy promieniotwórcze).

Spo

śród 272 trwałych nuklidów 161 jest zbudowanych z parzystej

l. p. i parzystej l. n., 105 zawiera parzyst

ą liczbę jednego z nukleonów,

natomiast jedynie w 6 przypadkach j

ądro jest zbudowane z

nieparzystej l. p. i nieparzystej l. n.

Szczególn

ą trwałością charakteryzują się jądra o liczbach protonów

lub neutronów równych; 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 (tzw. liczby

magiczne); po

śród nich najtrwalsze są jądra podwójne magicznie,

np.

4

2

He,

16

8

O,

40

20

Ca,

208

82

Pb

Izotopy

- atomy tego samego pierwiastka o różnej liczbie

masowej.

Izobary

- atomy różnych pierwiastków o tej samej liczbie

masowej.

Izotony

- atomy różnych pierwiastków o takiej samej liczbie

neutronów, lecz różnej liczbie masowej.

2012-02-27

4

PROMIENIOTWÓRCZO

ŚĆ

NATURALNA

Przemiany j

ądrowe

to procesy zachodz

ące w jądrach

atomowych.

W

ich

wyniku

powstaj

ą

j

ądra

atomowe

innych

pierwiastków, izotopów tego samego pierwiastka lub
j

ądra

tego

samego

izotopu

w

innym

stanie

energetycznym.

Izotopy promieniotwórcze,

radioizotopy

– pierwiastki

lub izotopy pierwiastków, których j

ądra atomów są

niestabilne

i

samorzutnie

ulegaj

ą

przemianie

promieniotwórczej.

Pierwiastki promieniotwórcze

- pierwiastki chemiczne,

których

wszystkie

izotopy

s

ą

radioaktywne

(promieniotwórcze).

J

ądra atomowe niektórych izotopów ulegają samoistnym
przemianom.

Niestabilno

ść jąder niektórych pierwiastków wynika ze

zbyt du

żej lub zbyt małej liczby neutronów w jądrze. Siły

wzajemnego przyci

ągania nukleonów (siły jądrowe) są

wówczas mniejsze ni

ż siły odpychania protonów (jądro

ulega samorzutnemu rozpadowi).

Konsekwencj

ą:

*nadmiaru

neutronów

w

lekkich

izotopach

jest

promieniowanie

β−

*niedomiaru

- promieniowanie

β+.

§Ci

ęższe izotopy zawsze wypromieniowują cząstki α.

Znanych jest oko

ło 2300 nuklidów promieniotwórczych - tylko

kilkadziesi

ąt występuje w przyrodzie.

Naturalne pierwiastki promieniotwórcze to przede wszystkim
nuklidy o liczbie atomowej Z > 83.

Ze wzgl

ędu na pochodzenie - podział na 4 kategorie:

A

Izotopy pierwotne

, których czas T

1/2

ma warto

ść przekraczającą

0,5 mld lat. Powsta

ły wraz z materią tworzącą Ziemię.

Najbardziej rozpowszechnione to - :

40

K,

238

U,

232

Th

B

Izotopy wtórne

, powsta

łe w wyniku rozpadów

promieniotwórczych izotopów nale

żących do pierwszej kategorii.

Najwa

żniejsze to -

226

Ra,

228

Ra,

222

Rn,

220

Rn,

210

Pb.

C

Izotopy kosmogeniczne

, tworz

ące się pod wpływem

promieniowania kosmicznego, jak równie

ż w reakcjach

j

ądrowych. Radionuklidy kosmogeniczne

10

Be,

26

Al,

36

Cl,

80

Kr

D

Radioizotopy sztuczne

Sam orzutne przemiany j

ądrowe

Cz

ąstki emitowane z jąder w trakcie rozpadu promieniotwórczego

tworz

ą promieniowanie jądrowe uwalniane na zewnątrz.

Podstawowe naturalne przemiany j

ądrowe: α i β.

Przemiana

β

+

Polega na emisji pozytonu pochodz

ącego z rozpadu protonu w jądrze

pierwiastka.
Przemianie tej ulegaj

ą jądra, w których nie występuje zdecydowany nadmiar

neutronów. Podczas przemiany typu

β

+

proton ulega rozpadowi na neutron,

pozyton i neutrino:

n

b +

+

®

+

+

0

1

1

0

1
1

n

p

b

0

1

1

+

-

+

® Y

X

A

Z

A

Z

Przemiana

β

-

Polega na emisji elektronu pochodz

ącego z rozpadu neutronu w jądrze

pierwiastka.
Przemianie tej ulegaj

ą jądra, posiadające duży nadmiar neutronów. Podczas

przemiany

β

-

neutron ulega przemianie w proton, elektron i antyneutrino.

n

b +

+

®

-

+

0

1

1
1

1

0

p

n

b

0

1

1

-

+

+

® X

X

A

Z

A

Z

Bi

Pb

212

83

212

82

®

C

N

13

6

13

7

®

Przem iana

α

Polega na wys

łaniu z jądra cząstek α, czyli jąder helu (

4

2

He

2+

).

Przemianie tej ulegaj

ą głównie ciężkie pierwiastki o liczbie

atomowej od 83

a

4

2

4

2

+

®

-

-

Y

X

A
Z

A

Z

Th

U

234

90

238

92

®

a

4

2

+

2012-02-27

5

Prawo przesuni

ęć (reguła Soddy’ego i Fajansa )

Opisuje w jaki sposób okre

ślony typ przemiany izotopu

promieniotwórczego wp

ływa na rodzaj wytworzonego

nuklidu.

W

łaściwości promieniowania emitowanego przez izotopy

radioaktywne

Papier

Aluminium

O

łów

Po odkryciu w 1932 roku przez Carla Andersona
pozytonu, cz

ąstki beta różnicuje się na:

cz

ąstki

β

-

(elektrony

) i

β

+

(pozytony

).

Cz

ąstki β

+

Powstaj

ą w wyniku rozpadu protonu na neutron,

pozyton (

β

+

) i neutrino elektronowe.

p

+

→ n

0

+ e

+

+

νe

Cz

ąstki β (beta)

Cz

ąstki β

-

S

ą to

elektrony

, posiadaj

ą identyczne właściwości i naturę

jak znajduj

ące się w sferze elektronowej. W naturalnych

przemianach j

ądrowych powstają jako efekt rozpadu

neutronu na proton, antyneutrino elektronowe i elektron.

n

0

→ p

+

+ e

−

+

νe

v

Cz

ąstki β

ulegaj

ą odchyleniu

w polu elektrycznym

(przyci

ągane do elektrody o przeciwnym znaku) i

magnetycznym.
Łatwo

oddzia

łują z materią

(s

ą wyłapywane jako swobodne

elektrony przez atomy i cz

ąsteczki).

Przenikliwo

ść promieniowania β nie jest duża, zasięg w

powietrzu jest rz

ędu kilku - kilkudziesięciu centymetrów.

v

oddzia

łują z polem elektrycznym i magnetycznym.

v

w porównaniu z innymi cz

ąstkami emitowanymi w procesach

promieniotwórczych, obdarzone du

żą masą.

v

s

ą naładowane elektrycznie ładunkiem dodatnim o wartości

podwójnego

ładunku elektronu.

v

bardzo

ch

ętnie oddziałują z materią (jonizują atomy i

cz

ąsteczki).

v

ich zasi

ęg jest bardzo ograniczony (w powietrzu sięga kilku

centymetrów, w cia

łach stałych i cieczach - rzędu ułamków

milimetra).

v

poch

łanianie

cz

ąstek

α

przez

materi

ę

polega

na

wychwytywaniu przez nie elektronów i tworzeniu oboj

ętnych

atomów helu.

Cz

ąstki α (alfa)

v

Rodzaj promieniowania elektromagnetycznego.

v

Promieniowanie

γ ma energię biliony razy większą niż fale

radiowe!

v

Kwanty

γ nie mają ładunku elektrycznego, również nie mają masy

spoczynkowej.

v

Jako neutralne elektrycznie, bez masy spoczynkowej, ale o

wielkiej energii, kwanty

γ są niezwykle przenikliwe (bez trudu

przenikaj

ą przez ciała stałe, nawet o grubości liczonej w metrach).

v

Promieniowanie

γ (podobnie jak α i β) ma charakter jonizujący

Promieniowanie

γ ( gamma)

2012-02-27

6

Szybko

ść rozpadu promieniotwórczego

Proces sam orzutnego rozpadu j

ąder pierwiastków radioaktywnych

przebiega z szybko

ścią, którego nie potrafimy żadnym działaniem

fizycznym ani chem icznym zmieni

ć.

Dla ka

żdego pierwiastka promieniotwórczego charakterystyczny

jest tzw.

okres pó

łtrwania (T

1/2

),

czyli przedzia

ł czasu, w którym

pierwotna liczba j

ąder N

o

maleje do po

łowy, tj. gdy: N = N

o

/2.

W uk

ładzie SI jednostką aktywności jest bekerel (Bq) zdefiniowany jako

jedna przemiana na sekund

ę.

Dla m = 10 g radonu o T

1/2

= 4 dni

g

g

g

g

g

dni

dni

dni

dni

625

,

0

25

,

1

5

,

2

5

10

4

4

4

4

®

®

®

®

Szeregi promieniotwórcze

Bardzo cz

ęsto w przyrodzie procesy promieniotwórcze zachodzą w pewnym

okre

ślonym porządku.

Szereg promieniotwórczy

- seria sekwencyjnych przemian promieniotwórczych

α i

β prowadzących do powstania stabilnego izotopu.

(szereg wzajemnie powi

ązanych izotopów w którym każdy powstaje w wyniku

rozpadu poprzedniego)

Wyró

żnia się cztery ważne szeregi promieniotwórcze:

ØUranowy

– radowy

(zaczyna si

ę izotopem uranu 238U, a kończy trwałym izotopem

o

łowiu)

ØTorowy

(zaczyna si

ę izotopem technetu 232Th, a kończy trwałym izotopem ołowiu)

ØUranowo

– aktynowy

(zaczyna si

ę izotopem uranu 235U, a kończy trwałym izotopem

o

łowiu)

ØNeptunowy

(zaczyna si

ę izotopem neptunu, a kończy trwałym izotopem bizmutu)

Trzy z nich - szereg uranowy, torowy i aktynowy - wyst

ępują w środowisku

naturalnym.

Czwarty - neptunowy, wyst

ępował we wczesnym okresie istnienia Ziemi (czas

po

łowicznego zaniku

237

Np równy jest 2,2 mln lat) - pojawi

ł się jednak ostatnio

ponownie na skutek ska

żeń promieniotwórczych izotopem

241

Pu.

Szereg uranowy

Izotop uranu,

238

U

, o

śmiokrotnie rozpada się na drodze rozpadu

α

i

sze

ściokrotnie na drodze rozpadu

β

zanim stanie si

ę stabilnym izotopem

o

łowiu

206

Pb

.

Szereg torowy

Szereg rozpoczyna si

ę rozpadem izotopu toru

232

Th

o okresie pó

łtrwania 14

miliardów lat a ko

ńczy na stabilnym ołowiu

208

Pb

. Szereg jest opisanym

wzorem

4n + 0

i nale

ży do niego 12 nuklidów.

2012-02-27

7

Pomiar promieniowania

Licznik Geigera

Detektor

lub

uk

ład

do

zliczania

cz

ąstek

lub

fotonów

promieniowania jonizuj

ącego. Najczęściej - wypełniony gazem

cylinder, wewn

ątrz którego umieszcza się cienki drut (pod

wysokim napi

ęciem - anoda). Jonizując gaz wewnątrz cylindra

cz

ąstka powoduje wyładowanie elektryczne, które można

zarejestrowa

ć.

Energetyka jądrowa

• Energetyka jądrowa pozwala na

praktyczne wykorzystanie

procesu

rozpadu j

ąder atomowych. Uwolniona energia może służyć do

ró

żnych celów, np. rozgrzewania pary napędzającej turbiny.

• W technice kosmicznej wykorzystuje się zasilacze izotopowe w

sondach kosmicznych badaj

ących planety Układu Słonecznego.

Izotopy promieniotwórcze znalaz

ły też zastosowanie w czujnikach

dym u.

Broń jądrowa

•

Zjawisko

rozpadu

j

ąder stosuje się

równie

ż w

broni j

ądrowej

, a zjawisko

syntezy j

ądrowej jest podstawą działania

bomby wodorowej.

•

Pierwszy

raz

u

żyto broni jądrowej

podczas II wojny

światowej. Dnia 6

sierpnia 1945 roku USA zrzuci

ły bombę

atomow

ą

na

japo

ńskie

miasto

Hiroshima. W u

łamku sekundy ponad

200-tysi

ęczne miasto zostało zamienione

w morze ruin. Zgin

ęło ponad 80 tysięcy

ludzi.

Wielu

innych

przez

ca

łe lata

walczy

ło

ze

skutkami

choroby

popromiennej.

Wybuch i jego

skutki

Metody medycyny nuklearnej

Medycyna nuklearna to dzia

ł medycyny zajmujący się

bezpiecznym

zastosowaniem izotopów promieniotwórczych w terapii oraz diagnostyce
medycznej.

Technik

ę obrazowania wykonywanego w medycynie nuklearnej nazywa

si

ę

scyntygrafi

ą

.

Ponadto medycyna nuklearna ma jeszcze dwa dzia

ły -

terapi

ę izotopową

oraz

diagnostyk

ę

in vitro. Dla potrzeb obrazowania wykorzystuje si

ę

rejestracj

ę promieniowania (gamma) wyemitowanego przez izotopy

promieniotwórcze. Pierwiastki (izotopy) promieniotwórcze lub zwi

ązki

chemiczne

nimi

znakowane

(radiofarmaceutyki)

podane

do

żylnie,

doustnie lub inhalacyjnie kumuluj

ą się w określonych organach, a ich

rozpadowi towarzyszy wytworzenie promieniowania rejestrowanego przez
zewn

ętrzne detektory.

2012-02-27

8

Diagnostyka medyczna

• Techniki jądrowe wykorzystuje się

w diagnostyce medycznej

.

Dziedzina zajmuj

ąca się tego typu badaniami to

radiologia

.

Przyk

łady zastosowania izotopów promieniotwórczych w

diagnostyczne.

• Izotopy promieniotwórcze można wprowadzić do badanego

organizmu i mierzy

ć natężenie promieniowania. W ten sposób

mo

żna określić

rozprzestrzenianie si

ę danego pierwiastka

w

organizmie.

Wykonanie

pomiaru

promieniowania

poszczególnych partii ludzkiego cia

ła, pozwala

uzyska

ć obraz

niewidocznych struktur anatomicznych

.

• Wykorzystanie promieniotwórczych znaczników pozwala na

obrazowanie procesów fizjologicznych organizmu

. Np. po

podaniu glukozy zawieraj

ącej izotop radioaktywny, cukier

gromadzi

si

ę w tkankach o największym metabolizmie.

Emitowane przez radioizotop pozytony mog

ą być rejestrowane

w odpowiednim czujniku. W ten sposób mo

żna określić

miejsce, gdzie znajduje si

ę ognisko nowotworu.

Najpopularniejsze metody diagnostyki medycznej oparte

na technice j

ądrowej:

•

tomografia komputerowa osiowa (ang. computed tomography,

CT

, computed axial

tomography, CAT),

•

tomografia komputerowa wysokiej rozdzielczo

ści (ang. high resolution computed

tomography,

HRCT

),

•

spiralna tomografia komputerowa (ang. spiral computed tomography,

sCT

),

•

magnetyczny rezonans j

ądrowy (ang. nuclear magnetic resonance

NMR

, magnetic

resonanse imaging, MRI),

•

pozytonowa tomografia emisyjna (ang. positron emission tomography,

PET

).

Wykorzystanie tych technik pozwala na szybkie i precyzyjne diagnozowanie wielu

powa

żnych uszkodzeń organów wewnętrznych. Dzięki możliwości "podglądania"

ludzkiego mózgu podczas pracy naukowcy staj

ą o krok bliżej do zrozumienia

fenomenu inteligencji.

Z wyj

ątkiem magnetycznego rezonansu jądrowego każda z technik radiologicznych

wi

ąże się z napromieniowaniem pacjenta. Oznacza to, że w przypadku kumulacji

dawki promieniowania jonizuj

ącego mogą pojawić się skutki uboczne.

Ciemna strona

•

Ubocznym

skutkiem

wykorzystania

technologii

nuklearnej mo

że się stać uwolnienie do środowiska

naturalnego substancji zawieraj

ących nietrwałe jądra

czyli odpadów promieniotwórczych, a wywo

łane nimi

zanieczyszczen ie

środowiska

to

ska

żenie

radioaktywne. Ska

żenie promieniotwórcze jest bardzo

trudne do usuni

ęcia, gdyż izotopy promieniotwórcze

danego pierwiastka, tylko bardzo nieznacznie ró

żnią

si

ę chemicznie i fizycznie od izotopów trwałych.

Podczas pracy reaktorów j

ądrowych powstają bardzo

radioaktywne odpady. Ich promieniowanie jest tak
silne,

że bez chłodzenia rozgrzewają się one do

bardzo wysokiej temperatury. Odpady z elektrowni
j

ądrowych trzeba przez kilka lat przechowywać w

pobli

żu elektrowni, gdyż ich transport jest zbyt

niebezpieczny, nast

ępnie są w specjalnych zakładach

przetwarzane w celu odzyskania cennych izotopów,
a

ż w końcu zostają one złożone w mogilniku,

chroni

ącym środowisko przed ich wielkim wpływem.

Jest to trudny i kosztowny proces.

Cel tomografii komputerowej

G

łównym celem tomografii jest

uzyskanie

obrazu wybranego przekroju cia

ła, przez

eliminacj

ę z obrazu rentgenowskiego

wszystkich elementów

, le

żących poza tym

przekrojem.

Czym jest tomografia komputerowa?

Tomografia komputerowa (ang. Computed Tomography

– CT) jest

metod

ą

diagnostyczn

ą pozwalającą na uzyskanie obrazów tomograficznych

(przekrojów) badanego obiektu.

Wykorzystuje ona z

łożenie projekcji obiektu wykonanych

z ró

żnych kierunków do utworzenia obrazów przekrojowych (2D) i

przestrzennych (3D).

Urz

ądzenie do CT nazywamy tomografem, a uzyskany obraz

tomogramem.

Podstawowa zasada dzia

łania CT opiera się na

za

łożeniu, że wewnętrzną strukturę obiektu (ciała)

mo

żna zrekonstruować na podstawie pewnej liczby

pomiarów zewn

ętrznych.

Pomiary

te wykonywane s

ą podobnie jak w obrazowaniu

klasycznym RTG, tzn. promieniowanie X jest
emitowane przez lamp

ę, następnie promieniowanie to

napotyka obiekt (cia

ło) i w zależności od struktury

materia

łu jest w większym lub mniejszym stopniu

poch

łaniane, co jest odzwierciedlane

na detektorach umieszczonych za obiektem.

Tomografia komputerowa

Promieniowanie rtg wykorzystane w badaniu, jest
uzyskiwane dzi

ęki pracy lampy emitującej promieniowanie, i

poruszaj

ącej się ruchem okrężnym wokół długiej osi ciała

ludzkiego.

Zmiany nat

ężenia promieniowania w określonej warstwie

cia

ła są natomiast rejestrowane przez detektory

rozmieszczone po

łuku, które odbierają promieniowanie rtg

po przej

ściu przez ciało człowieka. Promieniowanie to jest

poch

łaniane przez różne tkanki i części ciała w sposób

zró

żnicowany.

Najsilniej poch

łaniają je elementy kostne, słabiej - tkanki

mi

ękkie. Prześwietlenie organów w tomografii komputerowej

jest prze

świetleniem warstwami - przekroje są wykonywane

co 2-10 mm - grubo

ść warstw zależy od wskazań

wynikaj

ących z poszukiwanej patologii.

2012-02-27

9

Nowoczesne metody diagnostyczne

Tomografia komputerowa

Zarówno tomografia komputerowa, jak i rezonans
magnetyczny, mimo wielu podobieństw, powstają

jednak z wykorzystaniem różnych zjawisk
fizycznych. W tomgrafi jest to

promieniowanie rentgenowskie

Rezonans magnetyczny

W MR wykorzystywana jest

właściwość jąder wodoru
znajduących się w jednorodnym

polu magnetycznym, tzn.
tworzona jest mapa rozkładu

jąder atomowych wodoru w
ciele człowieka. Jeśli sygnałom
tym przypisze się odpowiednią

skalę szarości, to ujawnią się
one na ekranie monitora

telewizyjnego i na zdjęciach
jako obszary o różnym stopniu

zaczernienia.

Rezonans magnetyczny

*guzy mózgu,

*obrazy układu nerwowego w stwardnieniu

rozsianym,

*guzy kanału kręgowego,

*przepuklina, głównie w zakresie kręgosłupa

szyjnego i piersiowego, czyli popularne
dyskopatie,

*elementy stawów,

*wczesne przerzuty nowotworowe przed

wystąpieniem objawów klinicznych.

Rezonans magnetyczny

Przyk

łady zastosowań pozytonowej tomografii emisyjnej

Pozytonowa

emisyjna

tomografia

(PET)

jest

najbardziej

zaawansowan

ą

technologicznie metod

ą medycyny nuklearnej. Jest to najnowocześniejsza

metoda diagnozowania wczesnych stanów nowotworowych oraz perfekcyjnego
lokalizowania ognisk patologicznych w organizmie, jak równie

ż monitorowania

efektów terapii.

Badania mózgu

Pozytonowa emisyjna tomografia s

łuży do badania przepływu krwi przez

okre

ślone narządy, metabolizmu niektórych substancji (zużycie tlenu, glukozy,

leków, itd.), b

ądź ekspresji niektórych receptorów. Umożliwia to badanie funkcji

czynno

ściowych narządów, co wykorzystuje się zarówno w obserwacjach

stanów fizjologii, jak i

patologii. Badania

fizjologii, wykorzystuj

ąc ścisłe

powi

ązania między aktywnością neuronalną, zużyciem energii i miejscowym

przep

ływem

krwi,

dotycz

ą

w

szczególno

ści

okre

ślenia

prawid

łowego

funkcjonowania mózgu (m.in. procesów spostrzegania, s

łuchania

,

my

ślenia i

percepcji obrazów).

Wykrywany przy pomocy PET wzrost lokalnego przep

ływu krwi

nie jest du

ży (20-50%), dlatego też pomiary te oparte są na

porównywaniu przep

ływu krwi podczas wykonywania zadań

umys

łowych

w

stosunku

do

bada

ń

kontrolnych,

czyli

zachodz

ących w stanie spoczynku.

Technika PET

Jednym z nowych i dynamicznie rozwijaj

ących się

narz

ędzi

medycyny

nuklearnej

jest

technika

pozytonowej tomografii emisyjnej

(PET

– Positron

Emission Tomography). PET powsta

ła na bazie

autoradiografii

tkanek,

czyli

rejestracji

rozmieszczenia preparatu promieniotwórczego w
okre

ślonych

narz

ądach.

Jest

metod

ą

otrzymywania

obrazu

przekroju

poprzecznego

cia

ła

na

podstawie

wyznaczenia

rozk

ładu

radiofarmaceutyku,

znakowanego

izotopem

promieniotwóczym,

podanego

pacjentowi

i

selektywnie osadzonego w narz

ądach i tkankach -

em ituj

ącego pozytony.

2012-02-27

10

...medycyna, to tylko jedna z dróg ...

zastosowania promieniotwórczosci.