doctemel radyasyon temel radyasyon fiziği kavramları kavramları , birimler
download 
Şikayet Transkript
temel radyasyon temel radyasyon fiziği kavramları kavramları , birimler
TEMEL RADYASYON FİZİĞİ KAVRAMLARI , BİRİMLER Dr.Nural ÖZTÜRK Tıbbi Rad Rad.Fiz.Uz. Fiz Uz TÜRK RADYASYON ONKOLOJİSİ DERNEĞİ Radyofizik Kursu 11-12 Haziran 2010 ATOMUN YAPISI ATOM ** Atom Atom;; bir elementi meydana getiren ve o elementin bütün fiziksel fiziksel--kimyasal özelliklerini taşıyan en temel yapıtaşıdır yapıtaşıdır.. (ATOM--Yunanca’da bölünmez anlamına (ATOM gelir..) gelir ** Elementin bölünemez en küçük parçası olması fikri ve ilk atom modeli eski Yunanistan’da Löpis, Demokritus ve Epikür’e ik ’ kadar k d uzanır.. Bu dönemlerde uzanır d l d atomların neden bir araya gelerek maddeyi oluşturduklarını izah edebilmek için atomların bazılarının çengelli oldukları gibi hayali modeller üretilmiştir.. üretilmiştir ** Ancak kimyasal ilkelere dayanan ilk atom modeli 19. 19. yüzyılın başında Dalton tarafından önerilmiştir. önerilmiştir. ATOM **Atom;; merkezde pozitif yüklü **Atom çekirdek ile bunun etrafında d i veya eliptik daire li ik yörüngeler l üzerinde hareket eden negatif yüklü elektronlardan oluşur oluşur.. Atomun Yapısı * Çekirdek (nükleon); protonlar (p+) nötronlar (n0) m(n0) = m( p+ ) = 1,673x10 1 673x10-24 gr. gr * Protonun kütlesi elektronun kütlesinin 1837 katıdır. katıdır * Nötr bir atomda proton ve elektron sayıları l eşittir. itti Çekirdek Elektron Radyoaktivite dyo v e TÜRK RADYASYON ONKOLOJİSİ DERNEĞİ Radyofizik Kursu 11-12 Haziran 2010 Radyoaktivite; kararsız bazı elementlerin dış Radyoaktivite; etkenler olmaksızın kendiliğinden parçalanmaları sonucu çevrelerine partiküller ya da elektromanyetik radyasyon vererek daha kararlı hale geçmeleridir. geçmeleridir. Bu elementlere radyoaktif elementler denir denir.. Radyoaktivite;; ilk defa 1896 yılında Henri Radyoaktivite Becquerel q tarafından keşfedilmiştir keşfedilmiştir. ş ş . 1898 de ise Pierre ve Marie Curie tarafından yapılan deneylerde k kanıtlanmıştır. kanıtlanmıştır l . radyoaktifliğin varlığı Radyoaktif elementler… ** Doğal radyoaktif elementler elementler:: ( periyodik cetvelin atom numaraları Z= Z=81 81-92 arasında kalan bölgeleri 81kapsar ) Doğada dört radyoaktif seri bulunmaktadır bulunmaktadır.. ** Yapay radyoaktif elementler elementler:: Kararlı elementler nükleer ükl reaktörlerde köl d elektromagnetik l k ik alan l içerisinde hızlandırılmış partiküller ile b b d bombardıman edilerek dil k radyoaktif d k if h l hale getirilmektedir.. getirilmektedir **Radyoaktif **Radyoaktif y bozunma: bozunma: Bir ççekirdek,, kendiliğinden ğ alfa parçacığı (α), bir elektron (β) veya bir foton ((x, (x,γ ,γ) yyayınlayarak ,γ y y uyarılmış y ş bir enerji j düzeyinden y kurtularak daha kararlı duruma geçer ve yeni bir ççekirdeğin ğ oluşmasını ş sağlar, ğ , bu olaya y radyoaktif y bozunma denir denir.. Bozunma B Sabiti S biti Bozunma sabiti her radyoizotop için karakteristik (ilgili radyoizotopa ait) bir değerdir. değerdir. Tanım olarak bozunma sabiti sabiti;; belli bir zaman dilimi içindeki bozunan çekirdek miktarının oransal Bozunma sabitinin değeri zaman-1 dir dir.. değeridir. değeridir. Fiziksel YarıYarı-Ömür Fiziksel yarılanma süresi (T1/2), radyoaktif yarı yarı--ömür olarak da anılır.. Tanım olarak fiziksel anılır yarı--ömür; yarı ömür; başlangıcındaki y atomların yyarısının radyoaktif parçalanması için geçen süredir. süredir. 120 100 80 60 40 20 0 0 2 4 6 8 10 Ortalama Ömür Bir radyoaktif atomun ortalama ne kadar zaman radyoaktif kalacağını gösterir. Doğall Radyoaktif d k if Seriler En uzun Ömürlü Üyesi Son Çekirdek (Kararlı) Seri Adı Yarı-Ömür (yıl) 1.41 x 1010 Toryum 208Pb Çekirdek 232Th Neptünyum 209Bi 237Np 2 14 x 106 2.14 Uranyum 206Pb 238U 4.47 x 109 Aktinyum 207Pb 235U 7.04 x 108 Radyoaktif R d ktif Bozunma B Türleri Tü l i ¾α - Alfa Bozunumu ¾ β - Beta Bozunumu ¾ γ - Gamma Bozunumu α - Alfa Bozunumu Özellikle ağır ğ ççekirdeklerde görülen bu bozunumunda, Helyum ççekirdeği ğ olarak da bilinen,, 2 proton ve 2 nötrondan oluşan birbirine sıkı bağlı ğ bir pparçacık ç (α) fırlatılır. fırlatılır. Bunlar partiküler ((tanecik)) radyasyonlardır. radyasyonlardır y y . β - Beta Bozunumu Çekirdek fazla proton veya nötronundan bir protonu nötrona veya nötronunu öt protona t dö ü tü dönüştürerek k kurtulabilir k t l bili . Bu kurtulabilir. B arada d reaksiyonda yük korunum gereği çekirdekten bir elektron ( ) radyasyonlardır radyasyonlardır. y y . fırlatılır. fırlatılır. Bunlar ppartiküller (tanecik) β+ (pozitron) bozunumu p n + e+ β- (negatron) bozunumu n p + e- γ - Gamma Bozunumu Alfa ve beta bozunumlarının birçoğunda, ürün çekirdek enerji açısından ç uyarılmış y ş durumda kalır. kalır. Ürün çekirdek bu uyarılmış durumlardan kurtulmak amacıyla y bir veya iki gamma fotonu yayınlar ve enerji bakımından temel seviyeye ( sıfır enerji seviyesi) iner. iner. Gamma ışınları X-ışınları ve görünür ışık gibi elektromanyetik radyasyonlardır. radyasyonlardır. ELEKTRON VE FOTON ETKİLEŞİMİ TÜRK RADYASYON ONKOLOJİSİ DERNEĞİ Radyofizik Kursu 11-12 Haziran 2010 RADYASYON TÜRK RADYASYON ONKOLOJİSİ DERNEĞİ Radyofizik Kursu 11-12 Haziran 2010 “” Radyasyon y y “” Atom tarafı tarafından enerjinin yayılması ve bu enerjinin boş boşluk içinde iletilmesi işlemidir. işlemidir. İyonla yonlaşştırıcı Radyasyon İyonla yonlaşştırıcı radyasyon terimi x ve γ ışınlar ışınlarıı ile α, β partikülleri, protonlar, protonlar, elektronlar, nötronlar ve kozmik ışınlar ışınlar gibi radyasyon tiplerini kapsar kapsar.. İyonla yonlaşşma Olayı Olayı * Bir atom ya da molekülden bir kopması p ı olayı olayyıdır. elektronun kopmas * Bu olayı olayı olu oluşşturan radyasyon tiplerine iyonlaştırıcı tiplerine, radyasyon ad adıı verilir. Beta B partikülü - - - İİyonlaşma yonlaşma Olayı Bir A atomunun dış yörüngelerinden bir elektron kopar ve bu olay sonunda, A atomu iyonlaşı iyonlaşırr yani pozitif itif olarak l k yüklenmi yüklenmiş ükl iş olur. olur l . Buna B pozitif itif iyon i adı addı verilir.. verilir A Æ A+ + é İyonla yonlaşşma Olayı Olayı ¾ Olay sonunda A atomundan kopan serbest elektron,, bir negatif g iyondur y ve diğ diğer bir B atomu ile birleş birleşerek onu negatif iyon haline getirebilir.. getirebilir B + é Æ B- Uyarı Uyar y ılma Olayı Olayyı ¾ Eğer ortama giren radyasyonun enerjisi, ortamı ortamı olu oluş l şturan atomlardan l d elektron l k koparacak k k kadar k d yüksek değ değilse, o zaman elektronları elektronların yörünge d ğiştirmesine değ de i i sebep b olabilir. olabilir l bili . Bu B olaya l uyarıılma uyar l ad adı dı verilir ve elektronu yörünge de değğiştirmi tirmişş atoma da uyarıılm uyar l ış atom denir lmış d i. denir. Doğada bulunan ve insanlar tarafından yapay olarak elde edilen radyasyonlar iki gruba ayrılır ayrılır;; Elektromagnetik El k ik radyasyonlar d l Tanecik radyasyonlar Elektromagnetik Radyasyonlar TÜRK RADYASYON ONKOLOJİSİ DERNEĞİ Radyofizik Kursu 11-12 Haziran 2010 x ve γ ışınlarının her ikisi de elektromagnetik dalga olup madde ile etkileşmeleri birbirinin aynıdır. y Elektromagnetik g radyasyonlar y y birbirine dik yönde hareket eden elektrik ve magnetik alanların birleşimidir. Hızları ışık ş hızı ((c=3x1010 cm/sn)) Dalga boyu λ (birbirini izleyen iki dalganın tepe noktaları arasındaki uzaklık) λ λ x ve γ ışınları, radyo dalgaları, radar, enfraruj ve ultraviyole elektromagnetik g radyasyonlardır. y y Hızları ışık hızına eşit fakat dalga boyları ve frekansları farklıdır farklıdır. Elektromagnetik Radyasyonların Madde Tarafından Absorbsiyonu * * * * * Fotoelektrik olay Kompton olayı Çift oluşum Kohorent saçılma Fotodisintegrasyon FOTOELEKTRİK OLAY ** 0.5MeV’den küçük enerjili fotonlarda sık görülür. ** Atomun K, K L L, M, M N yörüngelerindeki sıkı bağlı elektronları ile etkileşir. Enerjisi 0,5 MeV’a kadar olan fotonlar için geçerlidir. Gelen düşük enerjili foton etkileştiği maddenin atomlarının sıkı bağlı elektronlarından birine enerjisinin tümünü vererek kaybolur, etkileştiği elektronda atomdan foto-elektron olarak fırlar. Gelen foton E<0 5 MeV E<0,5 Fırlayan y fotoelektron KL M Fotoelektrik Olay Karakteristik radyasyonlar Foto-elektronlar Foto elektronlar diğer atomların yörünge elektronlarını koparacak kadar enerjiye sahip olduklarından bütün enerjilerini kaybedinceye kadar sekonder iyon çiftleri meydana getirerek yollarına devam ederler. ** Absorblayan materyalin atom numarasına bağlıdır. bağlıdır ğ . ι/ρ ρ∝Z ρ∝ Z3 ** Z3 bağlılık BaSO4 karışımı vee Hypaque H paq e gibi kontrast maddeleri kullanıldığında önemlidir önemlidir.. ** Kemik, Kemik kas, kas yağ gibi farklı atom numaralı materyallerin x ışını absorbsiyonu farklıdır. farklıdır. Gelen fotonun enerjisi 0,5 MeV’dan yaklaşık 10 MeV düzeyine yükseldikçe fotonun içinden geçtiği madde tarafından absorblanması daha çok Compton Olayı ile olmaktadır. olmaktadır Foton daha çok bağ enerjisi en az olan atomun en dış elektronlarından birisiyle etkileşime girer. Enerjisinin bir kısmını elektronu yerinden koparıp ona kinetik enerji kazandırarak fırlatmaya harcar, geri kalan enerji ile de başka yönde yoluna devam eder (Compton Elektronu). Elektronu) Fırlayan elektron (kompton elektronu) Saçılan S l foton f t hν2 Gelen foton 0,5 MeV<E<10 MeV Kompton Olayı K Kompton t Elektronu El kt KOMPTON OLAYININ ÖZEL HALLERİ ** Direkt çarpışma ** Sıyırıp geçen çarpışma ( grazing ) ** 900 Foton saçılması KOMPTON OLAYI * Atomun zayıf zayıf ba bağlı ğlı ve serbest elektronlarını elektronlarını kapsar. * Atom nnumarası numaras marasına bağlı marası bağlı de değğildir. * Elementlerin gra gram ba başı şına na elektron sayı sayısına bağlı bağlıddır. * Enerjinin artması artmasıyla azalı azalır. * Fotonun her bir çarpış çarpışmas masıında bir miktar enerji saçıılır, bir kı saç kısm smıı da absorblanı absorblanır. * Absorblanma miktarı çarpışma açısına ve enerjiye bağlıdır. ğ ÇİFT OLUŞUM OLAYI * Fotonun enerjisi 1.02 MeV’ den büyüktür. * Pozitron serbest elektronla birleşerek yok olur. olur Yok olma sonucu enerjileri 0.511 MeV olan iki gamma ışını oluşur. oluşur Kütle enerjiye dönüşür. dönüşür. * Gram başına atomik numaraya (Z2) bağlı olarak l k artar. artar. Çift Oluş Oluşumu Elektron (-) 0 51 MeV γ 0,51 Gelen foton E>1,02 E 1,02 MeV 0,51 MeV γ Elektron (+) 1,02 MeV’dan daha az enerjili fotonlar için imkansız olup, 2 MeV’a kadar önemsizdir Gelen foton çekirdeğin elektrik alanına girdiğinde etkileşerek bir elektron önemsizdir. (e-) ve bir pozitron (e+) çifti oluşturur (enerjinin kütleye dönüşümü). Elektron bütün enerjisini sekonder iyon çiftleri meydana getirerek kaybeder. Pozitron ise hareketi sırasında madde içine bir serbest elektronla karşılaşırsa zıt yönlü olduklarından çarpışarak birbirlerini yok ederler(kütlenin enerjiye dönüşümü). Böylece birbirine zıt önde iki gamma ışını yayınlarlar. YUMUŞAK DOKUDA RADYASYONUN ABSORBSİYONU * 50 50KeV KeV a kadar fotoelektrik olay önemli * 60 60KeV KeV ile 90 90KeV KeV arasında fotoelektrik ve kompton olayı eşit önemde * 200 200KeV KeV ile 2MeVarasında kompton olayı tek başına baskındır. baskındır. * 5MeV ile 10MeVarasında 10MeVarasında çift oluşumu önemli olmaya başlar başlar.. * 50MeV ile 100 50MeV 100MeV MeV arasında çift oluşumu çok önemlidir.. önemlidir Koherent Saçılma ** Bu etkileşim elektronun yakınından geçen ve onu titreştiren elektromagnetik dalgadan ibarettir. ** Titreşen ş elektron gelen g elektromagnetik g dalga g ile aynı y frekansta enerji yayar. ** Ortamda enerji absorblanmaz absorblanmaz. ** Foton küçük açı ile saçılır. Kohorent Saçılma Fotodisintegrasyon * Etkileşme foton ve atom çekirdeği arasında olur. olur * Çok yüksek foton enerjilerinde oluşur. * Nükleer reaksiyona ve bir veya birçok nükleonun ükl yayılmasına l yoll açabilir. bili *Ç Çekirdekten nötronların yyayınlanmasına y neden olur. Fotodisentegrasyon T Tanecik ik R d Radyasyonlar l TÜRK RADYASYON ONKOLOJİSİ DERNEĞİ Radyofizik Kursu 11-12 Haziran 2010 α partikülleri partiküllerinin tiküll inin i absorbsiyonu b bi * Madde içinden oldukça yavaş yavaş geçerler. * Bütün enerjilerini kı kısa ve doğ doğrusal bir yol boyunca tüketirler. * Canl C Canlı lı dokular d k l içinde i i d ancakk 11-2 mikron ik menzile il sahiptirler. * Hücre içine girecek olurlar ise, son derece büyük biyolojik tahribatlara yol açarlar. α partikülleri partiküllerinin ik ll inin i absorbsiyonu b bi ** Atomlar Atomlarıın negatif yüklü elektronları elektronları ile çarpışıp çarp ışıp elektronları elektronlar l kt l ın atomdan t d kopmas k kopması ına ya da d yörünge de değ ğiştirmesine yol açarlar açarlar.. ** Her çarp çarpış ışma ma enerjilerinin kaybetmesine neden olur . bir kısm smıını ** Yüksek iyonizasyon yoğ yoğunlu unluğ ğuna sahip sahiptirler tirler.. β partiküllerinin absorbsiyonu b bi **Genellikle yollar **Genellikle yollarıı üzerindeki atomlar atomlarıın yörünge elektronları elektronları ile çarpışı çarpışırlar rlar.. Atom çekirdekleri ile çarp çarpış ışma ma olas olasıılıklar klarıı da vard vardıır. **Madde içinde zigzaglar çizerek yollarına **Madde devam ederler. ederler. Menzilleri daima, madde içinde katettikleri gerçek yoldan daha kısad sadıır. **Hızlar **H zları l ı azaldı azald ldıkça, k iyonizasyon i i yoğ yo ğunluğ unlu l ğunda d da bir art artış ış ortaya çıkmaktad kmaktadıır. Elektronların Absorpsiyonu * Atomun elektronları ile inelastik ççarpışma pş (iyonizasyon-- eksitasyon) (iyonizasyon * Çekirdek ile inelastik çarpışma (Bremsstrahlung) * Atomun elektronları ile elastik çarpışma * Çekirdek ile elastik çarpışma Elektronlarda Enerji Kaybı * Çarpışma yolu ile enerji kaybı ** Işınsal yol ile enerji kaybı Nötronların Nötronları Absorbsiyonu * Atom çekirdekleri ile direkt çarpış çarpışmalar malar yaparlar yaparlar.. * Yava Yavaşş nötronlar atom çekirdeğ çekirdeğine girerler ve orada yakalanı yakalanırlar. * Hızlzlıı nötronlar, atom çekirdekleri ile elastik çarpış çarpışmalar malar yaparlar. * Orta enerjili nötronlar, madde ile hem çekirdek yakalanması yakalanması hem de çekirdekle çarpış çarpışma ma yolları yolları ile karşı karşıllıkl klıı etkile etkileşşmeye girebilirler. Nötronların absorbsiyonu * Nötronun Nötron n enerjisine ** Atomik yyoğunluğuna ğ ğ *** Atomların kütlelerine **** Atom çekirdeğinin yüzey kesit alanına bağlıdır. bağlıdır Dozimetrik Tanımlar ( foton ve enerji j akısı , absorbe doz , kavite teorisi v.b. ) BİRİMLER TÜRK RADYASYON ONKOLOJİSİ DERNEĞİ Radyofizik Kursu 11-12 Haziran 2010 FOTON VE ENERJİ AKISI TÜRK RADYASYON ONKOLOJİSİ DERNEĞİ Radyofizik Kursu 11-12 Haziran 2010 Radyasyon dozimetresi **Radyasyon dozimetresi konusu, iyonlaştırıcı **Radyasyon radyasyon d miktarının ik öl ül ölçülmesinden i d ibarettir ib ibarettir. i. * Bir radyasyon demetinin şiddetini ölçmenin yolu, belirli bir yyerdeki bir cm2 den ggeçen ç pparçacıkların ç veya kuantumların sayısının tayin edilmesidir edilmesidir.. **Bir radyasyon **Bir dy syo de demetini e göz önüne gö ö ü e aldığımızda aldığımızda; dğ d ; radyasyon şiddetinin ölçüsü olarak bir A alanına dik olarak sn’de geçen parçacıkların veya fotonların sayısını sa ısını kullanmak k llanmak mümkündür mümkündür.. Bu B sayıya sa ı a AKI adı verilir.. verilir ve F: Radyasyon akısı F: N/A parçacık ( veya foton ) / sn **Belirli bir noktadaki radyasyonun şiddeti şiddeti,, cm2 den geçen foton veya parçacık sayısını bir tek foton veya parçacığın taşıdığı enerji ile çarpmak sureti ile bulunabilir.. bulunabilir ¾ Akı Ak k kaynaktan kt olan l mesafenin f i karesi k i ile il azalır. azalır l . Bu mesafenin karesi ile ters orantı kanunu diye bilinmekte olup radyasyon korunmasında büyük y önem taşır. taşır ş . Alandan l d enerjinin ji i geçiş i hhızına exposure doz şiddeti, şiddeti, Alandaki enerji absorblanma hızına absorblanmışş doz şşiddeti denir. YARILANMA KALINLIĞI ¾ ¾ X veya γ ışınlarının madde içindeki nüfuz kabiliyetleri fazla olup α ve β parçacıkları gibi belirli bir madde kalınlığı tarafından durdurulamazlar durdurulamazlar.. Bunun yerine i i d geçtikleri içinden tikl i ortamın t eşit it kalınlıkları k l l kl b ışınları bu l belli bir oranda absorblayacağından şiddet azalması exponensiyeldir Örneğin belirli bir madde kalınlığı bir γ ışını demetini yarıya indiriyorsa, indiriyorsa aynı maddenin aynı kalınlıkta 2.bir katı yine demetin yarısını absorblayarak orijinal demet şiddetini dörtte bire indirecek ve böylece devam edildiği taktirde şiddet 1/8 e , 1/16 ya inecek fakat hiçbir zaman 0 olmayacaktır olmayacaktır. y . X veya γ ışını şiddetini yarıya indiren madde kalınlığına yyarılama kalınlığı ğ adı verilir. Bazı zırhlama materyalleri için yarılama kalınlıkları Enerji Alüminyum Demir Kurşun 100 keV 1.5 cm 0.2 cm 0.021 0 021 cm 1 MeV 4.3 cm 1.5 cm 0.9 0 9 cm 10 MeV 11.0 cm 2.9 cm 1.2 1 2 cm Genel absorbsiyon denklemi Io I dx Io I μ x I = I o e –μx = Başlangıçtaki radyasyon şiddeti. = Bir engelden geçtikten sonraki radyasyon şiddeti. = Lineer Li absorbsiyon b bi k t katsayısı ( cm -11 ) = Madde kalınlığı ABSORBSİYON TÜRK RADYASYON ONKOLOJİSİ DERNEĞİ Radyofizik Kursu 11-12 Haziran 2010 Absorbe doz, her ortam ve her türdeki iyonlaştırıcı radyasyon için tanımlanmış olup, radyasyon tedavisinde kullanılan önemli bir tanımlamadır tanımlamadır.. Absorbe doz doz;; radyasyona maruz kalan ışınlanan bir maddenin birim miktarında soğurulan radyasyon enerjisidir enerjisidir.. D =dE/ dm Burada;; Burada dE;; iyonlayıcı radyasyon tarafından maddenin dE dm kütlesine bırakılan enerjidir. enerjidir. Etkin eşdeğer doz : HE ( EDE) Bütün vücut ışınlamalarında , çeşitli organ g ve dokuların aldığı dozun farklı etki dağılımları birleştirerek bulunan, toplam sağlığa zararlılık olarak tanımlanmaktadır tanımlanmaktadır.. HE : Σ T * W T * H T H T : T dokusu içindeki ortalama eşdeğer değer doz WT : Ağırlık ğ faktörü faktörü.. WT, Bütün vücudun düzgün ışınlanması halinde stokastik etkilerin T dokusunda meydana getirdiği zararların, l bütü bütün vücuttaki ü tt ki toplam t l zararlara l oranıdır.. oranıdır ICRP Ağırlık ğ Faktörleri Organ WT Gonad'lar G d'l Göğüs Kırmızı Kemik İliği Akciğer Tiroid Kemik Yüzeyi Geri kalanlar * 00.25 25 0.15 0 12 0.12 0.12 0.03 0.03 0.30 Geri kalanlar * : Mide , ince bağırsak, aşağı kalın bağırsak ve yukarı kalın bağırsak olmak üzere 4 organı kapsar. Kavite teorisi ( BraggBragg-Gray) X ışınları ve α ışınlarının ölçüsünde kullanılan en uygun metod’tur metod’tur.. Bu teoriye göre; göre; bir ortama ye o yerleştirilen eş e g gaz do dolu u kavitede v ede meydana eyd gelen iyanizasyon, çevre ortamda absorblanan enerjiyle ilişkilidir ilişkilidir.. 3 MeV kadar enerjideki radyasyonun havada meydan getirdiği i iyonizasyon, i absorbe b b olan l enerji ji ile il orantılıdır. orantılıdır tld . Suda Absorbe Doz Tayini y Kullanıcıda suda absorbe doz Bragg Bragg--Gray bağıntısı kullanılarak tayin edilir: Dw,u = Dair,u (Sw,u) Kullanılan iyon odası özelliklerine göre ‘perturbasyon faktörü’ (Pu) düzeltmesi yapılır: Dw,u w u((Peff))= Dair,u air u ((Sw,air w air) Pu Değerler yerine konursa: Dw,u(Peff)= ) Mu ND (Sw,air) Pu BİRİMLER TÜRK RADYASYON ONKOLOJİSİ DERNEĞİ Radyofizik Kursu 11-12 Haziran 2010 DOZ BİRİMLERİ TÜRK RADYASYON ONKOLOJİSİ DERNEĞİ Radyofizik Kursu 11-12 Haziran 2010 1956 da ICRU (İnternational Commision on Radiological Units and Measurements ) tarafından radyasyon miktarı birimi (exposure dose) olarak “röntgen” ve absorbe doz birimi olarakta ( Radiation Absorbe Dose ) “ rad ” kabul edildi. edildi Röntgen birimi ile rad birimini birbirinden ayırmak gerekir. gerekir Rad ve röntgen birimlerinin basit şematik izahı röntgen rad Biyolojik y j materyal y Kabaca izah etmek ggerekirse;; ışının ş bir materyalden y ggirip, p, arkasından çıkan ışınların akısı röntgen, materyal tarafından absorblanan doz da rad’ dır. Röntgen : x-ışınlarının ve γ ışınlarının miktarı olup, h havanın 0 001293 gramında 0,001293 d tanecik t ik şeklinde kli d ki emisyonun katılması ile meydana gelen iyonların taşıdığı her iki işaretteki ( ± ) elektrik miktarı bir esb ( elektrostatik yük birimi ) ne eşitse radyasyon miktarı 1 röntgen’ dir. ( 1 cm³ hava, standart şartlarda 0º C ve 760 mm Hg basıncı 0.001293 gr’ dır. ) Wilhelm Röntgen ilk x-ışını görüntüsü WR in eşinin sol eli İ İyonlaştırıcı Radyasyonun Ölçülmesi Ö ; Şekil * de idealize bir durum göz önüne alınmış olup radyasyon gösterilen hava hacmi içinden geçerken fotoelektrik, compton ve eğer radyasyon enerjisi yeter derecede yüksek ise çift teşekkülü gibi absorbsiyon olayları meydana gelir. Meydana gelen elektronlar havada iyonizasyon yaparak hem pozitif hemde negatif p g iyonlar y meydana y ggetirir. Elektron plakları arasına uygun bir voltaj uygulandığı taktirde iyonlar tekrar birleşemeyeceğinden radyasyon geçişi ile serbest hale geçen elektrik yükü ölçülebilecektir. Şekil * : İyonlaştırıcı radyasyonun ölçülmesi “Exposure rate” demet içindeki radyasyonun bir ölçüsüdür. + Bir hacim içindeki atomlarla radyasyonun etkileşmesi sonucu meydana gelen iyonizasyon ölçülür kaynak Demeti sınırlayan diyafram “Absorblanmış Absorblanmış Doz Doz” demetten ayrılan radyasyonun bir ölçüsüdür. Rad : Absorbe edilen enerjinin bir ölçüsüdür. Rad; gram başına 100 erg’lik bir enerji absorbsiyonu meydana getiren herhangi bir radyasyon miktarı olarak tanımlanır. Bu tanımlama parçacıklı veya foton olarak herhangi bir radyasyon ve maddeye daha fazla bir niteliğe ihtiyaç olmadan uygulanır. Hava içinde 1 röntgenlik ışınlama dozu gram başına 0.88 rad’lık absorblama dozu meydana getirir. 3 MeV’tan daha yüksek enerjilerdeki radyasyonlar için ve nükleer ppartiküller için ç “ kerma ” ( from kinetic energy gy relased in material)) nın kullanılması önerilir. Kerma; Işınlanan materyal tarafından serbest bırakılan enerjidir. Kerma , rad birimine benzer. Bu birim sadece maddeye verilen enerjiyi ji i ihtiva ihti etmeyip t i aynı zamanda d ışınlama l esnasında d yüksek ük k enerjili partiküller tarafından madde içinde meydana getirilen ( bremsstrahlung ) bremss ışınları tarafından verilen enerjiyi de ihtive eder. Bremss ışınları, ışınları yüksek enerjili tedavilerde, tedavilerde tedaviye katkısı az olduğundan klinik uygulamalarda ihmal edilir. B nedenle rad vee kerma birimi birbirlerine eşdeğerdir. Bu eşdeğerdir Cema; Birim kütle başına değişen enerjinin kısaltmasıdır.. Bu elektron ve protonlar gibi direk kısaltmasıdır iyonizan radyasyonlara uygulanabilen nonnonstokastik k ik bir bi değerdir d değerdir. di . ¾ Rem ; ¾ Suyun 1 mikronunda ortalama olarak 100 y ççifti f meydana y getirecek spesifik g p f iyon iyonizasyona sahip olan x-ışınının 1 rad’ının aynı biyolojik etkisini meydana getiren herhangi bir radyasyonun absorbe olan miktarıdır. miktarıdır. ¾ ¾ ¾ REM; Radyasyonun y y biyolojik y j etkisi sadece ortalama doku dozu rad’a bağlı olmayıp ¾ * LET ( Lineer enerji transferi) transferi)’ ne * doku d k içindeki i i d ki dozun d ddağılımına ğl * verilen doz miktarına * dozun verilme sayısına ( fraksi fraksiyo yonasyon nasyon)) ¾ gibi parametrelere de bağlıdır. bağlıdır. ¾ ¾ Aynı zamanda rem birimi; * absorbe doz ( rad ) ile * nispi biyolojik etkiye ( RBE ) bağlıdır. bağlıdır Doz eşdeğeri ( RBE Dozu) Biyolojik etkinin sadece absorblanmış radyasyon dozuna bbağlı ğ oolma zorunluluğu o u u uğu yo yoktur. u . O halde de hem e bbiyolojik yo oj hemde e de fiziksel faktörleri içine alan bir radyasyon birimine ihtiyaç vardır. Fiziksel bir miktar olarak rad cinsinden ölçülen absorblanmış dozu, radyasyon dozuna biyolojik cevaba katacak bir veya daha fazla faktörlerle çarpmak suretiyle radyasyon dozunun ölçülmesi düşünülebilir. düşünülebilir Bu düşünceyi; ** Doz eşdeğeri ş ğ ( DE ) = Absorblanmışş Doz ( rad ) * Biyolojik y j Faktör şeklinde ifade edebiliriz. Doz eşdeğerine aynı zamanda “RBE RBE dozu dozu” adı da verilir Doz eşdeğer ş ğ birimi rem dir. Röntgen biriminin k lt l kısaltılmış şeklidir. klidi insan RBE;; x-ışınları γ ve β tanecikleri için 1, nötronlar için 10’dur. eşdeğerinin LET ; Elektrik yüklü bir parçacık madde içinden geçtiği zaman,yolu boyunca atomlarla etkileşmesi sonucu enerjisini kaybeder. Parçacık tarafından kaydedilen enerji atomlara f edildiğinden, ğ pparçacığın ç ğ ggeçtiği ç ğ birim yyol uzunluğu ğ transfer başına kaybettiği enerjiye “ Lineer enerji transferi ( LET ) ” adı verilir ve genellikle mikron başına kiloelektronvolt yani K V/ cinsinden KeV/μ i i d ölçülür. l l RBE değerleri d ğ l i LET değerine d ğ i bağlı b ğl olduğundan ld ğ d radyasyonun d temel etkisinin bir indisini verir. O halde LET değeri yüksek olan parçacıkların RBE değeride büyük olacaktır. Fakat RBE değerleri sadece radyasyonun cinsine bağlı olmayıp göz önüne alınan biyolojik etkiye de bağlıdır. RBE değerlerinin sadece radyasyonun cinsine i i bağlı b ğl değil d ğil aynı zamanda d göz ö önüne ö ü alınan l bi l jik biyolojik etkiye bağlı olması nedeni ile RBE değerlerinin maksimum müsade denilen dozların tayininde kullanılması pratik bakımından uygun olmayacağından çeşitli LET değerleri tarafından meydana getirilen biyolojik etkiler arasındaki farkları düzeltmek amacıyla ICRU tarafından “Kalite Faktörü ( KF) ” terimi önerilmektedir. LET ve KF değerleri arasındaki bağıntı LET ( su içinde KeV/μ ) KF 3.5 veya daha az 3.5 - 7.0 7.0 – 23 23 – 53 53 – 175 1 1–2 2–5 5 - 10 10 – 20 RBE / Kalite Faktörü (QF) Radyasyonun tipi Kalite faktörü X-ışınları,gamma ışınları,beta ışınları 1 Termal nötronlar 5 Nötronlar 5-20 Protonlar, recoil protonlar, E > 2MeV 5 Alfa ve ağır çekirdekler 20 Matematik olarak: Doz Eşdeğeri DE DE(Sievert) = H(Sv) ≡ D(Gy) . RBE Q [ Eski birim: H(rem) ≡ D(rad) . RBE] Maksimum müsade edilen dozların tanımlanmasında kullanılan kalite faktörü değerleri ğ Radyasyon Cinsi x-ışınları; gamma ışınları;elektronlar ve maksimum enerjileri 0.03 MeV’den büyük beta ışınları maksimum enerjileri 0.03 MeV’den büyük olmayan beta ışınları 10 MeV’e kadar enerjili nötronlar ve protonlar Kalite faktörü 1.0 1.7 10 Gözlerin ışınlanması h li d KF=30 halinde KF 30 ddur Doğal olarak meydana gelen alfa lf parçacıkları kl 10 Ağır geri tepme çekirdekleri 20 Aktivite ; Bir radyoaktif izotopun birim zaman içinde parçalanma sayısıdır. Parçalanmanın boyutları olmadığı için aktivite sn başına ölçülür. Aktivite birimi “Curie (Ci) ” olarak ifade edilir. edilir 1 Ci; 1 ggramlık Ra-226 nın sahipp olduğu ğ aktivite miktarıdır. 1977 yılında ICRU , SI ( The International system of Units ) birimlerinin kulllanılmasını tavsiye etmiştir. etmiştir SI birimleri eski sisteme uygundur. Doz değerleri ve eski birimler ; Aktivite “Curie”, exposure “ Röntgen” , absorbe doz “rad” ve eşdeğer d “rem” doz “ ” dir. di Yeni birimler ise Aktivite “Becquerel”, exposure “Coulomb/kg” , absorbe doz “Gray” ve eşdeğer doz “Sievert” dir. Ölçü(miktar) SI birimi Eski birim(sembol) Eski/Yeni Birim Birbirleri ile İlgisi ------- C / kg Röntgen ( R ) 1 R = 2.58.10 -4 Absorbe doz Gray ( Gy ) j / kg Rad ( rad ) 1 rad = 0.01 Gy Eşdeğer doz Sievert ( Sv) j / kg Rem ( rem ) 1 rem = 0.01 Sv Aktivite Becquerel ( Bq ) sn ¯¹ Curie ( Ci ) 1 Ci = 3.7 . 10 Exposure Yeni Birim(sembol) Birim sistemlerinin özeti Z Z Z Z Z İLGİYLE DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER
