Radiologick fyzika
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 38

Radiologick á fyzika PowerPoint PPT Presentation


  • 88 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Radiologick á fyzika. Michal Lenc (s přispěním V. Mornsteina ) 30. září 2013. Moderní diagnostické metody. MRI – zobrazení pomocí jaderné magnetické resonance (magnetic resonance imaging) CT – zobrazení pomocí útlumu rentgenového záření (compute d tomography)

Download Presentation

Radiologick á fyzika

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Radiologick fyzika

Radiologická fyzika

Michal Lenc

(s přispěním V. Mornsteina)

30. září 2013


Modern diagnostick metody

Moderní diagnostické metody

MRI – zobrazení pomocí jaderné magnetické resonance (magnetic resonance imaging)

CT – zobrazení pomocí útlumu rentgenového záření

(computed tomography)

SPECT – zobrazení pomocí fotonů emitovaných radionuklidy (single photonemissioncomputedtomography)

PET – zobrazení pomocí „anihilace“ positronů emitovaných při β+ rozpadu (positron emission tomography)

USI – zobrazení pomocí absorbce, odrazu (zpětného rozptylu) nebo frekvenčního posuvu ultrazvukových vln

(ultrasound imaging)


Radiologick fyzika

Co je to za zařízení?

MRI? PET? Multislice CT?

- Vypadají prakticky stejně

CT


Typick probl m

Typický problém

Ionizující elektromagnetické záření (f > 3.1015 Hz neboli λ<100nm -UV, rtg a gama) má dostatek energie pro ionizaci atomů tvořících naše tělo. Ionty způsobují tvorbu volných radikálů (H, OH) a vysoce chemicky reaktivních sloučenin (H2O2), které vyvolávají změny biologicky významných molekul (DNA) a vedou k biologickým účinkům jako je kancerogeneze a mutageneze. Čím vyšší je počet fotonů absorbovaných tělem a čím vyšší je energie těchto fotonů, tím vyšší je počet vytvářených volných radikálů, tím vyšší je riziko. Ale…


Kvalita obrazu souvis s d vkou

Kvalita obrazu souvisí s dávkou

…..Obecně platí, že lepší obraz vyžaduje více fotonů a tím i vyšší dávku.


N co jadern terminologie

Něco jaderné terminologie

Pokud se o atomy zajímáme jen z hlediska různých jaderných vlastností, nazýváme je obecně nuklidy. Každý nuklid je charakterizován určitým počtem neutronů, protonů i energií jádra.

Jádro se skládá z protonů a neutronů. Počet protonů v jádře (atomové číslo nebo také protonové číslo jádra) je označováno symbolem Z; počet neutronů (neutronové číslo) symbolem N. Celkovému počtu neutronů a protonů v jádře říkáme hmotnostní či nukleonové číslo A. Máme-li na mysli jak neutrony, tak protony, používáme společného pojmenování nukleony.


Zna en nuklid

Značení nuklidů


Zn m nuklidy zelen stabiln

Známé nuklidy (zeleně stabilní)


Nuklidy v okol zlata

Nuklidy v okolí zlata


Klasick t d n na a rozpad p em nu

„Klasické“ třídění na α, β a γ rozpad (přeměnu)

α rozpad

Radium se změní na radon při emisi α částice (jádra helia)

Emise clusteru

obecně

Nuklid X se změní na nuklid Y při emisi

α částice (jádra helia)

Emise gama nebo konverzní elektrony


Klasick t d n na a rozpad

„Klasické“ třídění na α, β a γrozpad

β rozpad

Kobalt se změní na nikl (v nabuzeném stavu) při emisi elektronu a antineutrina

obecně

Nuklid X se změní na nuklid Y při emisi elektronu

a antineutrina


Klasick t d n na a rozpad1

„Klasické“ třídění na α, β a γrozpad

γ rozpad

Nikl v nabuzeném stavu přejde do základního stavu při emisi dvou (různých – viz schema) fotonů (z důvodu zachování hybnosti)

obecně

Nuklid v nabuzeném stavuX* přejde do základního

stavu X při emisi obvykle dvou fotonů


Dal typy p echod

Další typy přechodů

β+ rozpad

Dusík se změní na uhlík při emisi positronu a neutrina (v tomto případě100 %)

obecně

Nuklid X se změní na nuklid Y při emisi positronu a neutrina


Dal typy p echod1

Další typy přechodů

Elektronový záchyt

Jod-125 (59d, využití v diagnostice i terapii) se přemění na tellur v nabuzeném stavu při emisi neutrina (v tomto případě 100%).

obecně

Elektron z vnitřní hladiny „se sloučí“ s protonem jádra na neutron při emisi neutrina


Dal typy p echod2

Další typy přechodů

Vnitřní konverse

Tellur z nabuzeného stavu přejde do jedenkrát ionizovaného stavu při emisi elektronu, který ovšem může pocházet z různých vrstev obalu a mít různou kinetickou energii. Pravděpodobnost vnitřní konverze je u tohoto radionuklidu mnohem větší než emise gama, která je rovněž možná. Mohou být vyzářeny i nízkoenergetické Augerovy elektrony.

obecně

Prvek uvolní energii nabuzeného stavu emisí vnitřního elektronu


Jak podrobn popis je pot eba pro porozum n jevu

Jak podrobný popis je potřeba pro porozumění jevu?

Dva příklady:

1) Stručný:

Jak je popisován na různých úrovních β rozpad

2) Podrobnější:

Proč jsou při α rozpadu emitovány právě nuklidy helia


Popis rozpadu

Popis β - rozpadu

fosfor se změní na síru

při emisi elektronu a neutrina

Zákon zachování počtu nukleonů (32=32) a elektrického náboje

(15=16-1)

neutron se změní na proton

při emisi elektronu a elektronového antineutrina

Zákon zachování baryonového (1=1), leptonového (0=1-1)

a elektrického náboje (0=1-1)

d-kvark se změní na u-kvark

při emisi elektronu a elektronového antineutrina

Zákon zachování baryonového (1/3=1/3), leptonového (0=1-1)

a elektrického náboje (-1/3=2/3-1)


Popis rozpadu1

Popis β - rozpadu

V každém vrcholu Feynmanova diagramu jsou splněny zákony zachování: baryonového nábojeleptonového nábojeelektrického nábojeenergie a hybnosti

budoucnost

Co je na ose x? Nic.

Co jsou vrcholy diagramu? Místa setkání 3 čar.

W je těžký intermediární boson

minulost


Einsteinovy vztahy i

Einsteinovy vztahy I

Vztah mezi energií E a hmotností m částice

Pokud se částice pohybuje rychlostí velikosti v, platí


Einsteinovy vztahy ii

Einsteinovy vztahy II

Vztah mezi energií fotonu E a frekvencí elmg. záření ω

Vztah mezi energií fotonu E a vlnovou délkou elmg. záření λ


Fundament ln konstanty

Fundamentální konstanty

Rychlost světla ve vakuu c

Planckova konstanta ћ

Elementární náboj e

Newtonova gravitační konstanta G


Jednotky pro vyj d en hmotnosti

Jednotky pro vyjádření hmotnosti

V soustavě SI je touto jednotkou kilogram. Díky Einsteinově vztahu mezi energií a hmotností částice v klidu můžeme vyjadřovat hmotnost pomocí jednotek pro energii nebo si zvolit nějakou hmotnost jako normál, se kterým budeme ostatní hmotnosti porovnávat. Pro atomovou a jadernou fyziku je vhodnou jednotkou energie elektronvolt (eV) a jeho násobky, tj. 1 eV je energie získaná nebo ztracená elementárním nábojem při překonání potenciálového rozdílu 1 V. Hmotnosti se většinou vyjadřují v MeV/c2 (1 MeV=106 eV) nebo v atomových jednotkách hmotnosti u.


Hmotnostn p ebytek nuklidu

Hmotnostní přebytek nuklidu


P irozen rozpad uranu

Přirozenýα rozpad uranu

U přirozené přeměny nemůže být hmotnost produktů větší než u výchozího nuklidu.


Spont nn rozpad uranu

Spontánníα rozpad uranu

Spontánní rozpad nastává, poločas

rozpadu je 4,47.109 let.

Spontánní rozpad nemůže nastat.


Tunelov n p i rozpad u uranu

Tunelování při α rozpadu uranu

9,1 min

4,5.109 let

Bariéra je pro oba izotopy „stejně vysoká ale různě široká“.


T pen uranu

Štěpení uranu


Z en stice nebo vlny

Záření: částice nebo vlny?

Obecná odpověď je „ani částice, ani vlny“ nebo „někdy částice,

někdy vlny“.

Elektrony, positrony, protony, neutrony, …nebo vlnové funkce

Hmotnost, rychlost, impuls ( = hybnost ), energie

Vlnová délka, frekvence


Z en stice nebo vlny1

Záření: částice nebo vlny?

Obecná odpověď je „ani částice, ani vlny“ nebo „někdy částice,

někdy vlny“.

Elektromagnetické vlnění nebo fotony

Vlnová délka, frekvence

Impuls ( = hybnost ), energie


Z en stice nebo vlny2

Záření: částice nebo vlny?

Interference je jistě projev vlnových vlastností. Ale podívejme se, jak se takový typický interferenční obrazec postupně vytváří. Jde o známou Youngovu interferenci na dvojštěrbině (v tomto případě ne se světelnou, ale elektronovou vlnou). Obrázky vytváří postupně 7, 100, 3000, 20000 a 70000 elektronů.


P klad diskr tn ho energetick ho p echodu jadern magnetick rezonance

Příklad diskrétního energetického přechodu: jaderná magnetická rezonance


P klad jadern magnetick rezonance

Příklad: jaderná magnetická rezonance


P klad jadern magnetick rezonance1

Příklad: jaderná magnetická rezonance


P klad rentgenov z en

Příklad: rentgenové záření


P klad compton v rozptyl

Příklad: Comptonův rozptyl


Jak vypo tat compton v posuv mus me vz t v vahu relativistickou hmotnost

Jak vypočítat Comptonův posuv?(musíme vzít v úvahu relativistickou hmotnost)

Zákon zachování energie

Zákon zachování hybnosti

Složky vektoru hybnosti v ose x a y


Radiologick fyzika

Příště

Hmota se skládá z atomů

Atomy

Zmínka o kvantové teorii


Ot zky

Otázky

Pojem nuklidu, značení nuklidů

Základní druhy radiaktivního rozpadu (přeměny)

Základní vztahy popisující vlastnosti vln a částic (energie, frekvence, vlnová délka, hybnost …….)

Hmotnost, energie a spontánní přeměna jader

Alfa rozpad uranu 238 a 228 – čím a proč se liší?

Co to je Comptonův rozptyl a posuv?


  • Login