03 Podstawowe charakterystyki źródeł promieniotwórczych.pdf

(213 KB) Pobierz
Microsoft Word - 03_Charak_zrodel.doc
III. PODSTAWOWE CHARAKTERYSTYKI ŹRÓDEŁ
PROMIENIOTWÓRCZYCH. ELEMENTY DOZYMETRII
3.1 Aktywność
Pracując ze źródłami promieniotwórczymi musimy ustalić sposób ich charakteryzacji.
Dotyczy ono izotopu lub izotopów, które zawiera źródło promieniowania, aktywności źródła,
okresu połowicznego zaniku i rodzaju promieniowania wysyłanego przez źródło. Dane te są
niezbędne do oceny skutków działania promieniowania na organizmy, w tym przede
wszystkim na człowieka. Zdefiniujemy niżej te pojęcia, gdyż bez ich znajomości trudno się
poruszać w świecie promieniotwórczości i medycyny nuklearnej w szczególności.
Aktywność źródła
Aktywność, zdefiniowana już w poprzednim rozdziale, jest liczbą rozpadów
promieniotwórczych w źródle, zachodzących w jednostce czasu. Jednostką aktywności jest
bekerel (od Henri Becquerela – odkrywcy promieniotwórczości naturalnej):
1 Bq = 1 rozpad/s
Jednostka historyczna – kiur jest w przybliżeniu aktywnością 1g radu-226:
1 Ci = 3,70⋅10 10 Bq = 37 GBq
Aktywność właściwa
Jest to aktywność jednostki masy, objętości lub powierzchni emitujących promieniowanie.
1 Ci jest w przybliżeniu aktywnością właściwą radu (ściśle wynosi ona 36,6 GBq/g)
1
3.2 Zanik promieniotwórczy
Jeśli w chwili początkowej t=0 liczba jąder promieniotwórczych wynosiła N 0 , to po czasie t
wynosi ona:
N = N 0 e -λt ,
(3.1)
gdzie λ jest stałą rozpadu, związaną z okresem połowicznego zaniku (T 1/2 ) relacją:
λ
=
ln
2
(3.2)
T
1
2
Z definicji aktywności wynika, że
A
=
−
dN
=
A
0 e
−
λ
t
(3.3)
dt
W ciele człowieka każda substancja ma charakterystyczny, biologiczny czas połówkowy
związany z wydalaniem. Jeśli więc w chwili zero podamy człowiekowi specyfik w ilości M 0 ,
po czasie t będzie go
M
=
M
e
−
λ
Bio
t
(3.4)
0
Zdarza się także, że wydalanie substancji zachodzi wg bardziej złożonej formuły:
M
=
M
(
A
e
−
λ
(
bio
)
1
t
+
A
e
−
λ
(
bio
)
+
...
)
(3.5)
0
1
2
W medycynie nuklearnej interesuje nas zarówno tempo zaniku aktywności substancji
promieniotwórczej, jak i tempo jej wydalania. Istotnym parametrem staje się wtedy efektywna
stała zaniku:
λ eff = λ + λ Bio
(3.6)
2
2
73224131.003.png
Odpowiedni efektywny okres (czas) połowicznego zaniku:
1
=
1
+
1
(3.7)
T
(
eff
)
T
T
(
Bio
)
1
1
1
2
2
2
Przy bardziej złożonych zależnościach dla wydalania substancji otrzymamy także bardziej
złożone zależności na czasy efektywne, z reguły różne dla różnych narządów lub zespołów
biologicznych.
Przykład 1: Biologiczny czas połowicznego zaniku jodu w tarczycy wynosi 64 dni. Czas
połowicznego zaniku izotopu 131 I wynosi 8 dni. Efektywny czas połówkowy wynosi więc ok.
7,1 dnia. W wypadku 123 I T 1/2 = 13 godz., T 1/2 (Bio) = 26 godz, a zatem T 1/2 (eff)=8,7 godz.
Przykład 2: 133 Xe używany jest w badaniach płuc, gdzie jego biologiczny czas połówkowy
wynosi 0,35 min. Dla rozpadu promieniotwórczego czas ten wynosi 5,3 dnia. Tu efektywny
czas połówkowy równy jest, z dobrym przybliżeniem, biologicznemu czasowi zaniku.
Przykład 3: metastabilny technet w 99m Tc-koloid siarkowy (radiofarmaceutyk)ma w zasadzie
nieskończony czas przebywania w wątrobie, tak więc efektywny okres połowicznego zaniku
równy jest 6 godz. – okresowi połowicznego zaniku 99m Tc. Natomiast w radiofarmaceutyku
99m Tc-MDP, T 1/2 (Bio)=4 godz., tak więc T 1/2 (eff)=2 godz.
3.3 Dawka
Dawka ekspozycyjna , to ładunek jonów wytworzonych przez fotony w jednostce masy
napromienionej substancji:
X =
Q
(3.8)
m
Jednostką dawki ekspozycyjnej jest 1 C/kg.
3
73224131.004.png 73224131.005.png 73224131.006.png
Jednostką historyczną dawki ekspozycyjnej jest rentgen (1 R), czyli dawka od fotonów,
wytwarzająca w 1cm 3 powietrza w warunkach normalnych (0,001293 g) 1 jednostkę
elektrostatyczną jonów każdego znaku.
1 R = 2,58 ⋅ 10 -4 C/kg powietrza
Średnia dawka pochłonięta D, to energia promieniowania zdeponowana w jednostce masy
napromienionej substancji:
D =
E
(3.9)
m
Jednostką dawki pochłoniętej jest grej :
1 Gy = 1 J/kg
(3.10)
Jednostką historyczną tej dawki jest rad :
1 rad=100 erg/g = 0,01 Gy
(3.11)
1 R jest równoważny 0,00876 Gy
3.4 KERMA ( Kinetic Energy Released in Unit Mass )
Kerma jest to iloraz sumy początkowych energii kinetycznej cząstek naładowanych,
wytworzonych w elemencie materii przez promieniowanie jonizujące pośrednio (a więc np.
fotony i neutrony), i masy tego elementu
K
=
dE
kin
(3.12)
dm
Jednostką kermy jest grej (Gy).
4
73224131.001.png
 
3.5 Dawka równoważna (równoważnik dawki)
Aby uwzględnić biologiczną skuteczność dawki, wprowadza się pojęcie dawki równoważnej .
Z definicji jest to dawka pochłonięta (D) pomnożona przez pewien współczynnik w R
biologicznej efektywności promieniowania:
H = w R ·D
(3.13)
Choć współczynnik ten nie jest mianowany, nazwa jednostki zmienia się z greja na siwert
(Sv) – od nazwiska uczonego szwedzkiego Rolfa Sieverta. Współczynniki w R dla
promieniowania różnego rodzaju podaje Tabela 3.1
Tabela 3.1 Współczynniki jakości promieniowania dla różnych
rodzajów promieniowania
Rodzaj
i
zakres
energii
w R
promieniowania
Fotony gamma o dowolnej energii
1
Elektrony i miony o dowolnej energii 1
Neutrony o energiach:
< 10 keV
5
10 – 100 keV
0,1 – 2 MeV
10
20
2 – 20 MeV
10
> 20 MeV
5
Protony o energii > 2 MeV
5
(bez protonów odrzutu)
Cząstki α, ciężkie jony, fragmenty
20
rozszczepienia
5
73224131.002.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin