atomin rakenteen vaikutus kuvautumisessa n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Atomin rakenteen vaikutus kuvautumisessa PowerPoint Presentation
Download Presentation
Atomin rakenteen vaikutus kuvautumisessa

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 38

Atomin rakenteen vaikutus kuvautumisessa - PowerPoint PPT Presentation


  • 188 Views
  • Uploaded on

Atomin rakenteen vaikutus kuvautumisessa. Jukka Jauhiainen Oulun Seudun Ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Sisältö. Fysiikan ja radiologian historiaa 1900-luvulla Atomin rakenne ja kuvantamismenetelmät Röntgenfysiikan perusteita Röntgenkuvan muodostuminen.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

Atomin rakenteen vaikutus kuvautumisessa


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
atomin rakenteen vaikutus kuvautumisessa

Atomin rakenteen vaikutus kuvautumisessa

Jukka Jauhiainen

Oulun Seudun Ammattikorkeakoulu

Tekniikan yksikkö

sis lt
Sisältö
  • Fysiikan ja radiologian historiaa 1900-luvulla
  • Atomin rakenne ja kuvantamismenetelmät
  • Röntgenfysiikan perusteita
  • Röntgenkuvan muodostuminen
milloin mit kin tapahtui fysiikassa
Milloin mitäkin tapahtui fysiikassa?
  • Röntgensäteet 1895 (Röntgen)
  • Radioaktiivisuus 1896 (Becquerel, Curie)
  • Elektroni 1898 (Thomson)
  • Energian kvantittuminen 1900 (Planck)
  • Alfa- ja betasäteet 1902 (Rutherford)
  • Valosähköinen ilmiö 1905 (Einstein)
milloin mit kin tapahtui fysiikassa1
Milloin mitäkin tapahtui fysiikassa ?
  • Atomin kuorimalli 1913 (Rutherford ja Bohr)
  • Protoni n. 1917 (Rutherford)
  • Kvanttimekaniikka n. 1927 (Heisenberg ja Schrödinger)
  • Neutroni 1932 (Chadwick)
  • Kontrolloitu ydinreaktio 1942 (Fermi)
  • Atomipommi 1945 (Hahn, Oppenheimer ym.)
  • Ydinmagneettinen resonanssi 1946 (Bloch ja Purcell)
  • Kvarkit 1963 (Gell-Mann)
wilhelm conrad r ntgen
Wilhelm Conrad Röntgen
  • Röntgensäteiden keksiminen v. 1895
  • Fysiikan Nobel 1901
  • ”I did’t think, I investigated”
max planck 1858 1947
Max Planck (1858 - 1947)
  • Keksi energian kvantittumisen
  • ”A new scientific truth does not triumph by convincing its opponents and making them see the light, but rather because its opponents eventually die, and a new generation grows up that is familiar with it."
sir ernest rutherford 1871 1935
Sir Ernest Rutherford (1871 - 1935)
  • Keksi radioaktiivisen hajoamislain
  • Selvitti kokeellisesti atomin rakenteen sirontakokeilla
  • Löysi alfa- ja beta-partikkelit sekä protonin
  • Kemian Nobel 1908
  • ”All science is either physics or stamp collecting”
niels bohr 1885 1962
Niels Bohr (1885 - 1962)
  • Atomin kuorimalli
  • Fysiikan Nobel 1922 (lahjoitti mitalinsa talvisodan aikaan Suomelle)
  • "An expert is a man who has made all the mistakes which can be made, in a very narrow field."
albert einstein 1879 1955
Albert Einstein (1879 - 1955)
  • Julkaisi 1905 viisi tieteellistä työtä, mm
    • Brownin liike
    • Valosähköinen ilmiö
    • Suppea suhteellisuusteoria
  • Nobel 1921
  • ”The most incomprehensible thing about the world is that it is comprehensible."
felix bloch 1905 1983
Felix Bloch (1905 - 1983)
  • Ydinmagneettinen resonanssi kiinteässä olomuodossa
  • Kiinteän aineen fysiikan ”isä”
  • Nobel 1952
edward purcell 1912 1997
Edward Purcell (1912 - 1997)
  • Nobel yhdessä Blochin kanssa 1952
  • ” Well, anyway, it's a pretty important thing in the scientific field, and it shows what a fellow can do in his spare time.” -- Boston Heraldin reportteri Nobel-juhlassa
mit tapahtui milloinkin radiologiassa
Mitä tapahtui milloinkin radiologiassa ?
  • Röntgensäteet 1895 (Röntgen)
  • ”Valotaulu” (”Vitascope”) n. 1900 (Edison)
  • Subtraktioangiografia 1900
  • Mammografia 1913
  • Isotooppikuva 1948 (Ansell ja Rotblatt)
  • Gammakamera 1949 (Copeland ja Benjamin)
  • PET 1950-luku, SPECT 1960-luku
mit tapahtui milloinkin radiologiassa1
Mitä tapahtui milloinkin radiologiassa ?
  • Tietokonetomografia 1972 (Hounsfield)
  • Magneettikuva fantomista 1973 (Lauterbur, Damadian)
  • Magneettikuva ihmisestä 1976 (Mansfield ja Maudsley)
  • Monileike-TT 1990-luku
atomin rakenne ja kuvantamismenetelm t
Atomin rakenne ja kuvantamismenetelmät

Ydin:

-Protonit

-Neutronit

Elektroniverho

Ydínmagneettinen

resonanssi

Röntgenabsorptio

Radioaktiivisuus

Röntgenkuvaus

Magneettikuvaus

Isotooppilääketiede

slide17
Ydin
  • Protonit
    • Positiivinen varaus
    • Protonit määräävät alkuaineen järjestysluvun Z
  • Neutronit
    • Neutraaleja
    • Tietyllä alkuaineella voi olla eri määrä (isotoopit: esim. 1H, 2H, 3H)
  • Protoneita ja neutroneita kutsutaan nukleoneiksi
  • Massaluku A=Z+N -> nuklidi
ydinvoima eli vahva vuorovaikutus
Ydinvoima eli vahva vuorovaikutus
  • Ydin hyvin tiheä, protonien välillä sähköinen poistovoima
    • Tarvitaan jokin vuorovaikutus joka pitää ytimen kasassa poistovoimasta huolimatta
    • Vaikuttaa kaikkien nukleonien välillä yhtä suurena
    • Lyhyt kantama
    • Vahva ydinvoima pitää ytimen kasassa
    • Heikko ydinvoima aiheuttaa mm. beetahajoamisen
massan ja energian yhteys
Massan ja energian yhteys
  • E=Dmc2
  • Merkittävässä määrin näkyy vain ydinreaktioissa
  • Ytimen hajottamiseksi erillisiksi nukleoneiksi vaaditaan energiaa ja tämä energia muuttuu yksittäisten nukleonien massaksi. Tätä energiaa kutsutaan ytimen sidosenergiaksi.
  • Sama energiamäärä vapautuu kun ydin muodostuu nukleoneista.
radioaktiivisuus
Radioaktiivisuus
  • Nuklideja on noin 2500 erilaista, joista suurin osa radioaktiivisia
  • Ydinteorian mukaan on olemassa lisäksi noin 1500 nuklidia joita ei ole vielä löydetty
  • Alfahajoaminen: Emoytimestä irtautuu He-ydin
  • Betahajoaminen: Emoytimestä irtautuu elektroni (tai positroni) ja antineutriino (tai neutriino)
    • Lyhyt kantama kudoksessa, ei sovellutuksia radiologiaan !
ytimen energiatilat
Ytimen energiatilat
  • Ytimen energiatilat kvantittuneet
  • Alin energiatila = perustila
  • Ylemmät energiatilat = viritystilat
  • Suuret energiaerot tilojen välillä
  • Viritystilan purkautuessa tuloksena voi olla
    • Sähkömagneettista säteilyä (g)
    • Hiukkassäteilyä (a, b, n)
    • Niihin voi liittyä ytimen muuttuminen toiseksi ytimeksi
gammas teily
Gammasäteily
  • Ytimen viritys purkautuu gammasäteilyllä
  • Hyvin lyhyt aallonpituus -> suuri energia
    • Menee kudoksen läpi juurikaan absorboitumatta
  • Gammasäteily liittyy aina muihin radioaktiivisiin hajoamisilmiöihin niiden ”sivutuotteena”.
  • Radiologian sovellus: SPECT
parinmuodostus ja annihilaatio
Parinmuodostus ja annihilaatio
  • Positroni on elektronin vastahiukkanen
    • Sama massa, mutta positiivinen varaus
  • Kun positroni ja elektroni kohtaavat, ne häviävät ja muuttuvat kahdeksi 511 keV:n gammafotoniksi. Ilmiötä kutsutaan annihilaatioksi.
  • Radiologian sovellus: PET
  • Päinvastaista ilmiötä, jossa yksi gammakvantti muuttuu elektroni-positronipariksi, kutsutaan parinmuodostukseksi.
elektroniverho
Elektroniverho
  • Negatiivinen varaus
  • Elektronin massa=1/1800-osa protonin massasta
  • Elektroniverho on ”tyhjää täynnä”: Jos ytimen halkaisija olisi 10 cm, olisi elektronin halkaisija n. 1 cm ja se kiertäisi ydintä n. 2 km:n etäisyydellä
  • Elektronien energiat ovat kvantittuneet: Vain tietyt ”radat”eli elektronikuoret ovat sallittuja.
  • Kuoria merkitään kirjaimilla K, L, M, …
  • Sidosenergia kuvaa sitä, kuinka ”lujassa” elektroni on kuorellaan
  • Kullakin alkuaineella on sille ominaiset kuorien sidosenergiat
atomin kuorimalli
Atomin kuorimalli

Ne: (1s22s22p6)

K (1s)

L1 (2s)

L2 (2p)

r ntgenabsorptio valos hk inen ilmi
Röntgenabsorptio (valosähköinen ilmiö)

Ne: (1s12s22p6)

K (1s)

L1 (2s)

L2 (2p)

r ntgenkuvan muodostuminen
Röntgenkuvan muodostuminen
  • Röntgenabsorptio saa aikaan kuvan kontrastin
    • Eri kudokset absorboivat säteilyä eri lailla
  • Compton-sironta heikentää kuvanlaatua
    • Fotonin suunta muuttuu, osuu väärään kohtaan filmiä
absorptio
Absorptio
  • Kohteen läpi ilman vuorovaikutuksia läpimennyt säteily valottaa filmin !
  • Absorptio riippuu säteilyn energiajakaumasta
    • Putken jännite, suodatus
sironta
Sironta
  • Mitä suurempi on säteilyn energia, sitä enemmän sironta tapahtuu etusuuntaan, siis filmille.
  • Voidaan vähentää
    • Hilat
    • Ilmarako
radiologian tulevaisuudenn kymi
Radiologian tulevaisuudennäkymiä
  • 34 % tutkimuksista tehdään nykyään menetelmillä, joita ei ollut olemassakaan muutama kymmenen vuotta sitten.
  • Tulevaisuudessa kehitys on yhtä dramaattinen
  • Yhä tarkempia, sensitiivisempiä ja spesifisempiä menetelmiä
radiologian tulevaisuudenn kymi1
Radiologian tulevaisuudennäkymiä
  • 3D-kuvaus ja kuvankäsittely
  • Virtuaalisuus
  • Funktionaalinen ja metabolinen kuvantaminen on jo tätä päivää
  • Geneettinen ja molekulaarinen kuvaus voisi olla seuraava askel
radiologian tulevaisuudenn kymi2
Radiologian tulevaisuudennäkymiä
  • Tietotekniikan ja elektroniikan nopea kehitys
    • Mooren laki: Tietokoneiden laskentateho kaksinkertaistuu 18 kuukauden välein
  • Hermoverkot
    • Voidaan ehkä ”kouluttaa” tunnistamaan normaali ja epänormaali anatomia
ennustaminen on kuitenkin vaikeaa
Ennustaminen on kuitenkin vaikeaa ...
  • Varsinkin tulevaisuuden ennustaminen.
  • Kiitos.