Вднзу «українська медична стоматологічна академія»

КАФЕДРА ПРОМЕНЕВОЇ ДІАГНОСТИКИ, ПРОМЕНЕВОЇ ТЕРАПІЇ

ТА РАДІАЦІЙНОЇ МЕДИЦИНИ

 

 

 

Затверджено на методичній нараді

Протокол від 11вересня 2007р.

Зав. кафедрою д.мед.н.,

проф. Почерняєва В.Ф.

__________________________

Переглянуто: «» 200 р.

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

(для самостійної аудиторної та позааудиторної роботи)

3 курс медичний факультет

 

Навчальна дисципліна	Променева терапія
Модуль №	І
Змістовий модуль №	І
Тема	Історія розвитку радіології. Типи радіологічних відділень, особливості їх устрою. Будова атому, радіоактивність, доза. Одиниці. Взаємодія випромінювання з речовиною. ОСПУ. НРБУ
Курс	ІІІ
Факультет	Медичний

 

Учбовий предмет:

«Променева терапія»

 

 

Методичну розробку підготували:

ас. каф. Т.О. Жукова

Полтава – 2007

 

Тема: «Історія розвитку радіології. Типи радіологічних відділень, особливості їх устрою. Будова атому, радіоактивність, доза. Одиниці. Взаємодія випромінювання з речовиною».

1. Кількість годин: 2.
2. Актуальність теми: Променева терапія (ПТ) займає одне із провідних місць у лікуванні онкологічних хворих і застосовується майже у 80 % пацієнтів. У зв’язку із зростанням ролі методів радіоіндикації у комплексі клінічного обстеження хворих, а також збільшення кількості пацієнтів, які потребують променевої діагностики та проведення променевої терапії збільшується з кожним роком є доцільним викладання студентам медичних ВУЗів матеріалу по основам ядерної фізики, загальних питань променевої терапії та діагностики. Для розуміння біологічної сутності дії іонізуючих випромінювань (ІВ) необхідні знання про фізичні процеси, які відбуваються в опромінюваних тканинах в залежності від виду та енергії випромінювання.

 

1. Навчальні цілі:

Знати:

v вивчити загальні положення ядерної фізики;

v пояснити будову атому і ядра атому;

v загальні радіологічні величини та одиниці, їх вимірювання;

v варіанти взаємодії випромінювання з речовиною;

v що таке радіоактивність?

v що таке доза випромінювання?

v знайти питому активність радіоактивного препарату.

Вміти:

v користуватись одиницями виміру

v правильно себе вести у відділенні промневої тепарії

 

4. Матеріали доаудиторної самостійної роботи.

Базові знання, вміння, навички, необхідні для вивчення теми (міждисциплінарна інтеграція).

Дисципліна	Знати	Вміти
Нормальна та топографічна анатомія	Анатомічні будови органів та навколишніх тканин, топографію для проведення променевої терапії.	Орієнтуватися в топографічній анатомії для проведення адекватного лікування.
Нормальна фізіологія	Характер фізіологічних процесів організму.	Розрізняти фізіологічні процеси від потологічних і корегувати останні.
Патологічна фізіологія	Характер патологічних процесів в організмі.
Внутрішні хвороби	Для установлення остаточного діагнозу та тактики лікування, враховуючи супутні діагнози.	Орієнтуватися в протіканні та клінічних проявах хвороб.
Онкологія	Особливості протікання онкозахворювань, верифікації діагнозу та лікування онкологічних хворих.	Орієнтуватися в протіканні та клінічних проявах онкохвороб.
Рентгенологія	Вміння в достатньому обсязі орієнтуватися в рентгенограмах для орієнтування в локалізації.	Правильно призначити те чи інше рентгенобстеження та розібратися оцінити його.

 

Зміст заняття.

Історія розвитку радіології

Типи радіологічних відділень, особливості їх устрою

Будова атома.

Класична фізика описує світ, що складається з двох видів об'єктів:

v безперервних – полів (електромагнітне випромінювання)

v дискретних – частинок|часток,часточок| (молекули і атоми)

Електромагнітне випромінювання виникає при русі електрично заряджених частинок|часток,часточок| з|із| частотою коливання V, при цьому збуджується електромагнітна хвиля такої ж частоти. Період коливання Т і довжина хвилі До електромагнітного випромінювання пов'язані з частотою такими співвідношеннями. Отже, електромагнітне або хвильове випромінювання характеризується довжиною хвилі (відстанню між сусідніми гребенями хвилі) і частотою, тобто числом коливань хвилі в секунду. Для вимірювання|виміру| частоти використовується одиниця, рівна одному коливанню в секунду і звана герцем|.

Спектр фізичної величини (спектр енергій, швидкостей, мас) – це розподіл частоти явища по значеннях цієї фізичної величини. Так, розподіл ізотопів хімічного елементу по масах називають спектром мас елементу, розподіл фотонів (квантів світла), що випромінюються речовиною по їх енергіях, називають спектром випромінювання і т.д.

Розрізняють два види спектрів:

v якщо при спостереженні випромінювання зустрічаються будь-які значення фізичної величини, то спектр називають суцільним або безперервним. Розподіл енергії рентгенівського випромінювання є|з'являється,являється| прикладом|зразком| безперервного спектру.

v якщо ж зустрічаються тільки|лише| певні значення фізичної величини, то спектр цієї величини називають дискретним або лінійчатим. Прикладом|зразком| дискретного спектру служить вже згадуваний спектр мас елементу.

Згідно законам квантової механіки, електромагнітному випромінюванню одночасно властиві властивості як хвилеві, так і корпускулярні. Така двозначність природи електромагнітного випромінювання одержала|отримала| назву корпускулярно-хвильового дуалізму. Цією властивістю володіють не тільки|не лише| фотони (елементарні частинки|частки,часточки| електромагнітного випромінювання), але і будь-які інші частинки|частки,часточки| матерії.

Будова|споруда| атома. Геніальне відкриття|відчинення| у області вивчення властивостей речовин було зроблено в 1869г. російським ученим Д. І. Менделєєвим. Відкритий|відчинений| ним періодичний закон, що свідчить, що властивості елементів знаходяться|перебувають| в періодичній залежності від величини їх атомних мас, дозволив ученим легко орієнтуватися в найскладніших лабіринтах хімічних властивостей атомів, передбачати|пророчити| існування невідомих у той час хімічних елементів і описувати їх властивості, виходячи тільки|лише| із займаного|позичати,посідати| ними місця в періодичній системі.

Атомна маса елементу позначається|значиться| буквою|літерою| А. Як вимірювання|вимір| її використовується атомна одиниця маси (а.е.м.), яка рівна 1/12 маси нейтрального атома вуглецю З|із| (1 а.е.м.=1,660 54 -10^-27 кг).

Для хімічних елементів, які мають природні ізотопи, атомна маса є середня величина мас атомів його ізотопів з урахуванням|з врахуванням| їх поширеності. Атомна маса звичайно указується|вказується| разом з символом елементу X, при цьому її розміщують дещо вищий за символ елементу АХ. Дещо нижче поміщають порядковий номер елементу в таблиці Менделєєва zX. Величина Z грає виключно|винятково| важливу|поважну| роль в розумінні структури атома.

Розміри атомів і їх маси надзвичайно малі. Атом водню має| масу 1,67-10-27 кг, а діаметр приблизно рівний 0.5-10-10 м. У 1г водню міститься|утримується| 6,02 -10²³ атомів (число Авогадро). На початку поточного століття вже був зміряний|виміряний| діаметр атома і було відомо, що, хоча атом нейтральний, в його склад входять два типу електрично заряджених частинок|часток,часточок|: електрони дуже легені з|із| негативним|заперечним| зарядом і важкі|тяжкі| частинки|частки,часточки|, заряджені позитивно. Масу і заряд елементарних частинок|часток,часточок| часто виражають|виказують,висловлюють| через масу і заряд протона.

Згідно планетарної теорії Резерфорда – Бору, в центрі атома знаходиться|перебуває| важке|тяжке| позитивно заряджене ядро, навколо|навкруг,довкола| якого обертаються негативно|заперечний| заряджені електрони. Сучасні уявлення про будову|споруду| атома цілком спираються|обпираються| на квантову механіку. У атомі існують стаціонарні орбіти, рухаючись|сунучись| по яких електрони не випромінюють електромагнітні хвилі і мають строго|суворо| визначену для кожної орбіти енергію, тобто характеризуються дискретним набором дозволених енергій: ei ez,es. Під час переходу електрона з однієї орбіти на іншу енергія електрона змінюється стрибкоподібно на величину ДЈ, внаслідок чого він випускає або поглинає електромагнітне випромінювання певної частоти V у вигляді фотона з|із| енергією, рівною ДЕ|. При випусканні фотона електрон переходить на орбіту з|із| меншою енергією, при поглинанні – на орбіту з|із| більшою енергією. Набори можливих частот випромінювання при переходах електрона з орбіти на орбіту і складають лінійчатий спектр атома (характеристичне випромінювання).

Згідно співвідношенню незрозумілого|, поняття про орбіту електрона в атомі втрачає|розгублює| класичний сенс|зміст,рацію|. Адже електрон, що володіє хвильовими властивостями, розподілений (який би розмазав) в просторі і його можна виявити в різних місцях атома. Тому говорять про електронну хмару в атомі, маючи на увазі під ним область, де розподілений електрон. Уявлення про електрон як про деяку хмару електричного заряду зручно, оскільки|тому що| досить точно передає особливості його поведінки. Згідно хвилевої функції, вірогідність|ймовірність| знаходження електрона в різних точках простору різна, тому говорять, що електронна хмара має різну щільність в різних точках атома.

З позицій квантової теорії як орбіта електрона в атомі можна рахувати безліч точок простору, де щільність електронної хмари найбільша, тобто де з|із| найбільшою вірогідністю|ймовірністю| можна виявити електрон.

У реальних атомах, що знаходяться|перебувають| в стійкому стані, спостерігається не більше 7 оболонок (ДО, L, M, N, ПРО, Р, Q). Максимальна кількість електронів на оболонці визначається по наступній|слідуючій| формулі: N = 2л2, де п – номер оболонки. Заповнення електронних оболонок в атомі відбувається|походить| згідно принципу найменшого запасу енергії. Цей принцип полягає в тому, що електрон, що знаходиться|перебуває| в стійкому стані, володіє мінімально можливою енергією, тобто займає|позичає,посідає| найближчу до ядра вільну орбіту з|із| мінімальною загальною|спільною| енергією.

Мал. 1. Схематичне зображення електронних оболонок атомів Н, З|із|, Na.

 

Розглядаючи|розглядуючи| періодичну систему елементів Д.І. Менделєєва, стає зрозумілою суть|сутність,єство| періодичного закону: періодично повторюється число електронів на зовнішніх оболонках атомів, а отже, періодично повторюються і їх основні хімічні властивості (групи і періоди), відповідні числу електронів і кількості електронних оболонок даного конкретного атома.

Всі хімічні властивості атомів визначаються в основному числом електронів зовнішнього| «незабудованого» шару, так званих валентних електронів, які щодо|відносно| слабкого|слабого| зв'язку з|із| ядром легко вступають у взаємодію з|із| іншими атомами. Хімічні елементи, у|в,біля| яких немає «незабудованих оболонок», хімічно інертні (Не, Ne, Ar, Кг, Хе, Rn).

Положенню|становищу| електрона на тій або іншій оболонці відповідає певне значення енергії (потенційної і кінетичної). Перехід з одного рівня на іншій завжди супроводжується|супроводиться| або поглинанням, або випромінюванням енергії.

При поглинанні енергії відбувається|походить| видалення|віддалення| електрона (фотоелектрона) з|із| атома (іонізація) або переміщення його з|із| внутрішніх оболонок на рівень з|із| меншою енергією зв'язку (збудження). Такий стан атома нестійкий. Місце, що звільнилося|визволилося|, швидко заповнюється переходом одного або ряду|лави,низки| електронів з віддаленіших від ядра оболонок (рекомбінація). Переходи електронів із зовнішніх енергетичних рівнів на внутрішні супроводжуються|супроводяться| випусканням квантів світла, енергія яких залежить від енергії збудження. Сукупність квантів, випромінюваних збудженими атомами в результаті|унаслідок,внаслідок| перегрупування електронів на енергетичних рівнях, називається характеристичним випромінюванням, оскільки кожен атом має характерний|вдача| тільки|лише| для нього набір дискретних енергетичних рівнів (С-спектр, L-спектр, Ai-спектр і т.д.).

Серед різних видів електромагнітних і корпускулярних випромінювань тільки|лише| ті здатні|здібні| викликати|спричинити| іонізацію і збудження, енергетичні запаси яких більше енергії зв'язку електронів в атомі, Це випромінювання прийняте називати іонізуючим.

Атоми в хімічних сполуках об'єднуються за допомогою сил, що одержали|отримали| назву хімічні зв'язки. Існує декілька типів хімічного зв'язку, заснованого на перенесенні|переносі| або зсуві|зміщенні| електронів:

v Ковалентний зв'язок – зв'язок атомів за допомогою загальних|спільних| електронних пар. При скріпленні|зв'язуванні| один з|із| одним однакових атомів їх незавершені шари перетворюються на завершені.

v Іонний зв'язок обумовлюється|зумовлюється| тяжінням один до одного іонів різнойменно заряджених тіл. Так, при утворенні хлористого натрію атом натрію віддає єдиний електрон із|із| зовнішньої орбіти атому хлора, при цьому зовнішні оболонки обох атомів повністю насищаються|насичуються| електронами. Атоми натрію і хлора перетворилися на позитивно і негативно|заперечний| заряджені іони, і в молекулі хлористого натрію хімічний зв'язок здійснюється електростатичним тяжінням.

v Координаційний зв'язок – різновид ковалентного зв'язку, коли один атом представляє|уявляє| обидва електрони (вільну пару) атому, що має в своєму розпорядженні вільний зв'язок.

v Водневі зв'язки обумовлені силою тяжіння полярних молекул, тобто молекул, що складаються з атомів з|із| декількома вільними парами електронів, які не залучені в зв'язок з|із| іншими атомами.

Серед різних типів існують переходи, і один тип зв'язку може перетворюватися на інший. Будова|споруда| і основні властивості атомних ядер. Атомне ядро є центральною, масивною, позитивно зарядженою частиною|часткою| атома. Як і атом в цілому|загалом|, ядро не має різко виражених|виказаних,висловлених| меж|кордонів|, що пов'язано з хвилевими властивостями складових його частинок|часток,часточок|, проте|однак| середній радіус ядра можна розрахувати достатньо|досить| точно – він в сотні тисяч разів менше середнього радіусу атома і складає у|в,біля| різних атомів приблизно від 1 до 10 Ф (Ферми| – одиниця довжини, 1 Ф = 10^~15м).

У ядрі зосереджена майже вся маса атома, бо маса електронів дуже мала. Середня щільність ядерної речовини в порівнянні з щільністю звичайних|звичних| речовин є колосальною величиною: р=1,3-1017 кг/м3 (маса одного кубічного сантиметра ядерної речовини 130 млн. тонн).

В даний час|нині| є|з'являється,являється| загальновизнаним|загальнопризнаним|, що всі ядра складаються з протонів і нейтронів. Кількість протонів відповідає заряду ядра, а отже, кількості електронів і порядковому номеру елементу в системі Менделєєва (Z). Сумарна кількість протонів (р) і нейтронів (п) складає масове число ядра (А). Атомні ядра звичайно позначають|значать| тими ж символами, що і відповідні їм хімічні елементи, указуючи|вказуючи| зверху зліва|ліворуч| масове число ядра А, а внизу|унизу| – заряд, тобто число протонів (наприклад, jHe).

v Атоми з|із| однаковими властивостями та будовою| називаються нуклідами. Зараз відомо більш 1600 нуклидів.

v Атоми, які мають однакову кількість протонів, а отже, і однакові хімічні властивості, називаються елементами.

v Атоми одного елементу, що відрізняються кількістю нейтронів, називаються ізотопами даного елементу.

v Іноді|інколи| виділяють ізогони – атоми з|із| однаковим числом нейтронів

v Ізобари – атоми з|із| однаковим масовим числом.

v В даний час|нині| всього більшого значення набувають ізомери – атоми з|із| однаковою кількістю протонів і нейтронів в ядрі, але|та| з|із| різним змістом|вмістом,утриманням| внутріядерної|внутрішньоядерної| енергії. При цьому ядра з надміром енергії називаються метастабільними і позначаються|значаться| індексом Т.

Протонно-нейтронна теорія будови|споруди| атомного ядра була вперше|уперше| сформульована в 1932 р. радянським фізиком Д.Д. Іваненко спільно з|із| Е.В. Гапоном, а надалі розвинена німецьким ученим В. Гейзенбергом.

У вільному стані нейтрон розпадається на протон, електрон і антинейтрино. У ядрі протон і нейтрон з|із| великою частотою (1023 с-1), обмінюючись π-мезонами, перетворюються один на одного. Це дало можливість|спроможність| вважати|лічити| їх двома станами однієї ядерної частинки|частки,часточки| і об'єднати їх під однією назвою – нуклони.

Нейтрони і протони утримуються|стримуються| в ядрі могутніми ядерними силами тяжіння, які пригнічують|придушують| відштовхуючу|відразливу| дію кулонівських сил між протонами. Ядерні сили в мільйони разів перевищують сили взаємодії між атомами і молекулами. Завдяки цим силам енергія зв'язку в ядрі досягає декілька мегаелектроновольт| на кожен нуклон.

Ядерні сили характеризуються зарядовою незалежністю, тобто вони однаково діють між зарядженими протонами (р-р|), незарядженими нейтронами (п-п|), зарядженим протоном і не зарядженим нейтроном (р-п|). Квантова природа цих сил зростають і для можливості|спроможності| існування атомних ядер необхідне розбавлення протонів нейтронами, тобто необхідно, щоб нейтрони, що входять в ядро, відсовували|відсували| один від одного протони і тим самим ослабляли|послабили,послаблювали| ефект дії кулонівських сил.

Як і в краплі|краплині| рідини, поверхня в ядрі може коливатися|вагатися|. При цьому амплітуда коливань може мимоволі наростати, що веде по аналогії з краплею|краплиною| до ділення|поділки,розподілу,поділу| ядра. По краплинній моделі викид частинки|частки,часточки| з|із| ядра аналогічний випаровуванню молекули з|із| краплі|краплини| рідини. Одержана|отримана| ядром енергія, перерозподіляючись серед нуклонів шляхом їх численних|багаточисельних| зіткнень|сутичок|, може зосередитися на поверхневій|поверховій,зверхній| частинці|частці,часточці| (нуклоні, ά-частинки|χΰρςφ³,χΰρςξχφ³|). Якщо енергія частинки|частки,часточки| більше за її енергію зв'язку в ядрі, то частинка|частка,часточка|, долаючи|переборюючи| сили поверхневого|поверхового,зверхнього| натягнення, виходить з|із| ядра – випаровується. Не дивлячись на|незважаючи на| визнання|зізнання| краплинної моделі, вона не може пояснити деякі властивості ядра, а її прогнози|передбачення| повною мірою не виконуються в досвіді|досліді|.

Ще на початку розвитку ядерної фізики була відмічена деяка схожість між властивостями ядра і атомом в цілому|загалом|. Збуджені ядра, як і атоми, випускають електромагнітне випромінювання, що має лінійчатий спектр. Аналогічно хімічним властивостям елементів при збільшенні масового числа було відмічено періодичну повторюваність підвищеної стійкості ядер. Особлива стійкість, а звідси і поширеність в природі спостерігається при кількості протонів, рівній 2, 8, 20, 50, 82, і кількості нейтронів 2, 8, 20, 50, 82 і 126. Ці числа одержали|отримали| назву магічних чисел.

Вказані властивості послужили основою для створення|створіння| оболонкової моделі ядра. По цій моделі, нуклони в ядрі знаходяться|перебувають| на певних енергетичних рівнях згідно квантовим станам, причому відповідно до принципу Паулі в одному стані може знаходитися|перебувати| не більше одного протона і одного нейтрона. Групи близьких рівнів утворять одну оболонку. Оболонки заповнюються відповідно до принципу мінімальної енергії. Спочатку заповнюється перша оболонка, потім друга і т.д. Магічні властивості ядра спостерігаються тоді, коли протони або нейтрони повністю заповнюють зовнішню нуклоновую| оболонку. Ядра, магічні і по протонах, і по нейтронах,.называются двічі магічними: це гелій, кисень, кальцій, свинець. Вони володіють особливою стійкістю.

При збудженні ядра один або декілька нуклонів переходять на вищі рівні. Повернення їх на вільні (лежачі нижче) рівні супроводжується|супроводиться| випусканням γ-квантів. При цьому можливий послідовний перехід через декілька рівнів, що супроводжується|супроводиться| випусканням каскаду (декількох різних по енергії) γ-квантів. Коли квантовий перехід в стан з|із| меншою енергією утруднений, ядро може порівняно довго залишатися у збудженому стані. В цьому випадку атомні ядра називаються метастабільними. Метастабільні ядра обумовлюють|зумовлюють| наявність ядерної ізомерії. Атомні ядра можуть знаходитися|перебувати| в декількох ізомерних станах, кожне з яких має свій час життя і при переході в основний стабільний стан виділяє різну кількість енергії. Звичайно енергія виділяється у вигляді у-квантов|, як вказано вище, або передається електронам з електронної оболонки атома. У останньому випадку спостерігається так звана внутрішня конверсія, в результаті|унаслідок,внаслідок| якої електрон покидає атом.

Для застосування|вживання| положень|становищ| краплинної і оболонкової моделей, що взаємно виключають, була запропонована узагальнена модель ядра, що враховує найбільш цінні|коштовні| властивості двох попередніх. Подальша|дальша| модифікація цієї моделі набула найбільш широкого поширення під назвою надтекуча|надплинна| модель ядра. У основі її лежить припущення|гадка|, що пари нейтронів і пари протонів з|із| рівними і протилежно направленими|спрямованими| моментами кількості руху в ядрі знаходяться|перебувають| в зв'язаному стані, а рух їх в ядрі подібно до руху атомів надтекучого|надплинного| рідкого гелію.