PowerPoint Sunusu

Nötronlar kinetik enerjilerine göre
aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar
•
•
•
•
Termal nötronlar (0.025 eV)
Orta enerjili nötronlar (0.5-10 keV)
Hızlı nötronlar (10 keV-10 MeV)
Çok hızlı nötronlar (10 MeV’in üzerinde)
Nötronların Madde İle Etkileşimi
• Nötronlar nispeten büyük olan kütlelerine karşın yüksüz
olduklarından madde içine kolayca nüfuz ederler ve bir
atomun elektron yapısından geçebilirler.
• Nötronlar ancak bir çekirdeğe çarpmayla durdurulurlar.
• Her türlü madde içindeki erişme uzaklıkları fazladır.
• Enerjilerine bağlı olarak madde ile 4 farklı yolla
etkileşirler.
Nötronların Madde İle Etkileşimi
•
•
•
•
1- Esnek (elastik) çarpışma
2- Esnek olmayan (inelastik) çarpışma
3- Yakalanma olayı
4- Fisyon olayı
1- Esnek (elastik) çarpışma
• Hızlı nötronlar için en önemli enerji kaybı esnek çarpışmadır.
• Nötron, atomun nukleusu ile çarpışır.
• Nötronlar böyle bir çarpışmada başlangıçtaki kinetik
enerjisinin büyük bir kısmını çekirdeğe aktarır.
• Nötron enerjisinin kaybıyla başka bir yönde hareket eder.
Gelen
Nötron, Eo
Nukleus
Nötron, E’
• Çekirdeğin kütlesi ne kadar küçükse kinetik
enerjisinin büyük bir kısmını alır.
• Elastik çarpışmalarda hidrojen gibi hafif
çekirdekli atomlar hızlı ve çok hızlı nötronların
enerji kaybında en etkili atomlardır.
Gelen
Nötron, Eo
Nukleus
Nötron, E’
2- Esnek olmayan (inelastik) çarpışma
• Ancak 1 MeV’in üstündeki enerjiye sahip olan hızlı nötronlarla
olabilir.
• Nötron anlık olarak nukleus tarafından yakalanır.
• Burada çarpışmadan sonra saçılan nötron, gelen nötrondan
daha az enerji taşır ve yoluna devam eder.
• Çekirdek uyarılmış duruma geçer ve gama ışınları yayarak veya
iyon çiftleri oluşturarak kararlı hale geçmeye çalışır.
g-ışını
Gelen
Nötron
Nukleus
Saçılan
Nötron
3- Yakalanma (nötron soğurulması)
olayı
Nötron, absorblayıcı materyalin nukleusu tarafından yakalanır.
Sadece g-ışını yayınlanır.
Yakalanma olasılığı nötronların enerjisi ile ters orantılıdır.
Düşük enerjili (termal nötronlar) nötronlar daha yüksek
yakalanma olasılığına sahiptir.
g-ışını
Termal
Nötron
Nukleus
Na23
Na24
4-Fisyon olayı
Her nötron enerjisinde mümkündür, ancak ısıl
enerjilerde (0.025 eV) daha olası bir reaksiyondur.
Gelen nötron çekirdekte tutulduğunda nötronun
bağlanma enerjisi çekirdeğin fisyon engel yüksekliğini
aşıyorsa fisyon gerçekleşir.
Nötronlar nerede kullanılır
1. Kanser tedavisinde
2. Radyoterapi ve görüntüleme amacıyla radyoaktif
izotop üretiminde
3. Bilinmeyen elementlerin yapısının ve
kompozisyonunun analiz edilmesinde
4. Nükleer enerjide
Nötronların radyoterapide kullanımı
• Nötronlar iyi bir tümör öldürme yeteneğine sahiptir.
• Nükleer etkileşimle başlıca olarak doku hasarı oluşturur.
• Nötronlar yüksek LET li radyasyonlar olup yüksek
biyolojk etkiye sahiptir.
Avantajları
Tümörün onarım şansı daha azdır
Genellikle daha düşük doz gerekir
Radyasyona karşı dirençli tümörler için oldukça etkindir.
İyonizasyon ve Eksitasyon
• Yüksek enerjili radyasyonların madde ile
etkileşimlerinde, enerji transferi için iki
mekanizma vardır.
• Bunlar; iyonizasyon ve eksitasyondur.
• İyonizasyonda yörünge elektronları
molekülden fırlar.
• Eksitasyonda ise elektronun bir üst yörüngeye
geçmesi söz konusu olur.
• İyonizasyon, iyonların meydana geliş olayıdır.
• İyonlaştırıcı olay, bir atomdan koparılmış
elektronlarla geriye kalan pozitif iyondan
meydana gelen (bir iyon çifti) olay olarak
nitelendirilir.
Koparılan elektron
Pozitif iyon
• Yüksek enerjili radyasyonların madde ile
etkileşimlerindeki iyonizasyonda oluşan sekonder
elektronlar yollarının sonuna doğru iyonizasyondan
daha ziyade eksitasyona sebep olurlar.
• Radyasyonun bir elektronu koparacak enerjiye
sahip olmadığı durumlarda eksitasyon primer
olaydır. Bir elektronun, molekülün üst enerji düzeyli
orbitallerine geçmesi ile o molekül elektronik
olarak eksite olmuştur.
Foton ve hafif partiküllü radyasyonlar
• 1 MeV lik gama fotonlarının compton olayında
fırlattığı elektronlar ortalama 400 keV lik
enerjiye sahiptir.
• Compton olayındaki saçılmayla ve fotoelektrik
etkiyle oluşan elektronlar daha sonraki
iyonizasyon ve eksitasyona sebep olurken beta
partikülleri gibi hareket eder.
• Bu iyonizasyon işlemlerinin hepsi elektronları
üretir ve hedef materyalin (+) yüklü iyonlarını
verir. Ayrıca eksite molekülleri de verir.
M
M+ + e- veya (M+)* + eRadyasyon
M*
M
Radyasyon
• Elektronlar, sonunda maddenin başlıca
bileşenlerinin en düşük iyonizasyon veya
elektronik eksitasyon seviyesinin altına
ulaşırlar. Bu ‘sub-eksitasyon elektronları’ çok
daha yavaş enerji kaybederler.
Radyoliz müddetince olayların dizilimi
• Radyoliz, maddenin iyonlaştırıcı radyasyonla
kimyasal bozunmaya uğrayarak iyonlara,
yüksek enerjili atom ve moleküllere ayrılması
• Madde ile radyasyonun etkileşmesi sonucu
meydana gelen kimyasal ve fiziksel olayların
sürelerini vermek mümkündür.
• İyonizasyon ve eksitasyon 10-17-10-16 saniye
• Eksite durumların gevşemesi 10-15-10-13 saniye
• Molekül titreşim periyodu 10-14 saniye
Lineer Enerji Transferi (LET)
• Radyasyonun birim yol boyunca kaybettiği
enerjidir. Her µm başına keV olarak bırakılan
enerji miktarıdır.
• Birimi keV/µm dir.
• LET partikülün ağırlığı ile artar ancak hızı ile
azalır.
LET
α
X-RAYS
• LET, her radyasyon tipinde farklıdır.
Lineer Enerji Transferi
Biyolojik hedefin büyüklüğü ile ilgili olarak iyon
kümelerin ayırımı
Düşük LET
Radyasyonu
Gama ışınları
İleri tedavi
X-ışınları
yumuşak X-ışını
alfa-partikülü
Yüksek LET
Radyasyonu
Düşük LET li radyasyonların
biyolojik dokulardaki hasarları:
Dolaylı yolla olmaktadır
Yüksek LET li radyasyonların
biyolojik dokulardaki hasarları:
Doğrudan olmaktadır
Hücre sağ kalımı ve LET arasındaki ilişki
Düşük & Yüksek LET‘li radyasyonların
Etkileşimi
Doğrudan Etkileşim
Dolaylı Etkileşim
DNA üzerine iyonizan radyasyonun
direkt ve 4indirekt
etkisi
of
nm
foton
Ionizing Radiation on DNA
H2O
OH
.
ep+
İNDİREKT ETKİ
foton
R.
ep+
2 nm
DİREKT ETKİ