ĐẠI HỌC HUẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC KHOA: Y HỌC CỔ TRUYỀN NHÓM Chủ đề: HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Minh Hoa Lớp: YHCT1B Khóa học: 2017 - 2023 II BỨC XẠ TIA RƠNGHEN (TIA X) VÀ ỨNG DỤNG Khái niệm Năm 1895 nhà bác học Rơnghen nguời Đức trình nghiên cứu phóng điện khí phát tia có khả đâm xuyên qua lớp vật chất mỏng, làm đen kính ảnh, mắt người lại nhận biết Lúc đầu chưa hiểu rõ chất tia nên Rơnghen đặt tên cho tia X, sau để ghi nhớ công lao người phát ra, người ta gọi tia Rơnghen Q trình nghiên cứu Rơnghen cộng nhận thấy: tia X phát từ vật rắn vật bị bắn phá chùm electron có lượng lớn có chất sóng điện từ có bước sóng khoảng 10-12 đến 10-8 m Nguồn phát tia X a Cấu tạo máy phát tia X Gồm có phận Bóng phát tia X - Là bóng thủy tinh rút gần hết khơng khí (P=10-7 mmHg) + Anot (A): kim loại, thường làm Tungsten có nhiệt độ nóng chảy cao (3350oC), có vai trị kìm hãm điện tử gia tốc từ Katot bắn sang + Katot (K) sợi dây vonfram đột nóng dịng điện hạ có I= 3-5 A, katot nóng lớn 2000oC trở thành nguồn phát điện nhiệt từ - Bóng phát tia X đựng vỏ chì có “cửa sổ” chùm tia X cần dùng qua Nguồn điện - Biến hạ thế, đốt nóng K (6÷12V) - Biến tăng (100kV) b Nguyên lí phát xạ tia X Chùm tia X phát từ Anot bóng phát X theo hai chế: phát xạ hãm xạ đặc trưng Tính chất tia X Có đầy đủ tính chất ánh sáng truyền thẳng, phản xạ, nhiễu xạ,… Có khả ion hóa chất khí Có cường độ lớn có khả đâm xuyên qua môi trường vật chất Có khả gây phát quang số muối (NaCl, KCl,…) Có khả gây phản ứng hỗn hợp làm biến màu số muối Hấp thụ tia X + I=Ioe-µx µ: hệ số hấp thụ Io: tia tới I: tia ló x: chiều dài µ phụ thuộc p chất, bật số nguyên tử Z, 𝜆 tia X + chế hấp thụ tia X có ba hiệu ứng: quang điện, Compton, tạo cặp 5 Phổ phát xạ tia X - - Tia X sóng điện từ - Phổ phát xạ tia X - I thay đổi liên tục theo 𝜆 Gọi xạ hãm - Có bước sóng thay đổi đột ngột gọi xạ đặc tính Giải thích: chùm e- chuyển động từ K đến A, vận tốc e- trước đập vào K lớn Khi đập vào A, e- dừng đột ngột, có gia tốc lớn Khi e- chuyển động có gia tốc lớn => phát sóng điện từ vào khơng gian xung quanh (đó tia X) Năng lượng tia X động e- biến thành Vì lúc dừng lại, e- có gia tốc khác nhau, nên phổ tia X liên tục (bức xạ hãm) Mặt khác e- đập vào A làm cho e- vành K nguyên tử tạo nên A bị bật khỏi nguyên tử e- phía vành ngồi L,M, nhảy vào chiếm chỗ, phần lượng dư phát dạng xạ đặc tính K 𝜀=ℎ𝓋=ℎ(c/𝜆)=EL,M - EK +Từ M đến K (Kβ) +Từ L đến K (Kα) Ứng dụng tia X y học a Trong chẩn đoán Chụp X quang Chụp X quang thường: hình ảnh phận phản ánh cách đơn giản bị chồng lấp khơng thấy kích thước chiều sâu phận - Chụp cắt lớp CT: dùng chùm tia xoay quanh bệnh nhân Khi khỏi thể tia X tiếp nhận phận điện tử có độ nhạy cao ( gấp 100 lần phim tia X) hình ảnh cắt lớp làm rõ chi tiết phân biệt 2000 mức độ Chiếu X quang - Hình ảnh tổ chức phản ảnh huỳnh quang Trong điều trị Ứng dụng chủ yếu điều trị bệnh nhân bị ung thư Tia X có khả diệt tế bào Người ta áp dụng phương pháp xạ trị - b III PHĨNG XẠ Hiện tượng phóng xạ - Năm 1892, Henri Beccquerel quan sát thấy muỗi Uran hợp chất có tính phát hợp chất khơng nhìn thấy có sức đâm xun phá mạnh - Dùng phương pháp điện trường để phân tích thấy rằng, chùm tia gồm thành phần đặt tên tia alpha (𝛼) mang điện tích dương, tia belta (𝛽) mang điện tích âm, tia gamma (𝛾) không mang điện, tương tự tia X - Về sau người ta nghiên cứu sâu tượng này, cơng trình Marie Curie Pierre Curie chứng tỏ chùm tia phát từ hạt nhân từ lớp vỏ nguyên tử tính chất chung ngun tố khơng riêng Uran Người ta gọi tính chất tính phóng xạ Vậy, Hiện tượng phóng xạ hiểu nào? Hiện tượng phóng xạ hiểu tóm tắt tượng hạt nhân nguyên tử tự biến đổi để trở thành hạt nhân nguyên tử nguyên tố khác, từ trạng thái lượng cao trạng thái lượng thấp hơn, q trình biến đổi đó, hạt nhân phát tia khơng nhìn thấy có lượng cao gọi tia phóng xạ hay xạ hạt nhân Khi xảy tượng phóng xạ hạt nhân, hạt nhân chịu trình biến đổi hay nhiều trình biến đổi liếp tiếp đồng thời với với xác suất định Một q trình biến đổi gọi phân rã phóng xạ > Các dạng phân rã phóng xạ Bản chất tia Phóng xạ Phân rã 𝛽 âm ( negatron 𝛽 − ) hạt electron Trong điều kiện xác định, số nguyên tố hóa học định hạt nhân có số notron nhiều số proton xảy tượng biến notron thành proton, đồng thời phát hạt e (hạt 𝛽 − ) Phương trình biến đổi phân rã 𝛽 − : Bản chất: Phân rã 𝛽dương (pozitron 𝛽 + ) hạt điện tử dương Trong điều kiện định, số nguyên tố hóa học có số p nhiều số notron xảy tượng biến proton thành notron đồng thời phát hạt pozitron Hạt pozitron có khối lượng khối lượng hạt điện tử, điện tích điện tích điện tử trái dấu, gọi điện tử dương Bản chất: Bức xạ 𝛽 + dẫn đến việc giảm điện tích hạt nhân đơn vị khơng làm thay đổi số khối Phân rã 𝛼 , hạt 𝛼 hạt nhân He Phát xạ tia 𝛾 từ hạt nhân Hạt nhân chuyển từ trạng thái kích thích sang trạng thái hay trạng thái kích thích mức lượng thấp hơn, từ hạt nhân phát tia 𝛾 - Bản chất: Là sóng điện từ bước ngắn - Đa số hạt nhân tạo thành sau phân rã 𝛽 + ,𝛼, trạng thái kích thích Vì sau phân rã thường phát tia 𝛾 Như vậy, tia phóng xạ tia phát từ hạt nhân bị biến đổi phóng xạ có lượng cao Bản chất tia phóng xạ hạt vi mơ tích điện ( có khối lượng tĩnh, có diện tích,.) tia 𝛽± , tia 𝛼, lượng tử lượng cao – sóng điện từ với bước sóng cực ngắn, tia gamma Định luật phân rã phóng xạ Định luật: - Tại thời điểm t, số hạt nhân có tính phóng xạ 𝑁𝑡 - Tại thời điểm dt, số hạt nhân giảm –d𝑁𝑡 𝑑𝑁𝑡 −𝑑𝑁𝑡 = 𝜆𝑁𝑡 𝑑𝑡 → = −𝜆𝑑𝑡 𝑁𝑡 → 𝑁𝑡 = 𝑁0 𝑒 −𝜆𝑡 Chu kì bán rã: Là khoảng thời gian t cần thiết để số hạt nhân có tính phóng xạ nguồn giảm xuống so với ban đầu 𝑁𝑜 𝑁𝑜 𝑙𝑛𝑁1 = −𝜆𝑙𝑛𝑁0 → 𝑙𝑛 = 𝜆𝑇, 𝑠𝑎𝑢 𝑡ℎờ𝑖 𝑔𝑖𝑎𝑛 𝑇 𝑡ℎì 𝑁𝑡 = 𝑁 𝑁𝑜 𝑙𝑛2 0,693 → 𝑙𝑛 = 𝑙𝑛2 = 𝜆𝑇 → 𝑇 = = 𝑁 𝜆 𝜆 Tốc độ phân rã: Là số hạt nhân có tính phóng xạ bị phân rã đơn vị 𝑑𝑁 thời gian 𝑞 = [ 𝑡] = 𝜆𝑁𝑡 ( Đơn bị đo [Bq- Becccoren] Curi [Ci] 𝑑𝑡 Mật độ xạ: Là số tia phóng xạ qua dvdt đặt vng góc với phương 𝑛 𝑛 truyền đơn vị thời gian 𝐽 = = 𝑆 4𝜋𝑅 Cường độ xạ: Là số lượng tia phóng xạ truyền qua dvdt đặt vng góc với phương truyền điểm đơn vị thời gian 𝐸 𝐽 = 𝐽 𝑡 → 𝐼 = 𝐽𝐸 (J = số lượng ( tia)= mật độ phóng xạ I(W/𝑚2 ) 𝑆 (Tài liệu: Giáo trình Lí Sinh Y HN, Giáo trình Lý Sinh DHY, Giáo trình Lý Sinh Y Thái Nguyên) - Bài tập ứng dụng 4.1 Bài Tập: Xác định lượng chất phóng xạ cịn lại bị phân rã: −𝑡 - Số chất phóng xạ cịn lại: 𝑁 = 𝑁𝑜 𝑒 −𝜆𝑡 = 𝑁𝑜 𝑇 - Khối lượng chất phóng xạ cịn lại: 𝑚 = 𝑚𝑜 𝑒 −𝜆𝑡 = 𝑚 𝑇 - Số hạt nhân bị phân rã: Δ𝑁 = 𝑁𝑜 − 𝑁 = 𝑁𝑜 (1− 𝑇 ) Δ𝑚 Khối lượng chất tạo thành: 𝐴2 (A1 số khối hạt nhân chất phóng 𝐴1 xạ, A2 chất tạo thành) −𝑡 −𝑡 BT: Cho chất phóng xạ phóng tia phóng xạ biến thành hạt nhân chì Cho biết chu kỳ bán rã Po 138 ngày đêm Trong 0,168g Po có nguyên tử bị phân rã sau 414 ngày đêm xác định lượng chì tạo thành khoảng thời gian nói ? Xác định chu kỳ bán rã: BT: Cho 0,2 mg phóng xạ 1,35.108 hạt phút Hãy tìm chu kỳ bán rã Ra, cho biết chu kỳ lớn so với khoảng thời gian quan sát (Nguồn: http://hoctroz.com/vatly-12/ly-thuyet-82-Su-phong-xa-cua-hat-nhan Lythuyet-va-bai-tap-co-giai-chi-tiet) 4.2 Ứng dụng Phóng xạ Y học Ứng dụng chẩn đốn: Chẩn đốn tồn thể bệnh nhân Chẩn đoán vật thể sinh vật nước tiểu, máu hay tổ chức tế bào Các kỹ thuật phương tiện nghiên cứu phương pháp: Xạ kế ống nghiệm, Xạ ký, Xạ kế Lâm sàng, Xạ hình Ứng dụng điều trị: Điều trị chiếu ( dùng máy phát tia gamma cứng máy gia tốc để hủy diệt tổ chức bệnh) Điều trị áp sát ( Dùng dao gamma để triều trị bệnh da ) Điều trị bệnh tuyến giáp trạng, Điều trị giảm đau di ung thư xương,vv (Giáo trình Lý Sinh ĐH Y Thái Nguyên) Một vài ứng dụng khác: Positron Emission Tomography (PET): tạo hình ảnh thể cách sử dụng cảm biến nhận biết tia phát từ chất phóng xạ Các chất tiêm vào thể, thường đánh dấu ngun tố phóng xạ, ví dụ Carbon-11, Flo-18, Oxy-15, hay Nitơ-13, nguyên tử có thời gian phân rã ngắn Người ta tạo nguyên tố phóng xạ cách dùng hạt neutrons bắn phá chất hố học bình thường để tạo nên đồng vị phóng xạ cần thiết PET phát tia gamma từ vùng mà hạt positron phát từ chất phóng xạ va chạm với hạt electron mô thể SPECT: Chụp tim mạch xạ hình xương: cơng nghệ giống PET, sử dụng chất phóng xạ (Xenon-133, Technetium-99, Iod-123) có thời gian phân rã dài hơn, chúng phát tia gamma đơn thay tia gamma kép SPECT giúp cung cấp thông tin dịng máu phân bố chất phóng xạ thể (Nguồn: http://genk.vn/kham-pha/y-hoc-hat-nhan-buoc-tienquan-trong-cua-y-hoc-20121005115812409.chn) * * Nhiệm vụ bạn Sinh viên N9 - Trương Thị Cẩm Quý (Tìm Tài liệu Làm Powerpoint Phần Cấu tạo Nguyên Tử Hạt Nhân nguyên tử) - Võ Thị Sương, Phùng Thị Thúy tìm tài liệu, soạn word phần Cấu tạo nguyên tử Hạt Nhân nguyên tử - Đàm Huyền Thanh (powerpoint Phần Tia X, Soạn word tìm tài liệu phần Hấp Thụ Tia X, Phổ Phát Xạ Tia X, Ứng dụng tia X Y học) - Võ Thị Nguyên Thu ( Tìm Tài liệu, soạn word phần Khái niệm, nguồn phát tia X, tính chất Tia X) - Lê Trần Anh Thư (Làm Powerpoint phần Hiện tượng phóng xạ Soạn word tìm tài liệu phần lịch sử, khái niệm dạng phân rã phóng xạ, Ứng dụng Y học) - Lê Nguyễn Bảo Thi (Làm Powerpoint phần Phân loại, Định luật phân rã phóng xạ, phần Ứng dụng Y học.Tìm tài liệu, giáo trình trường Y) - Mai Thị Thùy Tiên ( Làm powerpoint phần, Bài tập liên quan đến phóng xạ Tìm Tài Liệu soạn word phần Bài Tập Liên quan đến phóng xạ ) Nguồn Tài Liệu Tham Khảo: - Giáo trình Lý Sinh Đại Học Y Dược – ĐH Huế - Giáo trình Lý Sinh Đại Học Y Hà Nội - Giáo Trình Lý Sinh Đại Học Y Thái Nguyên - Nguồn: http://genk.vn/kham-pha/y-hoc-hat-nhan-buoc-tien-quan-trong-cua-yhoc-20121005115812409.chn) - (Nguồn: http://hoctroz.com/vatly-12/ly-thuyet-82-Su-phong-xa-cua-hat-nhan-Ly-thuyet-va-bai-tap-co-giai-chi-tiet - http://text.123doc.org/document/85406-mot-so-ung-dung-pho-bien-cua-vat-lytrong-y-hoc.htm ... Phóng xạ Y học Ứng dụng chẩn đoán: Chẩn đốn tồn thể bệnh nhân Chẩn đốn vật thể sinh vật nước tiểu, máu hay tổ chức tế bào Các kỹ thuật phương tiện nghiên cứu phương pháp: Xạ kế ống nghiệm,