Radiofysik

Innehåll Joniserande och icke-joniserande strålning Olika typer av joniserande strålning Användningsområden Måttenheter Strålrisker Strålskydd Detektion av joniserande strålning

Atommodell av Litium Skal Kärna Varje grundämne har sin egen uppsättning av protoner, neutroner och elektroner 2019-06-29 Karl Bodell

2019-06-29 Karl Bodell

Exitation exitation emission

Jonisation e- UV-strålning

Exempel på joniserande och icke-joniserande strålning IR Visuellt ljus Near-UV Joniserande Far-UV Röntgen Gamma-strålning () Alfa-strålning () Beta-strålning () Annan partikelstrålning (p, n,…) atomskalet kärnan Elektromagnetisk-strålning

Elektro-magnetisk strålning joniserande 0,01nm 1nm 100nm 1mm 1cm 1m 1km 0,01 nm 400nm 700nm

Användningsområden Strålterapi/kirurgi http://www.youtube.com/watch?v=pzrVgv_yPnM&feature=related Avbildning (tomografi) Spårning/konc.bestämning Sterilisering Kvalitetskontroll

Thorium-serien En populærvitenskapelig bok; Thormod Henrikssen

Alfa-strålning Sönderfall Spektrum (Används ej terapeptiskt)

Beta-strålning Sönderfall Spektrum

Beta-strålning Sönderfall Spektrum

Gamma-strålning Sönderfall Spektrum

Gammaspektrum från I-131

Technetium -99

Medicinsk strålbehandling Röntgen Gammastrålning intra Brachyterapi (I-125, Pd-103) Beta – strålning intra Radioimmunoterapi (Y- 90) Protonstrålning Neutronstrålning

Linjär accelerator för elektroner

Linjär partikelaccelerator neutroner

Aktivitet och energi En radionuklids aktivitet avtar med tiden. Hur fort den avtar anges med Halveringstiden T½. Aktiviteten beror på mängden och halveringstiden. En radionuklids strålning har alltid samma energi, oberoende av mängden. Vilket skydd som behövs beror på stråltyp och energi.

Enheter Energi Aktivitet Joule (J) Elektronvolt (eV) Aktivitet Bequerel (Bq) Antal sönderfall/sekund Curie (Ci) 3,7 *1010 Bq

(”teoretisk”) Halveringstid   ”Cesium – 137” har en halveringstid på c.a 30år År 0 1000 atomer Cesium År 30 500 ” År 60 250 ” År 90 125 ” 2019-06-29 Karl Bodell En populærvitenskapelig bok; Thormod Henrikssen

(”teoretisk”) Halveringstid N = No·e-l t , l = ln2 / t1/2   Exponentiellt avtagande En populærvitenskapelig bok; Thormod Henrikssen

Effektiv Halveringstid Vid upptag av radioisotoper måste man ta hänsyn till den biologiska halveringstiden (metabolismen): 1/t = 1/tF + 1/tB         Radium har en halveringstid på 1600 år, den biologiska är så lång att man har det kvar hela livet Cs har en fysikalisk (F) halveringstid på c:a 30år och en biologisk på under 1 månad

Absorption av -strålning, röntgen och UV i materia Intensitetens avtagande: I(x) = Io·e(-m x) Absorptionskoefficienten m beror på: Fotoelektrisk effekt (exitation, jonisation) Comptonspridning Par-bildning (e- + e+) positron

Strålningen är olika farlig för cellen The table above was prepared by the International Commission on Radiological Protection (ICRP)

Penetrationsdjup för joniserande strålning i vatten Ionising Radiation Mean range in water (mm) Average LET (keV/m) 228Ra alpha (4.8 Mev) 0.033 145 3 MeV proton 0.072 42 3 MeV electron 15 0.20 90Sr beta (0.544 MeV max) 1.8 0.30 60Co gamma (1.33, 1.17 MeV) 100 0.2

Elektronens penetrationsdjup i vatten Högst absorberad dos

Enheter för absorberad strålning Absorberad dos anges i Gray, 1Gy = 1 J absorberad energi per kg bestrålat material. Dosekvivalent: Sievert (Si) = Gray * WR (kvalitetsfaktor) Effektiv dos: Summan av de ekvivalenta doserna

Naturliga stråldoser I Sverige får vi i genomsnitt en årlig stråldos på ungefär 4 millisievert (mSv) per person. Större delen av den dosen kommer från naturliga strålkällor. Nästan hälften orsakas av radon i inomhusluften. Strålning från mark och byggnadsmaterial ger ungefär 0,5 mSv, kosmisk strålning 0,3 mSv kalium-40, som finns naturligt i kroppen, 0,2 mSv per år. Födan och dricksvattnet ger normalt mycket små stråldoser i Sverige

Radiumterapi

Risker med joniserande strålning ”POISONED! -- as They Chatted Merrily at Their Work Painting the Luminous Numbers on Watches, the Radium Accumulated in Their Bodies, and Without Warning Began to Bombard and Destroy Teeth, Jaws and Finger Bones. Marking fifty Young Factory Girls for Painful, Lingering, But Inevitable Death" Teckningen fanns i Hearst Sunday supplement American Weekly, February 28, 1926 (Clark xiv).

Exempel på stråldoser 0,1 mSv Dosen vid en flygning tur och retur över   Exempel på stråldoser 0,1 mSv Dosen vid en flygning tur och retur över Atlanten. Den högsta årliga tillåtna stråldosen för människor som bor eller arbetar i närheten av ett kärnkraftverk.   1 mSv Dosen vid en magröntgen. Den årliga dosen från marken, den kosmiska strålningen och naturliga radioaktiva ämnen i kroppen. 4 mSv Den sammanlagda årliga dosen från alla strålkällor för en svensk i genomsnitt. Dosen kommer från radon i hus, medicinska undersökningar och medicinsk behandling, naturlig bakgrundsstrålning och övrigt (kärnkraft, nedfall från kärnvapenprov och Tjernobylolyckan) 50 mSv Dosen vid medicinsk avbildning av sköldkörteln med radioaktiv jod. Högsta tillåtna dos enstaka år för personal med strålningsarbete. (Den sammanlagda dosen får på fem år inte överstiga 100 millisievert).   500 mSv Dosen till dem som bodde inom 10 km från kärnkraftverket i Tjernobyl 1986 innan de evakuerades. 5 000 mSv Dödar de flesta som fått denna dos över hela kroppen på en gång och som inte får intensivvård på sjukhus. 50 000 mSv Den lokala dosen vid strålbehandling av hjärntumörer. Strålningen koncentreras till själva tumören och andra delar av kroppen måste skyddas mot strålningen. Om dosen skulle träffa hela kroppen skulle den vara dödande.

Beroende på hur mycket strålning man får visar sig akuta strålskador på tre nivåer. På den första nivån skadas tillverkningen av röda blodkroppar– det kan leda till döden efter ett par, tre veckor. På den andra nivån slutar tunntarmen att fungera – man dör ganska snart, eftersom man inte får någon näring. På den tredje nivån slås centrala nervsystemet ut och man dör snabbt. Ärftliga skador?

Cell skador Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Kan man känna strålningen? En stor dos på t.ex 10 Joule/kg, som skulle vara dödlig om den ges på kort tid, ger bara en ökning av temperaturen med 0,0024 oC. det totala upptaget av energi skulle bara vara 700J för en person på 70 kg. Jmf. energin av 100g lätt yogurt eller 100ml juice ger 200,000J. (Division of Human Health, IAEA)

Strålskydd Exponeringstid: kortare tid ger mindre strålning Avstånd: strålningen avtar som 1/r2 Avskärmning: a stoppas av ett tunt papper, luftlager b stoppas av 2-3mm aluminium g Exponentiellt avtagande, beror av absorptionskoefficienten, t.ex bly har högt värde

Exempel på detektion av strålning 1. Film. 2. TLD. TermoLuminescens Dosemetri. En krystall förändras när den bestrålas och ger efter uppvärmning ifrån sig ljus. 3. Jonkammare. Strålningen ger upphov till jonisationer som sedan kan mätas elektriskt. (Geiger-Müllerrör) 4. Scintillationsdetektor Vätska eller kristall som belyses omvandlar strålningsenergin till fluorescens, ljuset mätes sedan. 5. Halvledardetektor. Halvledarens ledningsfårmåga ändras vid bestrålning.

Film

Jonkammare, GM-rör

Scintillationsdetektor kristall