Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

ATOMKI látogatás 2011.Október 03. Szent László ÁMK, Baja.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "ATOMKI látogatás 2011.Október 03. Szent László ÁMK, Baja."— Előadás másolata:

1

2 ATOMKI látogatás 2011.Október 03. Szent László ÁMK, Baja

3 Program tervezet •ATOMKI 11:00-11:35 Ciklotron 11:40-12:15 PET (Pozitron Emissziós Tomográf) 12:20-13:00 Hideglabor, kísérletek folyékony nitrogénnel. •Debreceni Egyetem Kísérleti Fizika 13:00-14:00 ködkamra (háttér sugárzások, alfa-forrás, neutronok által meglökött protonok nyomai); természetes és mesterséges radioaktív anyagok sugárzásának detektálása; gamma-spektrometria; gamma- és neutron dozimetria; müonok észlelése koincidenciába kapcsolt GM-csövekkel; mesterséges radioizotóp előállítása magreakcióval és felezési idejének mérése; kisfeszültségű gyorsítók ("neutrongenerátorok") megtekintése;detektorok megismerése;

4 Elméleti felkészülés •Energia egységek 1 eV 1,6∙ = [Cb]∙ 1 [V] = 1,6∙ [J] (ekkora energiát kap egy elektron/proton 1 V feszültség-különbség hatására) 1 keV=10 3 eV 1MeV=10 6 eV 1 GeV=10 9 eV, 1 TeV=10 12 eV kilo-mega-giga-tera- Gyorsítás:  U potenciálkülönbségen(feszültség)áthaladó részecske kinetikusenergia-változása:

5 Természetes radioaktivitás felfedezése Radioaktív sugárzás: előzetes energiaközlés nélkül bekövetkező sugárzás Antoine Henri Becquerel : az uránérc előzetes besugárzás nélkül is bocsátott ki bizonyos sugarakat, amelyek a fényhez hasonló nyomot hagytak a fényképezőlemezen. Marie Curie és Pierre Curie : Felfedezték a polóniumot és a rádiumot. Megfigyelték, hogy az új sugárzás független a sugárzó elem fizikai és kémiai állapotától. Ernest Rutherford: A radioaktív anyagból kilépő sugarakat elektromos mezőbe vezette, a sugárzás három összetevőjét figyelte meg.

6 A radioaktív sugárzás típusai 1.α-sugárzás: nagy sebességű He 2+ - ionokból áll, ionizáló hatása legnagyobb, áthatoló képessége a legkisebb 2.β-sugárzás: közel fénysebességű elektronokból áll, ionizáló hatása kisebb, áthatoló képessége nagyobb 3.γ-sugárzás: nagy frekvenciájú elektromágneses hullám,ionizáló hatása legkisebb,áthatoló képessége legnagyobb A sugárzás tulajdonságai külső hatás nélkül keletkezik erőssége az elem mennyiségétől függ fizikai és kémiai változások nem befolyásolják ionizáló hatása van élő sejteket károsítja fluoreszkálást, foszforeszkálást okoz

7 A radioaktivitás a sugárzó atomok belső átalakulásának következménye. •α-sugárzáskor a rendszám 2-vel, tömegszám 4-gyel csökken •β-sugárzáskor a rendszám 1-gyel nő, tömegszám nem változik A radioaktív elemek családokba sorolhatók, melyben egymást követő bomlások sorozata játszódik le,míg egy stabil izotóp keletkezik.

8 Aktivitás: időegységre eső bomlások száma jele: A mértékegysége: Bq λ:bomlásállandó N:a t idő múlva jelenlévő bomlatlan atomok száma Felezési idő: az az idő, amely alatt az atommagok fele elbomlik jele: T 1/2 Bomlástörvény: N (t) :a t időpillanatban jelenlévő bomlatlan atommagok száma N (0) : kezdeti bomlatlan atommagok száma

9 1.Dózisegyenérték Jele: H Mértékegysége: Sv (Sievert) 1Sv=1J/kg H=DQN D: elnyelt dózis Q: sugárzás típusára jellemző faktor N: sugárzás körülményeire jellemző állandó 2.Elnyelt dózis (1 kg tömegben elnyelt sugárzási energia) mértékegysége Gray =J/kg A sugárdózis átlag értéke mSv/év-ben D (mSv) Hatások 200 Küszöbdózis orvosilag kimutatható, tünetmentes Kritikus dózis rosszullét Vérképző szervek zavarai 4000 Félhalálos dózis Az 50%-a orvosi kezelés hiányában meghal 6000Halálos dózis

10 Háttérsugárzás Az átlagos természetes radioaktív háttérsugárzás kb. 1.8 mSv/év. Emberi tevékenységből, - döntő részben az orvosi röntgen átvilágítás és terápia, - még átlagosan 0.4 mSv/év, együtt maximum kb 2,5 mSv/év. A háttérsugárzás legjelentősebb komponensei: •a helyiségben jelenlévő radon (kb. 0.5 mSv/év), •az épületek sugárzása (kb. 0.4 mSv/év), •kozmikus sugárzás, ami felfelé haladva erősen növekszik (0.3 mSv/év), •a bennünk lévő kálium 40 izotóp sugárzása (kb. 0.2 mSv/év)

11 Radioaktív sugárzás detektálása Filmdoziméter (pl. egészségügyi dolgozók) A filmdoziméter egy fotográfiai film, amelyet speciális kazettában helyeznek el. A kazettán szűrők vannak, melyek segítségével a filmen különböző mértékű elfeketedések alakulnak ki A filmeket előhívás után kiértékelik, amely során a feketedés mértékéből lehet a kapott személyi dózist becsülni, sőt ad információt a sugárzás minőségéről, irányáról, és az energia eloszlásáról is.

12 Radioaktív sugárzás detektálása  Ködkamra Wilson-féle ködkamra A kamrában alkohol telített gőze van, a sugárforrásból kilépő részecskék ionokat hoznak létre, körülöttük a gőz lecsapódik.

13 Radioaktív sugárzás detektálása Szcintillációs detektor Nagy energiájú sugárzás, vagy részecskék hatására fényvillanás következik be.

14 Radioaktív sugárzás detektálása Geiger Müller számláló Geiger-Müller számláló – GM-cső anód: W-szál katód:Cu-henger Anód-katód közötti feszültség: V Töltőanyag: szerves oldószer gőze, nemes gáz A belépő radioaktív részecskék ionokat hoznak létre a gázokban, ez áramlökést hoz létre.

15 Protonokból (p) és neutronokból (n) áll. Az atommag pozitív töltésű A protonok és neutronok kvarkokból állnak A kvarkok „színtöltést” hordoznak A kvarkokat gluonok „ragasztják” össze Részecskék, antirészecskék

16 Megmarad-e az energia a béta-bomlásban? Az elektron energiája nem meghatározott 1931 – Pauli, neutrínó jóslat 1954 – Szalay, Csikai közvetett megf – Reines, Cowan közvetlen megf – Pauli, neutrínó jóslat 1954 – Szalay, Csikai közvetett megf – Reines, Cowan közvetlen megf.

17 Részecskecsaládok + antirészecskéik

18 Részecskék és antirészecskék

19 Kölcsönhatások

20 Hogyan láthatunk részecskét?

21 Diffúziós ködkamra -  (He 2+ ) forrással CO ice 2 Thermos  source LED Copper plate Copper rods High Voltage V=   Isopropyl alc. source Particle tracks T increase Fig. 2: Systematic diagram of cloud chamber  (He2+) forrás alkoholos vatta szilárd CO 2 – „szárazjég” hőszigetelő termosz LED 300 V-os feszültség

22 Egy e + e - ütközés eredménye

23 Mi a részecskegyorsító? •Bármilyen eszköz, ami töltéssel rendelkező részecskéket igen nagy sebességre gyorsít elektromos vagy mágneses mezővel A képen egy korai részecskegyorsító látható 1937-ből. Ezt a gyorsítót használták az első atombomba készítésénél is.

24 Gyorsítók Részecskenyaláb „terelése”: elektromágneses (Lorentz) erő: Részecskenyaláb „terelése”: elektromágneses (Lorentz) erő: elektromostérerősség részecskesebessége mágnesesindukció Faraday „kalitka” Faraday „kalitka” Fémoboz belsejében az Fémoboz belsejében az elektromos térerősség: E=0 elektromos térerősség: E=0 A részecskék „csomagokban” gyorsulnak. Fázisfókuszálás

25 lineáris gyorsító Gyorsítás: csak az elektródok közötti térben (belül: Faraday-kalitka) Az elektródok hossza változik, hogy mindig jó fázisban érjék el a gyorsítórést az egyre nagyobb sebességű részecskék. SLAC Stanford Linear ACcelerator A világ legnagyobb lineáris gyorsítója Hossza: 3,2 km Részecskék: elektron, pozitron E~ 50 GeV

26 Egy korai gyorsító •1929-ben, Ernest Lawrence fejlesztette ki az első körpályás gyorsítót •Ennek a ciklotronnak csupán 4 inch volt az átmérője (kb.10cm), és két D alakú mágnest tartalmazott réssel elválasztva •A kis résben váltakozó áram kelti a változó elektromos mezőt, ami gyorsítja a részecskéket ahogy körbefutnak a gyorsítóban

27 •Lawrence ciklotronja:

28 ciklotron Homogén mágneses térben, a B-re merőlegesen belépő részecskékre: (F ┴ v, körpálya) Ebből kapjuk: = állandó, (amíg m is állandó) centrip. erő = Lorentz erő Gyorsító elektródán belül „Faraday-kalitka” Gyorsítás: az elektródák között

29 Ciklotronnal előállítható maximális energia: Nagy energiáknál két probléma: 1) De az energia növekedésével m is nő (relativisztikusan) Két lehetséges megoldás: B növelése (relativisztikus ciklotron)  csökkentése (szinkrociklotron)

30 •Relativisztikus számolással kapjuk R ~ 52 m •A mágnespofák tömege ~45000 t! •A súlyához még a mágneses vonzás is hozzájárul. •És ezt nem lehet belül alátámasztani!!! 2) Gyorsítsunk protonokat E max = 50 GeV energiára! Legyen B = 3 T Mekkora sugarú ciklotronra lenne szükség? Gyorsítógyűrű!

31 Gyorsítógyűrűk •Körpályás gyorsítók igen nagy sebességre (energiára) képesek felgyorsítani a részecskéket, mivel minden részecske hosszú ideig gyorsul. •A körpálya hossza egészen nagy lehet –Fermilab’s Tevatron (Near Chicago, USA) - 4 miles (6.44 km) –CERN’s LHC (Near Geneva, Switzerland) – 16.8 miles (27 km)

32 Gyorsítógyűrűk •Körpályás gyorsítók elektromágnesekkel kör alakú pályán vezetik a részecskéket amíg el nem érik a kívánt sebességet/energiát •A részecskék egyik irányba gyorsulnak, míg antirészecskéik az ellentétes irányba

33 Pozitron Emissziós Tomográf (PET) •Ennél a módszernél egy nem stabil izotóp bomlásakor kibocsátott pozitron egy elektronnal való találkozásakor kisugárzott gamma-fotonokat detektálják. A PET berendezés ezeknek a fotonoknak a számát méri.

34 + + + Atommag neutronok protonok elektronok Pozitron (  + ) bomlás 18 F-FDG

35  + bomlás Neutron szegény izotópok pozitron kibocsátással +anti-neutrino pozitron következmény : egy proton helyett • neutron • anti-neutrino • pozitron

36 Pozitron Emissziós Tomográf (PET) •A páciens szervezetébe olyan izotópot juttatnak, amely bomlásakor pozitront sugároz ki. Erre tipikus példa a fluor 18-as izotópja. A fluoratomokat egy, a cukorral rokon vegyületben megkötött formában adják a páciensnek. Ez az anyag így a szervezet anyagcsere- folyamatait követve olyan helyekre jut el, ahová a cukor is eljutna. A kibocsátott pozitronok száma és így a másodlagos folyamatban keletkező fotonok száma arányos a fluoratomok számával. Vagyis, ha egy tomografikus intenzitástérképet vesznek fel, tér- és időbeli képet kaphatnak az anyagcsere-folyamatok lezajlásáról.

37 Pozitron Emissziós Tomográf (PET) •Így ez a módszer lehetőséget nyújt pl. az agy különböző területeinek és az ott lezajló folyamatoknak a vizsgálatára.

38 PET Az első PET scanner (1975) ciklotronok

39 PET Imaging Overview -Nyomkövető szintézis -Nyomkövető bejuttatása -Az izotóp által kibocsátott gamma fotonok mérése (~20-60 min) -Kép készítés a mért intenzitás eloszlás alapján

40 Pozitron annihiláció •Annihiláció –2x 511 keV gamma fotonok –180 fokos szögben •Pozitron és gamma foton elhelyezkedés nem esik egy egyenesbe •A scanner mint foton számláló –Gamma párokat számol egyes gamma fotonok függvényében –időköz ~ 1 ns 511 keV e+e+ e-e-

41 PET/CT-Scanner 1M Events 55M Events

42 Mobile PET

43 PET Gamma Kamerával

44 ATOMKI ciklotron •Az ATOMKI Ciklotron Laboratóriuma üzemelteti Magyarország legnagyobb részecskegyorsító berendezését. Az itt működő MGC-20 típusú ciklotron 1985 novembere óta szolgáltat gyorsított részecskenyalábokat alap- és alkalmazott kutatások számára illetve orvosi és ipari alkalmazásokhoz is.

45 Mérföldkövek a ciklotron történetében Tervezés és beszerzés (a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség támogatásával) Gyártás és telepítés 1985 Nov.Üzembe helyezés 1986SPECT-izotópok termelésének kezdete 1987 Gyors neutronokkal végzett orvos- és agrobiológiai kutatások indulása 1994PET-izotópok termelésének kezdete 1997Sugárkárosodási vizsgálatok indulása Felújítási projekt (a NAÜ Műszaki Együttműködési programjának támogatásával, a projekt száma: HUN/4/013) 2002Vékonyréteg aktivációval végzett kopásvizsgálatok indulása 2003 A ciklotron nagyfrekvenciás rendszerének felújítása (a Magyar Tudományos Akadémia támogatásával) 2005CVD gyémánt besugárzások kezdete

46 A targethelyiségek elrendezése és a nyalábvezető rendszer felépítése

47 RészecskenyalábEnergia [MeV]Intenzitás [µA] proton deutérium He alfa Ez egy olyan változtatható végenergiájú kompakt ciklotron, amely proton, deutérium és alfa részecskenyalábokat képes gyorsítani. Körülbelül két évtizedig az egyetlen ciklotron típusú gyorsító berendezés volt az országban, számos kutatási és alkalmazási program mellett jelentős orvosi (PET) felhasználással. Az utóbbi években két új PET-ciklotront helyeztek üzembe (Budapesten és Debrecenben), amelyek proton- és deutérium nyalábokat az ATOMKI ciklotronhoz közeli végenergiával képesek előállítani.

48 •A gyorsító széles tartományban változtatható paraméterű nyalábokat képes előállítani, így rugalmasan alkalmazható sokféle, akár különböző tudományterületek által megkívánt feladatra. Ezen túlmenően a ciklotron olyan nyalábvezető rendszerrel rendelkezik, amely lehetővé teszi a nagyon eltérő és speciális követelményekkel rendelkező felhasználói igények kielégítését is.

49 •A bemutató internetes anyagok, többek között Dr. Sükösd Csaba részecskefizika témájú ppt-je és az ATOMKI honlap felhasználásával készült.


Letölteni ppt "ATOMKI látogatás 2011.Október 03. Szent László ÁMK, Baja."

Hasonló előadás


Google Hirdetések