ionizujúce žiarenie: hrozba alebo pomocník?ncpvat.cvtisr.sk/buxus/docs//veda_v_centre/vvc... ·...

Ústav jadrového a fyzikálneho inţinierstva

prof. Ing. Marcel MiGLiERiNi, DrSc.Slovenská technická univerzita v Bratislave

a

Slovenská spektroskopická spoločnosťčlen Zväzu vedecko-technických spoločností

marcel.miglierini@stuba.sk

www.nuc.elf.stuba.sk/bruno

Ionizujúce žiarenie:hrozba alebo pomocník?

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 2

Prírodné zdroje rádioaktívneho pozadia kozmické ţiarenie

rádioaktivita hornín, vody a vzduchu

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 3

Prirodzené pozadie žiarenie prirodzene a nevyhnutne prítomné v životnom prostredí

kozmické ţiarenie vonkajšie gama vnútorné gama radón

Aus

trál

ia

Ang

lick

o

Šva

jčia

rsko

Švé

dsk

o

Špa

niels

ko

Port

ugal

sko

Nór

sko

Hol

andsk

o

Lux

em

bur

sko

Tal

ians

ko

Írsk

o

Gré

cko

Nem

eck

o

Fra

ncúz

sko

Fín

sko

Belg

icko

Dán

sko

Rak

úsko

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 4

1. Kozmické žiarenie

2. Radón v domoch

3. Rádioaktivita Zeme

4. Rádioaktivita v potrave

5. Priemyselné aplikácie

6. Medicínske aplikácie

7. Jadrové elektrárne

Celková ročná efektívna dávka

2 - 5 mSv/rok

Príspevky k dávke žiarenia

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 5

Vplyv radónu priemerná celoročná efektívna dávka na obyvateľa

z inhalácie radónu a jeho dcérskych produktov v pobytových priestoroch v okresoch SR

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 6

Globálny rádioaktívny spád

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 7

l

E

Druhy žiarenia

Ţiarenie neionizujúce

ionizujúce

priamo (nabité častice)

nepriamo (nenabité častice)

kozmické gama röntgenové ultrafialové viditeľné infračervené mikrovlnné rádiové

0.1 pm 0.1 pm 1 nm 100 nm 400 – 700 nm 1 mm 1 cm 1 m 1 km

10 MeV 10 MeV 1 keV 10 eV 1 eV 1 meV 100 meV 1meV 1 peV

ionizujúce ţiarenie

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 8

Zdroje ionizujúceho žiarenia

Druh ţiarenia alfa

beta

gama (+ X-ray)

neutróny

nespôsobujú

indukovanú

rádioaktivitu

Pôvod zdrojov ţiarenia prirodzené rádionuklidy

umelé rádionuklidy

jadrový reaktor

urýchľovače

zdroj ţiarenia

papier

hliník

olovoRutherford, Ernest1871-1937Nobelova cena 1908

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 9

Videnie neviditeľného

rádiové vlnyIRviditeľnésvetlo

UVmäkké rtg.ţiarenie

tvrdé rtg. ţiarenie

gama lúče

elektromagnetické vlny

dombunkaatómy/molekulykvarky/nukleóny

elektróny

rtg. žiarenieneutróny

synchrotrónovéžiarenie

kolaidery

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 10

Obraz

vplyv vlnovej dĺţky

RTG

UV

VIS

IR

RF

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 11

Diagnostika – podľa činnosti

morfologická usporiadanie, tvar, veľkosť, …

funkčná činnosť orgánov

dynamická časové závislosti

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 12

Diagnostika – podľa usporiadania

absorpčná RTG, CT, SR

emisná gama kamera, PET

MRI

kombinovaná CT+PET, CT+MRI

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 13

Počítačová tomografia (CT)

obraz – odtiene šedej

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 14

3D CT

veľké mnoţstvo rezov spätne poskladané do 3D objektu

zobrazovanie celých orgánov

virtuálna endoskopia

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 15

CT tomograf

gantry

RTG trubica

kolimácia a filtrácia

detektory

systém získavaniaúdajov

vyšetrovacie lôţko

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 16

Gama kamera

diagnostika pomocou zavedenia rádionuklidmi značkovaných farmák (rádiofarmák) do organizmu

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 17

Celotelový scintigraf

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 18

PET

Pozitrónová emisná tomografia (PET) aplikácia zdroja pozitrónov (e+)

anihilácia: e- + e+ 2g (0.511 MeV)

Prstenec

detektorov

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 19

PET – Funkčná diagnostika

mozog v kľude

počúvanie

videnie

FDG

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 20

+ =

CT snímka PET snímka PET/CT snímka

anatomická štruktúra biologické procesy anatomická štruktúra

a

biologické procesy

Kombinované CT + PET

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 21

Účinky žiarenia

Fyzikálne

Prenos energie

zmena teploty excitácia (a) ionizácia (b) (a) (b)

Adenín TymínCytozín Guanín

Biologické bunka

DNA

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 22

žiarenie + H2O H2O+ + e-

H2O+ H+ + OHo

e- + H2O Ho + OH-

Žiareni

e

Oxidácia DNA OH radikálmi

1. somatické (ožiarený jedinec)

2. genetické (potomkovia)

Priama ionizácia DNA Ionizácia iných molekúl

Biologické účinky žiarenia

ŽIADNY EFEKT

DNA obnovená

Enzymatická obnova

DNA poškodená

BIOLOGICKÉ EFEKTY

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 23

Terapia

liečba oţarovaním

oţarovací plán

fantóm

fotóny ióny

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 24

Lineárny urýchľovač

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 25

Moderné trendy

tvarovanie zväzku asymetrické čeluste

dynamické kliny

mnoholamelový kolimátor - MLC

konformálna 3D liečba konformovanie – prispôsobenie rozloženia dávky nádorovému objemu

digitálna rekonštrukcia objemov – 3D plánovanie

IMRT (intensity modulated radiotherapy)

dynamická

statická

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 26

Nukleárna medicína

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 27

Dátovanie

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 28

Priemyselné aplikácie

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 29

Jadrový reaktor

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 30

Bórová neutrónová záchytová terapia

jadrový reaktor: En < 0.025 eV

dolet 10 mm

HeLinB 4

2

7

3

1

0

10

5

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 31

Synchrotrónové žiarenie

Emisiné spektrum

1 eV 10 eV 100 eV 1 keV 10 keV 100 keV

Energie

1013

1014

109

1010

1011

1012

10000 1000 100 10 1 0.1

Longueur d'onde (Å)

108

107

Nombrede photons

ohýbacímagnet

Slnkortg. trubice

početfotónov

energia

Bri

lian

cia

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 32

ESRF, Grenoble

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 33

Medicína

Chémia

V službách vedeckého bádania …

Fyzika

Materiálovévedy

Biológia

Environmentálnevedy

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 34

… a priemyselného výskumu.

Spolupráca s verejnýmsektorom

Cielený výskum

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 35

European XFEL, GmbH

Injektorová časť v DESY

2,1 km dlhý

lineárny urýchľovač

ondulátorová časť

experimentálna hala

v Schenefelde

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 36

XFEL – nový zdroj synchrotrónového žiarenia

biliancia o 10 rádov vyššia ako u

synchrotrónov 3. generácie

časová štruktúra pulzov 2.7 kHz na balík

5 MHz v balíku

© Marcel MiGLiERiNi MMiiiii

Bratislava

26.5.2011 37

koniec