A tanulás alázat, a tanítás felelősség.

Sugárfizika,sugárbiológia, besugárzás tervezés, sugárvédelmi alapfogalmak Dr.Ing.Molnár Katalin 2012.02.22

Sugárfizikai alapfogalmak I.Történelmi áttekintés 1895.11.08 Röntgen felfedezte az X sugarakat. 1896.03.01 Becquerel uránt tartalmazó ércben felfedezte a természetes radioaktivitást 1903 P.Curie,Sklodowska Nobel díj Ra,Po P.Curie:1904,a rosszindulatú daganatokat gyorsabban pusztítja a sugárzás… 1932 Chadwick n,1934 J.C.,I.C.mesterséges radioaktivitás Hevessy Gy. 1934 aktivácios analízis,nyomjelzés,Hf,1944 Nobel díj Neutron láncreakcio Szilárd Leo,atomreaktor 1942 Fermi 1.kísérleti atomreaktor

Sugárfizikai alapfogalmak II Sugárfizikai alapfogalmak II.Az ionizáló sugárzás és az anyag kölcsönhatásai II.A Közvetetten ionizáló sugárzás: foton,n… II.B Közvetlenül ionizáló sugárzás:e,p,alfa… Minden kölcsönhatáskor csak az anyag minösége és a részecske energiája a fontos Fotonsugárzás: rtg,gamma Élő anyagnál csak a szervezet által elnyelt energia okoz biológiai hatást.Absorpció

II.A Foton és az anyag interakciója 1.Fotoeffektus 2.Compton effektus 3.Párkeltés 4.Mag fotoeffektus

1. Fotoeffektus Alacsony energiájú fotonok,nagy rendszámú anyag interakciója Kisenergiáju foton átadja az egész energiáját,energia egy része kin.e.alakul A fotoelektrón útja során ion párokat hoz létre-ez a leglényegesebb a biológiai hatás szempontjából

2.Compton effektus Szabad el.kölcsönhatás,ütközés a külsö e,a foton energiát ad át az elektronnak,az e szög alatt kilökődik,a foton szórt sugárzásként halad tovább Könnyű abszorpciós közeg,nagyobb energiáju fotonok interakciója 0.1-3MeV

3.Párkeltés A rendszámmal növekszik,foton energia növekedésével valószínübb A foton az atommaghoz kerül közel,hirtelen megszűnik és helyette e p páros keletkezik. Az interakcióhor szükséges energia legalább 1.02MeV,az energia felesleg kinetikai energiává alakul és excitáció vagy ionizáció formájában abszorbálódik A p az elektronok közelében anihilálódik,kettő foton 0.51MeV Ha a foton energiája nagyobb mint 2.04MeV,triplet keletkezhet-a foton az atom külső elektronjával lép interakcióba,ez az elektron és a keletkezett pár a triplet

4.Mag fotoeffektus Nagyobb mint 10MeV fotonok esetében magreakciók keletkeznek A foton abszorbálódik a magban, protonok és neutronok keletkeznek. Neutronforrás Fotoneutrónok A mag fotodisszociációja könnyen keletkezik Be,d esetében pl. Sugárterápiában nincs nagy jelentősége,nagy energiáju gyorsítók esetében sugárvédelmi vonatkozásai vannak.

II.A Neutronok abszorpciója Elektromosan semleges részecskék Közvetetten ionizáló részecskék Az atommagokkal jönnek kölcsönhatásba Szóródáskor az atommaggal ütközve átadják energiájuk egy részét,a n irányt változtatva haladnak tovább Nagyobb hatásfokú energiaátadás pl.H,jól használható a n-sugárzás elleni védelemben. Magrakcio jó jön létre,ha a n behatol az atommagba,töltött részecske és gamma sugárzás keletkezik. Alacsonyabb energiáju n a biológiai szövetekben H reagál Nagyobb mint 10Mev-nél a C,N atomokkal N(7,14)+n-----C(6,14)+H+0.6MeV p

II.B A töltött részecskék és az anyag kölcsönhatása A töltött részecske és az atom közötti kölcsönhatást a Coulomb erő határozza meg Az energia átadás elsősorban ionizációban és gerjesztésben nyilvánul meg. Átlagos úthossz,max.hatótávolság a jellemző Alfa részecske – LET,Bragg görbe,2 elektron felvételével neutrálissá válik. Elektron vagy pozitron esetében fékezési röntgensugárzás keletkezhet,amit az atommag közelében lelassuló töltött részecske hoz létre. Fontos nagy energiáju elektron sugárzásnál,főleg magasabb rendszámú közegben Védelem vastagabb rétegű alacsonyabb rendszámú anyagokkal

II.C Az abszorpció jellemzői Specifikus ionizáció,lineáris ionizációs sűrűség Alfa sugárzással keletkezett párok a sugárforrás függvényében – Bragg görbe LET,a keletkezett átlagenergia hosszegységre számítva,keV/um Minél nagyobb energiáju a részecske,annál messzebb jut az anyagban. Alfa levegőben cm,emberi szövetben 0.01mm Beta levegőben m,szövetekben mm-cm Gamma levegőben m,szövetekben cm

III.Dozimetriai alapfogalmak 1.Expozíció ICRU International Commision on Radiological Units-pontos,reprodukálható méréseken alapuló alapegységek Expozíció : X=Q/m Besugárzási dózis,m tömegü levegőben a sugárzás hatására Q mennyiségű tőltés keletkezik Ionizációs kamrák,Farmer kamra,un.gyűszűkamrák 1R a besugárzási dózis akkor,ha a sugárzás hatására 1cm3,0C-os,760Hgmm-es levegőben 1 elektrosztatikus egységnyi elektromos töltés keletkezik,egysége 1C/kg

III.Dozimetriai alapfogalmak 2.Dózis 3.KERMA Elnyelt dózis D=E/m A dózis egysége a 1rad=0.01J/kg, SI egység : 1Gy=1J/kg Azt az energiát,amelyet a sugárzás a töltött részecskéknek átad,kermának nevezzük-kinetic energy released in the medium,egysége a Gy.

III.Dozimetria Az elnyelt dózis meghatározása Kalorimetria,a sugárzás átadja energiáját az anyagnak és azt felmelegíti,termisztorral mérhető,kl.gyakorlatban nem terjedt el. Fricke Doziméter Fe2+----Fe3+oxidálódik Termoluminescens dózismérő,kristályok tulajdonsága,az elnyelt dózis egy része tárolódik a kristályrácsban,felmelegítésre ez az energia felszabadul fény formájában.TLD,LiF,in vivo dozimetria Filmdozimetria a műanyag lapra felvitt emulzió apró AgBr kristályokat tartalmaz,amelyet besugarazva kémiai elváltozást hozunk létre,vegyszerrel előhívjuk és fixáljuk.Ahol a filmet sugárzás érte,a dózis mértékének megfelelően elsötétedik.Optikai mérés denzitométerrel. Félvezető detektorok,in vivo dozimetria

III.Dozimetriai alapfogalmak 4.Dózisegyenérték Ekvivalens dózis 1Sv bármely ionizáló sugárzásnak az az elnyelt dózisa,amelynek emberre nézve ugyanakkora biológiai hatása van,mint 1Gy elnyelt dózist létrehozó röntgensugárzásnak 1rem=0.01Sv Sugárvédelem célja,hogy a legkisebb dózisnővekmény se járjon együtt az egészségkockázat növekedésével.

IV.Sugárvédelem Célja az emberiség védelme Sztochasztikus (küszöbdózis nélküli)sugárterhelés,ahol a változás bekövetkeztének a valószínüsége,de nem a nagysága arányos az elnyelt dózissal,pl.rák,genetikai megbetegedések. Determinisztikus,ha a dózis a küszöbértéket meghaladja,pl.1Gy-nél nagyobb dózis esetén hányás,hasmenés,3Gy-nél katarakta jelentkezik. ALARA elv As low as reasonably achievable ésszerűen elérhető korlátok Dóziskorlátok a sugárforrások alkalmazásából származó foglalkozási és lakossági sugárterhelés azon határértékei,melyeket nem szabad túllépni.

IV.4Dózisegyenérték korlátok 1.Sugárveszélyes munkakörben 20mSv/év Szemlencsére 150mSv/év Bőrre 500mSv/év Kézre,lábra 500mSv/év

IV.4Dózisegyenérték korlátok Lakosságra 1mSv/év Szemlencsére 15mSv/év Bőrre 50mSv/év

V.Sugárbiológiai hatások 1.fizikai fázis 10-18----10-10s,ionizálás,ionizációs kaszkád létrejötte Fizikai-kémiai fázis 10-12---10-8s Kémiai fázis 10-10---10s Az ionizáló részecskéről egy bizonyos energiamennyiség jut át a DNS-be,a szöveti víz ionizálódik,amelynek következtében kémiailag aktív szabadgyökök keletkeznek,reaktív intenzív oxidálóképességgel rendelkeznek,strukturális változást hoznak létre a biológiai makromolekulákban Biológiai fázis 1s-évekpl.radiációs karcinogenézis.

A sugárzás biológiai hatásai DNS a genetikai információk tárolója A sejtciklus 4 periódusra osztható G1 preszintetikus,S szintetikus,G2 postszintetikus,M mitózis A besugárzott sejtek sorsa szempontjából fontos a repair mechanizmusok ténye,enzimatikus reparálódásról van szó Javítás,sejtpusztulás,mutáció alakulhat ki DNS száltörések kvantitatív meghatározása fontos

V.Karcinogenézis Az ionizáló sugárzásra bekövetkezett genetikai reakciók sorozata DNS-ben végbement változások vezethetnek : sejthalálhoz-apoptosis,teljes korrekcióhoz-repair,hibás formában továbbélnek-mutációk,mutációkat hordozó rákosan transzformált sejtek-klónok létrejötte Ionizációs sugárzás hatása a szomatikus és ivarsejtekre. Teratogén hatás-az embrió a fogamzástól számított 9-42.nap között az organogenézis időpontjában a legérzékenyebb

V.Sugárvédelmi törvények A sugárterápia szempontjából a legfontosabb végrehajtási utasítás az EM16/2000EüM rendelete: Ionizáló sugárzás kibocsátásával járó tevékenység csak akkor engedélyezhető,ha a társadalom haszna ellensúlyozza a sugárzás esetleges káros következményeit

VI.Besugárzás tervezés Céltérfogaton kívül mindenhol az illető szervre,szövetre vonatkozó toleranciadózisnál kisebb dózist kell leadni. GTV gross tumor volume CTV clinical target volume PTVplanning target volume TV treatment volume,OaR organ at risk

VI.Besugárzástervezés A kuratív vagy palliatív sugárterápiának három fő szempontja van : igen intenzív sugárnyaláb Igen nagy dózis A felül ill. alul dozírozás is következményekkel jár A sugárterápia nagy számú résztvevővel és sok lépésben zajlik,sok paraméter játszik szerepet.