Bài giảng Hóa dược phóng xạ

TRẦN XUÂN TRƯỜNG Trang 3 Phát hiện tia X Trang 4 How They Were DiscoveredRöntgen phát hiện ra tia mới trong khi làm việc với một ống cathode trong phòng thí nghiệm của ông :Đó là một b

HÓA DƯỢC PHÓNG XẠ

*****

PGS TS TRẦN XUÂN TRƯỜNG

ĐẠI HỌC Y HÀ NỘI

Phát hiện tia X

Wilhelm Röntgen –Roentgen-( Deutsch ): ca 1895

How They Were Discovered

Röntgen phát hiện ra tia

mới trong khi làm việc

âm bên trong Nối một

điện áp cao giữa 2 cực

Thấy phát ra một ánh

sáng huỳnh quang :

Ông gọi là X-ray

Brief Background

• - Tĩa X (X-Ray ) đầu tiên được phát

hiện tình cờ bởi Wilhelm Conrad

Röntgen vào năm 1895.

• - X-Ray là sóng năng lượng điện từ

có bước sóng ngắn hơn ánh sáng

bình thường nên không nhìn thấy.

• -Ông đã phát hiện ra tia vô hình mới

này có thể xuyên qua hầu hết các tổ

chức của cơ thể nhưng bị cản lại ở

mô xương và các kim loại.

• -Trong vòng một năm sau, nhiều nhà

khoa học đã thử nghiệm sử dụng tia

Röntgen thành công trong lâm sàng

• - Năm 1901 Röntgen đoạt giải

Nobel vật lí đầu tiên

How Were They Discovered

This is a representation of the lead block

experiment.

• Để quan sát thêm các tia ông

đặt một màn hình ở mặt trước

của ống Ông bắt đầu đặt các

đối tượng khác nhau giữa màn

hình và ống phát ra tia X

• Ông phát hiện ra rằng các tia

hay "ánh sáng vô hình" đi xuyên

qua mảnh giấy màu đen và tấm

mỏng bằng nhôm và đồng,

nhưng mà ánh sáng không đi

qua khối chì và xương của

ông, và thay vào đó là hình ảnh

của chúng trên màn hình

Pb(Chi)

Antoine Henri Becquerel (1852-1908)

1896 phát hiện ra Uranium phóng xạ

Antoine Henry Becquerel

First image of potassium uranyldisulfate on 24 February 1896 was the discovery of

natural radioactivity

Phát hiện ra Radium & Polonium(1898)

Marie Curie ca 1920 Inset:

Pierre Curie (Marie's favorite picture of her husband)

Pierre Curie (1859-1906) Marie Curie (1867-1934 )

Pierre Curie (1859-1906)

Marie Curie

Khi Curies phát hiện ra Radium,Từ đó đã bắt đầu

của Kỷ nguyên Hạt nhân….

( nuclear age)

1898 Polonium Radium

1903 Nobel Prize together with Pierre and H.Bequerel

1911 Nobel Prize alone

1898 Pierre started to join Marie in the study of the mysterious rays In July that year they reported the discovery of Polonium

(210Po) and in December they announced the discovery of the

Radium (226Ra)

Marie and Pierre Curie with their

*Irene Joliot-Curie ( 1897 - 1956 ) the daughter of Pierre and Marie :Điều chế được PX nhân tạo.( create artificial

radiation) Giải Nobel về Hóa học(1935)

The Joliot-Curies in the 1940s (Jean

Frédéric Joliot-Curie )(19.3.1900 –

14 8.1958)

James Chadwick discovered the neutron in 1932 while working at Cavendish Laboratory

Jean Frédéric Joliot-Curie (Chồng

Irene Joliot-Curie)

Frédéric Joliot-Curie

Phát hiện ra Neutron trong phân hạch

The French physicist Jean Frédéric Joliot-Curie (1900-1958) discovered artificial radioactivity and the emission of neutrons in nuclear

fission.

Ernest Rutherford in his Laboratory at McGill University ca 1903

University ca 1903

Lise Meitner, người Áo ( 1878-1968)

Phát hiện ra phản ứng phân hạch 1939

• The beginning of Nuclear Medicine in 1902

by Pierre Curie and his wife Marie

• This substance was made of 2 elements

1910 , Hevesy sử dụng HCĐD-Nobel 1943

Part 0 Introduction to

Nuclear Medicine

* Hevesy G & Paneth F Die Lösligkeit des Bleisulfids und Bleichromats

Z Anorg Chem 82, 323, 1913.

( 1913 NC Hòa tan muối chì)

* Hevesy G III The absorption and translocation of lead by plants.

Biochem J, 17, 439, 1923.

(Hấp thu và chuyển vận Pt trong cây)

* Chiewitz O & de Hevesy G Radioactive indicators in the study

of phosphorous metabolism in rats.

Nature 136, 754, 1935.

( NC Chuyển hóa P trong chuột)

GEORGE DE HEVESY

1885-1966

vì công trình đầu tiên sử dụng isotopes làm Hợp chất đánh dấu thành công Winner of Atom for

Peace Award 1959

I didn't like it last

week-why should

I like it this week Using radioactive material

he proved two things:

- The landlady was indeed

"recycling" leftovers from their plates!

- More importantly, that small amounts of radioactive

materials could be used to

"trace" the fate of a substance

in a system

I didn't like it last

week-why should

I like it this week

The First Practical Application of Radioisotopes

George de Hevesy & his landlady:

in a system

Using radioactive material

he proved two things:

- The landlady was indeed

"recycling" leftovers from their plates!

- More importantly, that small amounts of radioactive

materials could be used to

"trace" the fate of a substance

in a system

I didn't like it last week-why should

I like it this week

Radiography và YHHN ghi hình

Rectilinear Scanner(Máy quét thẳng)

Hóa phóng xạ ( Radiochemistry)

Nuclide (Hạt nhân) là Hạt nhân nguyên tử , bao gồm số khối A và Z.

• Radionuclide (Hạt nhân phóng xạ)- Là hạt nhân không bền , co N #

2 hạt nhân PX đồng phân

2 hạt nhân PX đồng khối

Các danh từ

• Nucleus : Hạt nhân của nguyên tử.

• Nuclide : Chỉ một hạt nhân nguyên tử

cụ thể

• Nucleons : Các hạt trong hạt nhân

( như neutrons và protons)

Solid Sphere Model or

Billiard Ball Model

proposed by John Dalton

Plum Pudding Model or

Raisin Bun Model

proposed by Neils Bohr

Electron Cloud Model or

Quantum Mechanical Model proposed by Louis de Broglie

& Erwin Schrodinger

Lịch sử phát hiện Cấu tạo Nguyên tử

GALACTIC COSMIC RADIATION (GCR))

(Protons to Iron Nuclei)

SOUTH ATLANTIC ANOMALY

The Space Radiation Environment

SOLAR PARTICLE EVENT

(Protons to Iron Nuclei)

Representation of the major sources of ionizing radiation of importance

to manned missions in low-Earth orbit Note the spatial distribution of

the trapped radiation belts.

James Van Allen (1914 – 2006) American space scientist

The Bohr’s atomic model

Theo thuyết Cơ học lượng tử (Quantum Mechanical Model), proposed by Louis de Broglie and Erwin Schrodinger , the Electron Cloud(Đấm mây điện tử) has been postulated

-Neutrons were discovered by James Chadwick

Quỹ đạo các Điện tử quay quanh hạt nhân

(Rutherford (1871 – 1937))

Rutherford

oThis nucleus is made up of particles called protons, which have a positive charge

-Hạt nhân chỉ có Proton tích điện dương

-Đẫ phát hiện ra các tia alpha,beta

và gamma

Hạt nhân discovered by Ernest Rutherford in 1911.

Niels Bohr - 1913 mẫu quỹ đạo

(Born in Denmark 1885-1962)

• Student of Rutherford

Erwin Schrödinger, 1925

Quantum Mechanical Model (cơ học lượng tử) of the

Atom

Các Đám mây điện tử quay quanh hạt nhân

*Schrödinger (1923) – electron cloud

• Có tính chất hạt – Không có gì trong đó

• Rất nhẹ khoảng 1/2000 Kối Lượng proton

• Tích điện âm : – 1

•Electrons chiếm hầu hết không gian của nguyên tử

(Giống như mặt trăng quanh trái đất và hệ Mặt trời )

• Hầu như không có khối lượng của nguyên tử

• Tất cả các tính chất hóa học do các điện tử của các nguyên

tử khác nhau tương tác với nhau

Điện tử (Electrons)

CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

• Cấu trúc hạt nhân :

– protons and neutrons = nucleons

– Z protons with a positive electric charge

(1.6 10 -19 C)

– neutrons with no charge (neutral)

– number of nucleons = mass number A

• Cấu trúc ngoài hạt nhân :

– Z electrons (Là các hạt nhẹ có tích điện )

• Tương đương như proton nhưng mang điện âm

Particle Symbol Mass Energy Charge

(kg) (MeV) -Proton p 1.672*10-27 938.2 +Neutron n 1.675*10 -27 939.2 0Electron e 0.911*10 -30 0.511 -

The Nucleus

• Chủ yếu là P và N

• Khối lượng Nguyên tử là Hạt Nhân NT

>99.9% of the known mass in the

Xác định một đồng vị

Độ dài liên kết hóa học

• Là khoảng cách giữa hai hạt nhân cuả hai nguyên

tử tạo liên kết.

Atomic Orbitals Molecules

LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ THEO

CƠ HỌC LƯỢNG TỬ

Minh họa cấu tạo của H 2 O

Điện tử dùng chung giữa Oxy và Hydro

HOẠT TÍNH PHÓNG XẠ

(Radioactivity)

• Định nghĩa HTPX: Là tính chất(Property)

của các hạt nhân không bền phát ra các tia

hạt nhân bền

khác 1 nên N chuyển thành P hoặc ngược

• Radionuclides phân rã thành các nuclide

khác nhau để cuối cùng có N=P là hạt nhân bền

Part 2: Radiation Physics 56

Parent-Daughter Decay

) e

e (

A B(t)

e A

= A(t)

t t

1 2

2 0

t 1 - 0

Quá trình Chuyển đổi (transition)

26/01/2024 61

Radioactivity :Hoạt tính PX

• Các nguyên tử có quá nhiều Neutron or

protons là không bền và phát ra năng

• Các nguyên tử này gọi là nguyên tử phóng

xạ Quá trình chuyển đổi radioactive

decay(Phân rã phóng xạ) Không gọi là phân

hủy(disintegration )

Old units still in use:

Radiation Exposure Units

• International Unit

– coulomb per kilogram (C/kg)

• U.S Unit

– roentgen (R)

• defined only for measurement in air

• applies only to x and gamma rays up to energies of about 3 MeV

– 1 R = 2.58 x 10-4 C/kg – 1 mR = 0.258 C/kg

– 1 µR = 258 C/kg

Harold Gray

Absorbed dose , D , is

the mean energy imparted

by ionizing radiation to

matter per unit mass.

SI unit = joule per kg (J/kg)

or gray (Gy).

In diagnostic radiology,

KERMA and D are equal.

Liều hấp thụ trung bình trong tổ chức

hay cơ quan : D

D là năng lượng tích tụ trong tổ chức hay cơ quan do liều chiếu cung cấp.

Radiation Effective Dose Units

Radiation Effective Dose Units

• Effective dose is used to represent “how good” the absorbed dose of radiation might be at

producing an effect – so it accounts for the

effectiveness or quality of the radiation.

• Effective dose also includes a factor

representing the sensitivity of the tissue to the radiation – so it also accounts for how the

tissue might react.

Rolph Sievert

Equivalent dose (Unit =

sievert, Sv )

Compares the biological effects for

different types of radiation, X-rays,

Ɣ-rays, electrons, neutrons, protons,

α-particles etc

For X-rays, Ɣ-rays, electrons :

absorbed dose and equivalent dose

have the same value Gy = Sv.

Rem,Rad, Gy

Types of Nuclear Decay

α

He, 42

42

b

01-

01

- e,



 ,

00

From: http://www.physics.isu.edu/radinf/properties.htm

Khả năng xuyên qua cơ thể người

Bản chất tia alpha

beta âm

Bản chất tia Gamma

Non-Ionizing Radiation from High to Low

Frequency (Phóng xạ không ion hóa và ion hóa)

TƯƠNG TÁC CỦA CÁC LOẠI TIA PHÓNG XẠ VỚI VẬT CHẤT

Có 5 loại tương tác :

-Hiệu ứng quang điện (Photoelectric Effect)

Rất quan trọng trong X quang chẩn đoán

- Tán xạ Compton (Compton Scattering hay Compton Effect)

Rất quan trọng trong X quang chẩn đoán

-Tán xạ kết hợp ( Coherent Scatter)

Không quan trọng trong ghi hình phóng xạ chẩn đoán hoặc điều trị

- Tán xạ Tạo cặp (Pair Production)

Rất quan trọng trong ghi hình điều trị

-Photodisintegration (phân huỷ photon)

Rất quan trọng trong ghi hình điều trị

1.Tương tác của các tia X và tia gamma ( Các Photon hay các Lượng tử) với vật chất

Hiệu ứng quang điện

Hình minh họa Các photon đặc trưng (TiaXđặc trưng)

Hiệu ứng Compton (hay tán xạ Compton –Compton Scattering)

- Tán xạ kết hợp (Coherent Scatter)

Classical(Coherent) Scattering

-Tán xạ tạo cặp (Pair Production)

-Phân hủy Photon

(Photodisintegration )

Xảy ra ở mức trên 10 MeV

PHÂN HỦY PHOTON : Để trở nên ổn định, làm hạt nhân phát ra negatrons, proton, hạt alpha, cụm của các mảnh vỡ, hoặc tia

gamma

Các photon năng lượng cao được tìm thấy trong xạ trị

Tương tác của các tia phóng xạ hạt với vật chất

- Các hạt alpha ion hóa bằng cách thu hút một electron từ một nguyên tử

-Các hạt beta ion hóa bằng việc đẩy lui một electron từ một nguyên tử

Ion hóa gián tiếp vào ADN

BÀI 1: HÓA PHÓNG XẠ

I Các phương pháp điều chế hạt nhân phóng xạ (HNPX):

1 Điều chế từ tự nhiên: làm giàu từ “quặng”

- 1896, Becquerel: Uran phóng xạ từ “quặng”.

- 1898, Marie Curie: Radium phóng xạ từ “quặng”

2 Điều chế nhân tạo:

Phản ứng phân hạch hạt nhân

The Fission Chain Reaction

Decay Chains