Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.82 MB, 56 trang )
<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>
Cấu trúc
- Hạt nhân và các điện tử quay xung quanh. Hạt nhân
mang điện tích dương cịn các điên tử mang điện tích
âm.
- Các hạt tạo nên hạt nhân nguyên tử gọi là nucleu,
các nucleu và các hạt điện tử gọi chung là các nucleon.
- Điện tử cũng như các điện tích của hạt nhân nguyên
tử đều có khối lượng > tuân theo định luật bảo toàn.
Nhảy mức năng lượng, phát bức xạ ở vịng ngồi
- Mức năng lượng khg ở trên cùng
- Vòng K dưới cùng
Cấu trúc
- Bao gồm các proton và các neutron gọi chung là
nucleon.
Hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương
- Proton mang điện tích dưong, số lượng proton
bằng số lượng điện tử bao quanh hạt nhân nguyên tử.
-Ở trạng thái bình thường ngun tử trung hịa về điện.
Các nucleon có khối lượng:
- Khối lượng proton xấp xỉ neutron
- Khối lượng proton lớn hơn điện tử rất nhiều lần
Kí hiệu
- A = Z+N A: Số khối nguyên tử (số các neucleu
trong hạt nhân nguyên tử).
Z: Số nguyên tử, số các proton
N: Số các neutron.
- Qui ước
Ví dụ:
Định nghĩa đồng vị: Cùng một nguyên tố có thể có cấu
trúc số điện tích hạt nhân Z (proton) như nhau nhưng số
khối A khác nhau, số neutron N khác nhau.
- Đồng vị của Carbon: 12C, 13C, 14C.
- 12C và 13C các đồng vị bền, 14C đồng vị phóng xạ.
Các đồng vị của nguyên tố có cùng vị trí duy nhất trong bảng
tuần hồn hóa học Mendeleev.
<i>Định nghĩa phóng xạ: là hiện tượng một hạt nhân không bền </i>
<i>vững tự phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành </i>
<i>hạt nhân khác gọi là hiện tượng phóng xạ.</i>
<i>- Q trình này thường phát ra các tia gamma (γ), beta+</i>
<i>(β+), beta- (β -), anpha (α), sử dụng trong y tế.</i>
Chất phóng xạ (rắn, lỏng, khí…), đồng vị phóng xạ,
gồm nhiều nhiều hạt nhân phóng xạ. Từ hạt nhân mẹ
P phân rã thành các hạt nhân con D ở trạng thái bền
Số lượng hạt nhân phóng xạ mẹ tại thời điểm t
dN<sub>p</sub>(t)/dt = -
<b>λ<sub>P</sub></b>
P → D
Thời gian sống nửa (T<sub>1/2</sub>): Thời gian số lượng hạt
nhân mẹ bị phân rã giảm số đi một nửa. Thời gian lúc
đầu t=0.
- Số lượng hạt nhân N<sub>p</sub>(t) = N<sub>p</sub>(0)
<i>- Hoạt độ A</i><sub>p</sub>(t =T<sub>1/2</sub><i>) = 1/2 A</i><sub>p</sub>(0) = λ<sub>P </sub>N<sub>p</sub>(0) e-λt <i>= A</i><sub>p</sub>(0)e-λT<sub>1/2</sub>
<b>T<sub>1/2=</sub></b> <b>ln2</b> <b>=</b> <b>0.693</b>
Thời gian sống trung bình τ: Thời gian số lượng hạt nhân pxa
giảm xuống cịn1/e=0.368 (36.8%) lúc đầu hoặc hoạt độ phóng
<i>xạ giảm còn 0.368 hoạt độ ban đầu A</i><sub>p</sub>(0)
- Số lượng hạt nhân N<sub>p</sub>(t= τ) = 0.368N<sub>p</sub>(0) = N<sub>p</sub>(0) e-λ τ
<i>- Hoạt độ A</i><sub>p</sub>(t = <i>τ) = 1/e A</i><sub>p</sub>(0) = λ<sub>P </sub>N<sub>p</sub>(0) e-λ τ <i><sub>= A</sub></i>
p(0)e-λ τ
ln2
= 1
T<sub>1/2</sub> τ
Trong tự nhiên
- Do các hiện tượng tự nhiên: các quá trình diễn ra
trên mặt trời, trong hệ thống mặt trời tạo ra các chất
phóng xạ, Radon
- Các q trình tự nhiên diễn ra trong lịng đất Uran,
Radium..
- Tạo ra phơng (back ground) phóng xạ ở mọi nơi.
Do con người:
- Sử dụng đồng vị phóng xạ phục vụ hịa bình
+ năng lượng: nhà máy điện nguyên tử
Các hạt nucleon liên kết trong hạt nhân nguyên tử
bằng lực mạnh (lực hạt nhân)
- thắng được lực Coulomb (proton-proton)
- số lg proton cân bằng với neutron, hạt nhân ổn định.
Ngược lại sẽ phân rã thành hạt nhân trạng thái bền.
Quá trình phân rã phóng xạ
- Phân rã gamma:
+ phân rã thuần gamma
+ chuyển hóa trong
(điện tử Auger, từ quỹ đạo bên ngoài hnhân)
A
X *
Z
A
X * → A X + + e → A X
- Phân rã Beta:
<i>+ phân rã beta- (β-): N P + e</i>
<i>-điện tích và số khối của hnhân mẹ, con trong phân rã</i>
<i></i>
<i>beta-+ phân rã betabeta-+ (βbeta-+): P → Nbeta-+ e+ <sub>(positron - trong máy</sub></i>
<i>PET/CT) </i>
<i>điện tích và số khối của hnhân mẹ, con trong phân rã</i>
<i>beta+</i>
A
P → A D + e
-Z Z+1
A
P → A D + e+
Tia X đặc trưng: nguyên tử bị ion hóa hoặc bị kích
thích, lỗ trống được tạo ra, điện tử quỹ đạo vịng ngồi
nhảy vào chiếm lỗ. Bức xạ phát xạ phát ra (tia X), có
thể kèm theo điện tử quỹ đạo thoát ra (điện tử Auger)
Bức xạ hãm:
Hạt tích điện (điện tử,beta-,beta+) giảm tốc độ do
tương tác với các hạt tích điện khác của mơi trường
vật chất (hnhân nguyên tử)
- Động năng mất đi chuyển thành bức xạ điện từ
(định luật bảo toàn)
<i>Định nghĩa: Phân rã phóng xạ phá ra các bức xạ, các</i>
<i>tia gamma (γ), photon, tia X (sóng điện từ) và các hạt</i>
<i>beta+ (β+), beta- (β – điện tử)… Hiện tượng bức xạ ion </i>
<i>hóa: khi một hạt hoặc một tia bất kỳ có đủ năng lượng để </i>
bứt các điện tử ra khỏi nguyên tử hoặc các phân tử môi
trường vật chất .
- Nếu các hạt hoặc sóng điện từ này, hoặc cả hai có đủ
Phân loại: bức xạ ion hóa trực tiếp và gián tiếp.
- Bức xạ ion hóa trực tiếp:
+ Gồm các hạt tích điện,
<i>β-(</i>electron-điện tử), proton, hạt α và các ion nặng.
+ Truyền năng lượng vào môi trường vật chất
qua tương tác Coulomb giữa hạt tích điện và các
electron quỹ đạo của các nguyên tử vật chất.
- Bức xạ ion hóa gián tiếp:
+ Gồm các hạt khơng mang điện tích, gamma, tia
+ truyền năng lượng thơng qua q trình hai
bước. Bước đầu tiên, hạt trung hịa giải phóng hoặc
tạo ra một hạt tích điện trong mơi trường vật chất.
<b>Trực tiếp</b> <b>Gián tiếp</b>
Hạt tích điện
- Hạt anpha
- Hạt beta+
- Hạt beta+
Hạt bức xạ
Các bức xạ không mang điện
- Tia gama
- Tia X dặc trưng
- Bức xạ hãm
Khi hạt tích điện có đủ năng lượng, (electron beta+, beta
-positron, đi qua môi trường vật chất (chất hấp thụ)
- Tương tác Coulomb với các hạt nhân và điện tử quỹ đạo của
+ Mất năng lượng do va chạm với điện tử quỹ đạo
+ Mất năng lượng do làm cho hạt nhân phát bức xạ
+ Thay đỏi phương chuyển động do tán xạ
Đại lượng đặc trưng cho tương tác giữa hạt tích điện và chất
hấp thụ: tiết diện tương tác σ
Mất năng lượng tia tới trên đường đi: Năng lượng dừng
- s<sub>tot</sub> = s<sub>col</sub> + s<sub>rad </sub>
Tương tác Coulomb:
- Ion hóa nguyên tử: Bứt điện tử ra khỏi nguyên tử.
- Kích thích nguyên tử: Chuyển điện tử ở quỹ đạo có
năng lượng thấp sang quỹ đạo có năng lượng cao hơn,
làm cho nguyên tử ở trang thái bị kích thích
Tương tác Coulomb
Kết quả tương tác:
- Điện tử bị tán xạ và kg mất năng lượng, đặc trưng
bằng năng lượng tán xạ theo góc.
- Khi chùm photon đi xuyên qua môi trường vật chất
sẽ bị hấp thụ.
- μ: hệ số suy giảm tuyến tính, tham số đặc trưng quá
trình bị hấp thụ, phụ thuộc chất và E=ђν photon tới
- Bề dầy môi trường (x) tăng lên, cường độ tín hiệu
sau khi ra khỏi mơi trường chất giảm đi, phụ thuộc x.
- Chất hấp thụ có bề dầy dx làm giảm dI<sub>(x)</sub> cường độ ra
dI<sub>(x)</sub>/I<sub>(x)</sub> = - μdx I<sub>(x)</sub>= I<sub>(0)</sub>e –μx
μ: + đồng đều trong chất hấp thụ
Các bề dầy đặc biệt đặc trưng cho chùm photon:
- Chiều dầy một nửa (HVL hoặc X1/2)
+ Làm suy giảm ½ cường độ chùm photon
I<sub>(x1/2)</sub> = 0.5I<sub>(0)</sub> = I<sub>(0)</sub>e –μx1/2 <sub>HVL=X1/2=ln2/μ</sub>
- Quãng đường tự do trung bình (MFP hoặc x trung bình)
+ Bề dầy chất hấp thụ làm suy giảm cường độ chùm
I<sub>(xtbinh)</sub> = (1/e)I<sub>(0)</sub> = I<sub>(0)</sub>e –μxtbinh <sub>MFP=Xtbinh=1/μ</sub>
- Chiều dầy phần chục (TVL hoặc X1/10)
+ Chiều dầy chất hấp thụ làm cường độ chùm tia chỉ
còn 10% giá trị gốc
I<sub>(x1/10)</sub> = 0.1I<sub>(0)</sub> = I<sub>(0)</sub>e –μx1/10 <sub>TVL=X1/10=ln10/μ</sub>
Ngoài hệ số suy giảm tuyến tính μ, mơ tả đặc tính suy
giảm chùm photon trong chất hấp thụ,
- hệ số suy giảm khối lượng , hệ số suy giảm nguyên
tử , hệ số suy giảm điện tử mà có mối liên hệ với nhau
bằng biểu thức toán học
μ═ρμ<sub>m</sub>═n*<sub>a</sub>μ═Zn*<sub>e</sub>μ
ρ: mật độ khối lượng
n* số lượng nguyên tử trên một đơn vị thể tích
Khi photon đi vào môi trường chất hấp thụ, thông qua
các loại tương tác photon khác nhau, các hạt tích
điện nhẹ như điện tử và positron (beta- và beta+) xuất
hiện trong chất hấp thụ. Chúng sẽ:
- Mất năng lượng do tương tác Coulomb với điện tử
quỹ đạo chất hấp thụ (mất năng lượng do va chạm
hoặc do ion hóa)
- Phát bức xạ photon, năng lượng E<sub>k do tương</sub> tác với hạt
nhân nguyên tử chất hấp thụ (mất năng lượng do
Tương tác với hạt nhân
nguyên tử chất hấp thụ:
Tương tác với điện tử quỹ
đạo chất hấp thụ
- Tương tác trực tiếp
photon-hạt nhân (phản
ứng hạt nhân do photon
gây ra)
- Tương tác giữa photon
và trường tĩnh điện hạt
nhân (hiện tượng tạo cặp)
- Điện tử có liên kết yếu (Eb
<< Ept (ђν )):
+ điện tử xem là tự do
+ hiệu ứng Compton, sản
phẩm cặp 3 (trường tĩnh điện
của điện tử quỹ đạo)
- Điện tử liên kết chặt (Eb ≤
ђν):
Năng lượng photon sử dụng trong y tế, hình ảnh y học
và y học hạt nhân thường nhỏ < MeV.
- I-131 = 360keV, Tc-99m =140keV, Y-90 = 600keV
- Photon phát ra khỏi bóng x-quang 70keV<ђν< 140 keV
Các tương tác phổ biến photon – môi trường vật chất
- Photon biến mất do bị hấp thu hoàn toàn: hiệu ứng
Tương tác photon với nguyên tử
+ điện tử (Auger, từ ngun tử bị kích thích) có động
năng được giải phóng và các lỗ trống xuất hiện trong
nguyên tử chất, phát ra tia X đặc trưng hoặc điện tử
Auger quá trình diễn ra đến khi nguyên tử đạt được
trạng thái cân bằng như hiệu ứng Compton, quang
điện tử, tạo cặp của điện tử quỹ đạo.
+ tạo ra điện tử tự do và các positron trong hiện tượng
tạo cặp của hạt nhân, phản ứng photon với hạt nhân.
• <sub>Photon khơng mất năng</sub>
lượng
• <sub>Photon bị tán xạ, lệch khỏi</sub>
Mô tả: tương tác giữa photon với một điện tử tự do
(liên kết lỏng
Một phần năng lượng tới truyền cho điện tử tự do bị bứt ra
khỏi nguyên tử
Photon tới ђν bị tán xạ góc θ
Năng lượng photon tới
sau tán xạ giảm đi thành ђν’
Photon năng lượng lớn hơn 1,02 MeV tg tác với
Sự kiện hủy cặp được
ghi nhân lại bằng cách
bố trí hai đầu dị gamma
trên cùng phương
nhưng ngược chiều
nhau.
Nguyên tắc dùng trong
PET/CT: Tín hiệu hủy
cặp được chấp nhận khi
hai đầu dị cùng xuất
Xác suất xảy ra mỗi sự kiện
phụ thuộc:
- Năng lượng photon tới
- Số nguyên tử chất hấp thụ
- Hiệu ứng quang điện tử
- Hiệu ứng Compton chiếm
ưu thế ở mức năng lượng
trung bình
Các đơn vị đo bức xạ có chứa các yếu tố:
Cường độ bức xạ phát ra
Sự hấp thụ liều của vật chất
Tác động sinh học của tia
Hiệu ứng của vật chất khác nhau khi chiếu cùng loại
tia
Đơn vị Bq (Becquerel) Đơn vị Ci (Curie)
Ci=3,7x10*(10) prã (xung)/s
Ci =k.mCi= M.µCi
1 Ci=3,7x10*(4)MBq
Định nghĩa
D = dE/dm số lượng năng lg hấp thụ được trên một
khối lượng vật chất
Đơn vị J/kg (Gray) liều hấp thụ trên một kg chất
Gy=100cGy=100rad
Suất liều hấp thụ
Liều hấp thụ trong một đơn vị tgian
P = dD/dt (Gy/s)
Ht.r = Wr.Dt.r (J/kg)
W trọng số của tia bức xạ (đánh giá tác động của từng
loại tia bức xạ), D liều hấp thu bức xạ trung bình của mơ
chiếu
Trọng số photon = 1, proton = 5, anpha = 20
Suất liều tương đương h<sub>t.r</sub>=dHt.r/dt
Liều hấp thụ của một loại bức xạ trung bình của một mơ
trong một đơn vị thời gian
Đơn vị Sv/s mSv/s μSv/s
Cùng một lượng phóng xạ các mơ khác nhau hấp thu
được gây ra các tổn thương khác nhau. Do đó trọng số
mô đặc trưng cho sự tổn thương sinh học cho mỗi
loại mô
Đnghĩa: tỉ lệ với liệu hiệu dụng
E = Σt Wt .Ht = Σt Wt. Σr Wr.Dt.
Đơn vị J/kg = Sv
Suất liều hiệu dụng
e = dE/dt
• <sub>Ngun lý cấu tạo</sub>
•Máy chuẩn liều (Buồng ion hóa)
• Máy đếm xung
• Thiết bị rà phóng xạ (survey meter)
Đầu đếm (detector)
Bao định hướng
(Coloimator)
Khuyếch đại tín hiệu.
Lọc xung qua đo phổ năng
lượng bức xạ
(dyscryminator).
Buồng ion hóa
+ Biến tín hiệu phân rã
thành tín hiệu điện
+ Tạo dạng tín hiệu vào
Điện kế
+ Đếm số lượng tín hiệu
vào
+ Hiển thị kết quả
Thiết bị ghi các xung điện được tạo ra
bởi các bức xạ có trong chất liệu khảo
sát (bệnh phẩm, mô, tạng…) tác dụng
với đầu đếm trong 1 đv thời gian.Nó cịn
được gọi là tộc độ đếm hay hoạt độ PX.
Đầu dị dùng ống đếm GM.
Được sử dụng trong dị tìm
hạch bạch huyết hoặc xác
Kiểm sốt mơi trường (Inspector) Rà phóng xạ (survey meter)
Inspector có đầu dị là ống
Halogen- Geiger-Mueller, dải
• Kế hoạch ứng phó sự cố
• Giới hạn liều đối với nhân viên bức xạ và
cơng chúng
• Ban An tồn bức xạ xây dựng kế hoạch ứng phó
sự cố
• Liều giới hạn: 20 mSv/năm
• Liều hiệu dụng: 0,003 – 0,03 mSv/kỹ thuật xạ hình
+ Một ngày làm việc: 10 bệnh nhân:
0,03-0,3mSv/10 kỹ thuật xạ hình
• Một năm làm việc:
+ Liều lên nhân viên tiêm thuốc phóng xạ là 3,2
mSv/năm
-• Thời gian tiếp xúc với nguồn càng ít (càng ngắn)
càng tốt (liều = suất liều x thời gian)
Trường hợp phải làm việc ở gần nguồn phóng
xạ thì phải tìm cách che chắn để giảm liều
xuống dưới mức cho phép.
• Thiết bị YHHN thuần túy
Gamma Camera
- Máy PET/CT - Máy SPECT/CT
• Điều trị bệnh tuyến giáp bằng I-131, P-32 …
• Xạ phẫu gamma sử dụng nguồn Co-60
• Điều trị tuyến tiên liệt bằng I-125