Part No 3, Lesson No 1BiologyGiới thiệu chung Bức xạ ion hóa và cơ thể pptx

Part No 3, Lesson No 1 Biology IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy 1 Bộ môn Y Vật lý Năm học 2010 - 2011 Bức xạ ion hóa và cơ thể sống Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 2 Giới thiệu chung Bức xạ ion hóa Bức xạ không ion hóa Nguồn Tần số Năng lượng photon (eV) Tăng dần Bước sóng (m) So sánh bước sóng Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 3 Giới thiệu chung Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 4 Bức xạ ion hóa và không ion hóa  Bức xạ không ion hóa: có năng lượng thấp (bước sóng dài) như ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại, sóng radio  Bức xạ ion hóa: có năng lượng đủ lớn để làm bật các điện tử ra khỏi lớp vỏ nguyên tử  Năng lượng cực tiểu cần thiết để ion hóa nguyên tử vật chất (tia tử ngoại, tia X và gamma): H (13,6 eV), H 2 O (12,6 eV), C 6 H 6 (9,3 eV) Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 5 Mục tiêu học tập  Nêu bản chất của các bức xạ ion hoá  Trình bày được cơ chế tương tác của bức xạ ion hoá với vật chất.  Phân biệt cơ chế tác dụng của bức xạ ion hoá lên cơ thể sống và các mức độ tổn thương của cơ thể sống.  Giải thích được nguyên tắc hoạt động của một số dụng cụ ghi đo bức xạ ion hoá.  Trình bày được các nguyên lý kiểm soát và an toàn bức xạ. 1. Nguồn gốc của bức xạ ion hóa Part No 3, Lesson No 1 Biology IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy 2 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 7 Nội dung  Cấu tạo hạt nhân nguyên tử  Hiện tượng phóng xạ  Định luật phân rã phóng xạ  Các đại lượng đặc trưng cho sự phân rã phóng xạ Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 8 Cấu tạo hạt nhân nguyên tử • Hạt nhân: hình cầu 3/1 0 .ARr hn  R 0 = 1,2.10 -15 fm Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 9 Cấu tạo hạt nhân nguyên tử • Hạt nhân: Z proton, N neutron , số khối A=Z+N • Lực tương tác:  Lực đẩy Coulomb giữa các proton  Lực hạt nhân: lực tương tác giữa các nucleons (proton và neutron). • Năng lượng hạt nhân: tính lượng tử, giá trị cỡ MeV • Mô men từ hạt nhân • Chỉ một số tổ hợp các nucleon là bền vững, còn các tổ hợp khác là không bền vững (có tính phóng xạ). Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 10 Cấu tạo hạt nhân nguyên tử http://www.weather.gov.hk/education/cyber_exh_hall/eng/exhibit02_intro_eng.htm Mức độ bền vững của các hạt nhân nguyên tử  Hạt nhân đồng vị: hạt nhân có cùng số Z nhưng có số N khác nhau (nghĩa là cùng điện tích nhưng khác nhau về khối lượng)  Ví dụ: Hydro: 1 H 1 , deuteri: 1 H 2 (hoặc 1 D 2 , hoặc D), Triti: 1 H 3 (hoặc 1 T 3 , hoặc T).  300 đồng vị tự nhiên, gần 1000 đồng vị phóng xạ nhân tạo. Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 11 Cấu tạo hạt nhân nguyên tử 204 79 175 79 AuAu • Nguyên tố nhẹ (Z thấp, A thấp): Z xấp xỉ N, có khuynh hướng bền • Nguyên tố có A lớn kém bền vững • Nguyên tố có thể có nhiều đồng vị: Au có 30 đồng vị: Sn có 10 đồng vị: 124 50 112 50 SnSn Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 12 Hiện tượng phóng xạ Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng hạt nhân nguyên tử tự biến đổi để trở thành hạt nhân nguyên tử của nguyên tố khác, hoặc từ một trạng thái năng lượng cao về một trạng thái năng lượng thấp hơn, trong quá trình biến đổi đó hạt nhân phát ra những tia không nhìn thấy được có năng lượng cao gọi là tia phóng xạ hay bức xạ hạt nhân. Part No 3, Lesson No 1 Biology IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy 3 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 13 Hiện tượng phóng xạ Khi hiện tượng phóng xạ xảy ra ở một hạt nhân, hạt nhân đó có thể chịu được một quá trình biến đổi hay nhiều quá trình biến đổi liên tiếp nhau hoặc đồng thời với nhau với những xác suất nhất định. Mỗi quá trình biến đổi đó được gọi là một phân rã phóng xạ (gọi tắt là phân rã) Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 14 Hiện tượng phóng xạ • Biểu diễn quá trình phân rã phóng xạ • Định luật bảo toàn điện tích: • Định luật bảo toàn số khối:   )( )( phai trái qq Số nucleon vế trái = Số nucleon vế phải Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 15 Các dạng phân rã phóng xạ: Phân rã  - http://www.daviddarling.info/encyclopedia/B/beta_decay.html • Phương trình biểu diễn phân rã  - QYX A Zz     1 • Bản chất phân rã  - n  p +  - + Q • Điều kiện xảy ra phân rã  - : N > Z Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 16 Các dạng phân rã phóng xạ: Phân rã  - http://www.daviddarling.info/encyclopedia/B/beta_decay.html Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 17 Các dạng phân rã phóng xạ: Phân rã  + p  n +  + + Q QYX A Zz     1 • Phương trình biểu diễn phân rã  + • Bản chất phân rã  + • Điều kiện xảy ra phân rã  + : Z > N Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 18 Các dạng phân rã phóng xạ: Phân rã  • Đặc điểm năng lượng của tia : Đa năng • Bản chất của các chất phân rã : sự biến đổi tương hỗ giữa n và p theo các phản ứng sau: p  n +  + +  + Q n  p +  - +  + Q - hạt neutrino (), không mang điện, khối lượng tĩnh bằng 0 Part No 3, Lesson No 1 Biology IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy 4 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 19 Các dạng phân rã phóng xạ: Phân rã  • Điều kiện xảy ra phân rã: hạt nhân có số khối A lớn • Bản chất hạt : 4 2 He Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 20 Các dạng phân rã phóng xạ: Phân rã  QYX A Zz      4 2 Các hạt alpha phát ra từ cùng một loại phân rã của cùng một loại hạt nhân có năng lượng giống nhau. Đó là đặc điểm đơn năng của chùm tia alpha. Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 21 Phân rã gamma  Bản chất tia : sóng điện từ có bước sóng cực ngắn.  Quá trình phát tia  không làm thay đổi thành phần cấu tạo của hạt nhân mà chỉ làm thay đổi trạng thái năng lượng của nó Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 22 Phân loại bức xạ ion hóa 1. Hạt vi mô Tích điện Hạt điện tử có khối lượng tĩnh rất nhỏ, chỉ bằng 1/1840 khối lượng của hạt nhân hydro và mang 1 đơn vị điện tích (đvđt) âm. Hạt proton có khối lượng bằng 1 đvkl và mang 1 đvđt dương. Hạt proton là một trong 2 hạt cơ bản cấu tạo nên hạt nhân nguyên tử. Hạt alpha có khối lượng và điện tích lớn nhất trong số các hạt vi mô: có 4 đơn vị khối lượng và 2 đơn vị điện tích dương hay gồm 2 proton và 2 notron liên kết lại. Hạt neutron có khối lượng là 1 đvkl và không mang điện, do đó có một số đặc điểm khác với các hạt trên khi tương tác với vật chất. Ngoài ra còn có những hạt vi mô khác như hạt deuteri, mezon, v.v ít được dùng trong y sinh học. Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 23 Phân loại bức xạ ion hóa 2. Photon năng lượng cao (X, gamma)  Các bức xạ có bản chất là các sóng điện từ như ánh sáng. Chúng không có khối lượng tĩnh và không mang điện.  Năng lượng của photon được thể hiện qua bước sóng của nó theo công thức : E = h.f hay E = h. c/ trong đó f là tần số và  là bước sóng, h: hằng số Planck, c tốc độ lan truyền của photon trong chân không. Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 24 Phân loại bức xạ ion hóa 2. Photon năng lượng cao (X, gamma) Part No 3, Lesson No 1 Biology IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy 5 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 25 Định luật phân rã phóng xạ N t = N 0 . e -t • Trong một nguồn phóng xạ số hạt nhân có tính phóng xạ sẽ giảm dần theo thời gian do phân rã phóng xạ, xác suất để một hạt nhân phân rã là - hằng số phân rã. •  càng lớn thì theo thời gian số hạt nhân có tính phóng xạ sẽ giảm càng nhanh. Thí dụ  của 132 I là 0,307 h -1 , của 131 I là 0,0036 h -1 như vậy 132 I phân rã nhanh hơn 131 I khoảng 100 lần. Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 26 Các đại lượng đặc trưng cho sự phân rã phóng xạ  693,02ln T 1 1 N dt dN q   Hoạt độ phóng xạ Chu kỳ bán rã: sau thời gian T thì N 1 = 1/2N 0 T phụ thuộc bản chất của hạt nhân Đơn vị: Phân rã /giây (Pr/s), Becquerel (Bq), Curi (Ci) 1 Ci = 3,7.1010Bq Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 27 Các đại lượng đặc trưng cho sự phân rã phóng xạ Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 28 Các đại lượng đặc trưng cho sự phân rã phóng xạ Hoạt độ phóng xạ của một số đồng vị phóng xạ thông dụng Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 29 Các đại lượng đặc trưng cho sự phân rã phóng xạ Isotopes Used in Medicine Reactor Radioisotopes (half-life indicated) Molybdenum-99 (66 h): Used as the 'parent' in a generator to produce technetium-99m. Technetium-99m (6 h): Used in to image the skeleton and heart muscle in particular, but also for brain, thyroid, lungs (perfusion and ventilation), liver, spleen, kidney (structure and filtration rate), gall bladder, bone marrow, salivary and lacrimal glands, heart blood pool, infection and numerous specialised medical studies. Bismuth-213 (46 min): Used for TAT. Chromium-51 (28 d): Used to label red blood cells and quantify gastro- intestinal protein loss. Cobalt-60 (10.5 mth): Formerly used for external beam radiotherapy. Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 30 Các đại lượng đặc trưng cho sự phân rã phóng xạ Mật độ bức xạ: số tia phóng xạ truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền của tia tại điểm đó trong một đơn vị thời gian. 2 4 R n S n J   Mật độ bức xạ tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách tới nguồn. Part No 3, Lesson No 1 Biology IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy 6 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 31 Các đại lượng đặc trưng cho sự phân rã phóng xạ Cường độ bức xạ: năng lượng do tia phóng xạ truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền của tia tại điểm đó trong một đơn vị thời gian I = J. E    j i ii EJI 1 Đơn vị: W/m 2 2.Tương tác của bức xạ ion hóa với vật chất Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 33 Nội dung 1. Tương tác của hạt vi mô tích điện với vật chất 2. Tương tác của photon năng lượng cao với vật chất 3. Tương tác của neutron với vật chất Interactions_NE107_Fall08 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 34 Tương tác của hạt vi mô tích điện với vật chất Interactions_NE107_Fall08.pdf • Hạt vi mô tích điện: hạt vật chất có khối lượng và điện tích nhất định • Bản chất lực tương tác: lực Coulomb 2 ' d qq kF  • Xác suất tương tác phụ thuộc: + mật độ, kích thước và điện tích hạt tới + mật độ , kích thước và điện tích của các thành phần cấu tạo vật chất Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 35 Tương tác của hạt vi mô tích điện với các điện tử quĩ đạo • Tác dụng kích thích: Năng lượng hấp thụ từ hạt vi mô tích điện làm dịch chuyển điện tử từ quĩ đạo có năng lượng thấp lên quĩ đạo có năng lượng cao hơn Interactions_NE107_Fall08 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 36 Tương tác của hạt vi mô tích điện với các điện tử quĩ đạo • Tác dụng ion hóa: Năng lượng từ hạt tới cũng có thể làm một điện tử quỹ đạo bứt ra khỏi nguyên tử: có cặp ion âm (hoặc điện tử bị bật ra) và ion dương (phần còn lại của nguyên tử) - nguyên tử (phân tử) đã bị ion hóa Interactions_NE107_Fall08 Part No 3, Lesson No 1 Biology IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy 7 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 37 Tương tác của hạt vi mô tích điện với các điện tử quĩ đạo  Độ ion hóa tuyến tính: số cặp ion do hạt vi mô tới tạo ra trên một đơn vị chiều dài dọc theo đường đi của nó  Quãng chạy của chùm tia ion hóa: khả năng đâm xuyên trong vật chất của chùm tia Độ truyền tải năng lượng tuyến tính (LET): giá trị năng lượng từ hạt vi mô hoặc photon được chuyên giao trên chiều dài x của quĩ đạo x E LET    Đơn vị: J/m hoặc keV/m Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 38 Tương tác của hạt vi mô tích điện với các điện tử quĩ đạo • Giá trị LET đối với một số bức xạ thông dụng Bức xạ Điện tích Năng lượng tia (MeV) LET (keV/m) Điện tử -1 0.0001 0.01 12.3 2.3 Proton +1 2 10 16 4 Alpha +2 3 5 140 95 Neutron 0 2.5 14.1 15-80 3-30 Tia X,  Bóng 200 KV Nguồn Co 60 0.4-36 0.2-2 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 39 Tương tác của hạt vi mô tích điện với các điện tử quĩ đạo • Giá trị LET cho biết khả năng ion hóa của chùm bức xạ ion hóa • Chùm tia tới có cùng năng lượng nhưng giá trị LET khác nhau do khả năng ion hóa khoác nhau • LET() > LET () > LET () • LET ở cuối quĩ đạo > LET ở đoạn đầu quĩ đạo ( do vận tốc hạt chậm, xác suất tương tác lớn, độ ion hóa lớn hơn) Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 40 Tương tác của hạt vi mô tích điện với các điện tử quĩ đạo • Trên đường đi qua vật chất, một hạt vi mô tích điện có nhiều lần va chạm với nguyên tử và có thể tạo ra rất nhiều cặp ion: Năng lượng của tia tới giảm dần trên quỹ đạo (công bứt e và cấp động năng cho e). • Cuối quỹ đạo, các hạt vi mô không còn năng lượng đủ lớn để ion hoá vật chất, sẽ liên kết với các ion trái dấu để thành nguyên tử (phân tử) trung hoà về điện hoặc tồn tại tự do ở trạng thái chuyển động nhiệt. • Quá trình va chạm giữa hạt vi mô tích điện với nguyên tử vật chất: quá trình ion hóa trực tiếp. Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 41 Tương tác của hạt vi mô tích điện với các điện tử quĩ đạo Đặc điểm: Hạt vi mô truyền một phần năng lượng cho điện tử của nguyên tử vật chất. Sự ion hóa vật chất là trực tiếp Độ ion hoá tuyến tính i  Với một hạt vi mô xác định, xác suất tương tác để gây ra ion hoá tỉ lệ với khối lượng, điện tích và tốc độ hạt tới: điện tích và khối lượng càng lớn, tốc độ càng bé thì xác suất tương tác càng lớn ( i  >> i  )  Ở cuối quỹ đạo, số cặp ion bao giờ cũng nhiều hơn ở đoạn đầu Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 42 Tương tác của hạt vi mô tích điện với hạt nhân nguyên tử  Các hạt vi mô tích điện có thể gây ra phản ứng hạt nhân tạo ra các hạt nhân nguyên tử mới: PnAl 30 15 27 13 ),(   Hạt vi mô tích điện tới gần hạt nhân nguyên tử vật chất (cũng mang điện) thì chúng sẽ tương tác với nhau thông qua trường hạt nhân: quỹ đạo và vận tốc của hạt tới bị thay đổi nhiều, tạo ra chuyển động cong (có gia tốc)  phát bức xạ hãm có năng lượng phụ thuộc gia tốc chuyển động và số Z của nguyên tử vật chất, điện tích và khối lượng hạt tới Part No 3, Lesson No 1 Biology IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy 8 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 43 Tương tác của hạt vi mô tích điện với hạt nhân nguyên tử Bức xạ hãm Hiện tượng phát bức xạ hãm Hạt vi mô tích điện tới gần hạt nhân nguyên tử vật chất (mang điện) thì chúng sẽ tương tác với nhau thông qua trường hạt nhân: quỹ đạo và vận tốc của hạt tới bị thay đổi nhiều, tạo ra chuyển động cong (có gia tốc)  phát bức xạ hãm có năng lượng phụ thuộc gia tốc chuyển động và số Z của nguyên tử vật chất, điện tích và khối lượng hạt tới Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 44 So sánh tương tác của hạt vi mô tích điện  và  với vật chất  Đặc điểm về khối lượng và điện tích của hạt  và  : m  >> m  q  >> q   Sự khác nhau trong tương tác của các hạt vi mô tích điện với vật chất: • Quĩ đạo: • Quãng chạy: • Sự phát bức xạ hãm khi tương tác với hạt nhân của hạt  Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 45 So sánh tương tác của hạt vi mô tích điện  và  với vật chất  Hạt anpha (2 neutron và 2 proton); q=+2 ; có khối lượng (4 AMU). Năng lượng trung bình: 4-8 MeV;  Quãng chạy (<10cm trong không khí; 60µm trong tổ chức sống);  Hệ số LET lớn (QF=20) gây tổn thương lớn (4K-9K cặp ion /µm trong tổ chức sống);  Dễ dàng che chắn (bằng giấy, da), nguy hiểm khi bị chiếu trong.  Hạt beta: q= -1; nhẹ 0.00055 AMU; Năng lượng phổ biến: từ vài chục KeV to 5 MeV;  Quãng chạy khoảng 12 inch/MeV trong không khí, vài mm trong tổ chức sống  Hệ sô LET thấp (QF=1) ít gây tổn thương (6-8 cặp ion/µm trong tổ chức sống);  Tổn thương chủ yếu khi bị chiếu trong, tuy nhiên tia beta năng lượng lớn cũng có thể gây tổn thương cho da khi bị chiếu ngoài. Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 46 Tương tác của photon năng lượng cao với vật chất • Tia X có bản chất là sóng điện từ với bước sóng cực ngắn, có năng lượng cao. • Photon năng lượng cao truyền toàn bộ năng lượng của nó chỉ sau một lần tương tác với nguyên tử vật chất • Sản phẩm của quá trình tương tác giữa photon năng lương cao với nguyên tử vật chất sẽ ion hoá vật chất tiếp tục: photon năng lượng cao đã ion hoá gián tiếp vật chất. Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 47 Tương tác của photon năng lượng cao với vật chất • Hiệu ứng quang điện: điện tử quĩ đạo bị bứt ra khỏi lớp vỏ điện tử của nguyên tử, do tác dụng của tia  (tia X) h.f = W + E đ • Xác suất xảy ra hiệu ứng quang điện: phụ thuộc số Z của nguyên tử vật chất và năng lượng của photon tới • Năng lượng photon để xảy ra hiệu ứng quang điện: < 0,1 MeV Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 48 Tương tác của photon năng lượng cao với vật chất Hiệu ứng Compton: photon năng lượng cao tương tác với điện tử tự do của nguyên tử vật chất, truyền toàn bộ năng lượng cho điện tử. Một phần năng lượng nhận được chuyển thành động năng của điện tử và phần còn lại sẽ phát ra dưới dạng một photon có tần số nhỏ hơn (năng lượng thấp hơn) và có hướng truyền làm thành một góc với hướng truyền của photon tới. hf = hf' + E đ Part No 3, Lesson No 1 Biology IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy 9 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 49 Tương tác của photon năng lượng cao với vật chất Hiệu ứng tạo cặp: hiện tượng tạo ra cặp electron và pozitron khi photon năng lượng cao tương tác với trường hạt nhân nguyên tử (năng lượng của photon chuyển hóa thành 2 hạt cơ bản và động năng của chúng)  Xác suất của hiệu ứng: tăng tỷ lệ với giá trị năng lượng của photon và số Z của vật chất. hf = E đ + + E đ- + 1.02 MeV Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 50 Tương tác của neutron với vật chất Nguồn phát neutron: • Phản ứng hạt nhân dây chuyền: • Phản ứng 9 Be ( , n ) 12 C ( từ phân rã của 241 Am hoặc 226 Ra): neutron nhanh (> 1 MeV) và đa năng • Phản ứng Gamma-Neutron 9 Be(,n)He 4 (tia  nhận được từ phân rã của Antimoan-124): đơn năng MeVnXeSrnU 2002 1 0 144 54 90 38 1 0 235   1 0 12 6 4 2 9 4 2 nCHeBe  4 2 1 0 9 4 2)7.1( HenMeVBe   Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 51 Tương tác của neutron với vật chất Đặc điểm của neutron • Điện tích q = 0, tương tác điện từ yếu, dễ dàng xuyên qua vật chất, không thể ion hóa trực tiếp vật chất. • Khối lượng: 939.56 MeV/c 2 , nặng hơn proton một chút • Thời gian sống: 886.7 s Neutron tự do không bền vững dễ bị phân rã và phát ra tia beta (T 1/2 khoảng 13 phút) • Moment từ: -1.91 μ N (−9.6623640 × 10 −27 J/T), rất nhạy với tính chất từ của vật liệu • Spin s = ½ Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 52 Tương tác của neutron với vật chất Phân loại neutron • Lạnh < 1 meV • Nhiệt < 0.5 eV • Epithermal 0.5 eV–50 keV • Nhanh > 50 keV • Năng lượng TB > 1 MeV • Năng lượng cao > 10 MeV Các dạng tương tác • Tán xạ đàn hồi • Phản ứng hạt nhân: – Chiếm bức xạ (n,γ) – Chiếm các hạt (n,p) or (n,α) –Tán xạ không đàn hồi (n,x) – Phản ứng nhiệt hạch (n,f)  cỡ mạng tinh thể Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 53 Tương tác của neutron với vật chất Đặc điểm tương tác của neutron với vật chất:  Khác với electron, photon hay hạt mang điện neutron có tương tác điện từ rất yếu.  Do đó neutrons xuyên qua vật liệu một cách dễ dàng và chỉ tương tác với hạt nhân nguyên tử.  Quãng chạy và hệ số LET của neutron phụ thuộc vận tốc của nó: neutron chậm (<10 KeV), neutron nhiệt có QF=3, neutron nhanh (> 10 KeV) có QF = 10.  3 dạng tương tác phổ biến: hấp thụ, tán xạ và phản ứng hạt nhân dây chuyền Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 54 Tương tác của neutron với vật chất • Năng lượng và hướng chuyển động của neutron thay đổi • Không xuất hiện trạng thái kích thích trung gian của hạt nhân • Xảy ra chủ yếu với các neutron có năng lượng từ trung bình đến năng lượng lớn Tán xạ đàn hồi neutron-hạt nhân A(n,n)A : thường xảy ra với hạt nhân nhẹ Part No 3, Lesson No 1 Biology IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy 10 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 55 Tương tác của neutron với vật chất • Quá trình làm chậm neutron Mất mát năng lượng của neutron 2 MeV  0.025 eV: A = 1 Số va chạm = 18 A = 12 Số va chạm = 115 A = 238 Số va chạm = 2172 Tán xạ đàn hồi neutron-hạt nhân A(n,n)A : sử dụng vật liệu nhẹ làm chậm neutron Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 56 Tương tác của neutron với vật chất Phản ứng chiếm neutron kèm phát xạ gamma (n,γ) • Để che chắn neutron thường phải kết hợp vật liệu làm chậm neutron và vật liệu hấp thụ neutron chậm. • Các hạt nhân chiếm neutron quan trọng: Boron, Cadmium và Gadolinium • Xảy ra với neutron chậm • Quá trình bao gồm sự hấp thụ neutron kéo theo sự phát xạ tia gamma • Vai trò quan trọng trong an toàn phóng xạ: một số đồng vị có tiết diện chiếm rất lớn ở năng lượng thấp. Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 57 Tương tác của neutron với vật chất  Boron là nguyên tố phổ biến nhất được pha vào các vật liệu có Z thấp để che chắn neutron Các phản ứng chiếm (hấp thụ) neutron khác (n,p), (n,α)  Chiếm neutron và phát ra các hạt proton, alpha  Ví dụ: 10 B(n,) (ứng dụng trong điều trị) và 3 He(n,p) (phát hiện neutron). n + 3 He → 3 H + 1 H + 0.764 MeV Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 58 Tương tác của neutron với vật chất Tán xạ không đàn hồi A(n,n’)A*: thường xảy ra với hạt nhân nặng  Neutron có năng lượng lớn cỡ MeV: hạt nhân chuyển sang trạng thái kích thích khi tương tác với neutron  Kết quả của tán xạ không đàn hồi: neutron mất phần lớn năng lượng, hạt nhân chuyển về trạng thái cơ bản và phát ra bức xạ thứ cấp (photon gamma) Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 59 Tương tác của neutron với vật chất: Phản ứng dây chuyền  Hạt nhân nặng tách thành 2 (hoặc > 2) hạt nhân nhỏ hơn  Giải phóng năng lượng lớn (do năng lượng liên kết của hạt nhân nhỏ (Z khoảng 100) so với năng lượng liên kết của hạt nhân lớn)  Các sản phẩm phụ: neutron, photon và các bức xạ khác Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 60 Tương tác của neutron với vật chất: Phản ứng dây chuyền Hạt nhân nặng tách thành 2 (hoặc > 2) hạt nhân nhỏ hơn Giải phóng năng lượng lớn (do năng lượng liên kết của hạt nhân nhỏ (Z khoảng 100) so với năng lượng liên kết của hạt nhân lớn) Các hạt nhân quan trọng nhất trong chu trình nhiên liệu hạt nhân (Uranium, Plutonium and Thorium are the most importantfissile nuclides in the nuclear fuel cycle.) Các sản phẩm phụ: neutron, photon và các bức xạ khác [...]... Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 63 Sự hấp thụ các bức xạ ion hóa Liều lượng bức xạ Radiation Protection in Radiotherapy 64 Nội dung Sự hấp thụ năng lượng bức xạ Sự suy giảm cường độ bức xạ  Liều lượng bức xạ  Thiết bị ghi đo bức xạ ion hóa  Radiation Protection in Radiotherapy IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection Part 3,. .. Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy 89 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 90 15 Part No 3, Lesson No 1 Biology Ghi đo bức xạ ion hóa: hiệu ứng ion hóa chất khí Ghi đo bức xạ ion hóa: hiệu ứng ion hóa chất khí III Vùng tỷ lệ: Năng lượng của e lớn: ion hóa thứ cấp Độ khuếch... lớn Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 83 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 84 14 Part No 3, Lesson No 1 Biology Liều lượng bức xạ: liều hiệu dụng Thiết bị phát hiện và ghi đo bức xạ ion hóa TỔ CHỨC TRỌNG SỐ CỦA MÔ Mô sinh dục 0.2 Tủy xương 0.12 Ruột 0.12 Phổi 0.12 Dạ dày 0.12 Túi mật 0.05 với bức xạ ion hóa có Ngực... dụng của bức xạ ion hóa lên hệ thống sống Nội dung 1 Cơ chế tác dụng 2 Các tổn thương ở cơ thể sinh vật dưới tác dụng của bức xạ ion hóa 3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng sinh học của bức xạ ion hóa 4 Các nguyên tắc kiểm soát và an toàn phóng xạ Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 109 Vật lý (10-15 s)  Hóa lý (10-6 s)  Hấp thụ năng lượng và ion hóa  Tương... protection 86 Thiết bị phát hiện và ghi đo bức xạ ion hóa dựa trên hiệu ứng ion hóa chất khí Nguyên lý:  Dưới tác dụng của tia phóng xạ, các nguyên tử và phân tử của vật chất bị kích thích và ion hoá  Mức độ các hiệu ứng xảy ra tuỳ thuộc vào bản chất và năng lượng chùm tia Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 87 Thiết bị phát hiện và ghi đo bức xạ ion hóa dựa... đếm:  Thời gian chết: khá lớn, khoảng 100 µs Beta: 100% Gamma: 1% Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 93 Ghi đo bức xạ ion hóa: hiệu ứng ion hóa chất khí Ống đếm Geiger-Muller Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection Ghi đo bức xạ ion hóa: hiệu ứng ion hóa chất khí  Hiệu ứng tạo ra thác điện tử chỉ dừng lại khi điện trường... Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 61 Radiation Protection in Radiotherapy http://www.inp.nsk.su/bnct/introduction/introduction.en.shtml Part 3, lecture 1: Radiation protection 62 http://www.inp.nsk.su/bnct/introduction/introduction.en.shtml Tương tác của neutron với vật chất Tương tác của bức xạ ion hóa với vật chất  Chùm neutron khác với các bức xạ ion hóa. .. lecture 1: Radiation protection IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy 137 Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 138 23 Part No 3, Lesson No 1 Biology Các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa: Bản chất và năng lượng tia Các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa: Bản chất và năng lượng tia LET cỡ 100... phân tử nước làm trung gian Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 115 Cơ chế tác dụng gián tiếp ~~ H2O e + H2O (H2O)+ + e Radiation Protection in Radiotherapy OH* (H2O)- Part 3, lecture 1: Radiation protection OHH* 117 Cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa • Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa có tính lan truyền, kéo dài sau khi chiếu xạ • Vai trò của hàm lượng nước,... hiệu ứng ion hóa chất khí Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 88 Ghi đo bức xạ ion hóa: hiệu ứng ion hóa chất khí I Vùng tái kết hợp các ion: II Vùng ion hóa: Điện tích tạo ra tỷ lệ với năng lượng tia (không khuếch đại và tăng tốc), tuy nhiên tín hiệu nhỏ và thường dùng để phát hiện các hạt mang điện lớn (hay thông lượng bức xạ lớn) Radiation Protection in Radiotherapy . Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 3 Giới thiệu chung Radiation Protection in Radiotherapy Part 3, lecture 1: Radiation protection 4 Bức xạ ion hóa và không ion hóa . ghi đo bức xạ ion hoá.  Trình bày được các nguyên lý kiểm soát và an toàn bức xạ. 1. Nguồn gốc của bức xạ ion hóa Part No 3, Lesson No 1 Biology IAEA Training Material: Radiation Protection in. thụ năng lượng bức xạ. Sự suy giảm cường độ bức xạ  Liều lượng bức xạ  Thiết bị ghi đo bức xạ ion hóa Part No 3, Lesson No 1 Biology IAEA Training Material: Radiation Protection in Radiotherapy