RADYOTERAPİ FİZİĞİ Dr. Hüseyin TEPETAM

RADYASYON FİZİĞİ Atomun yapısı Temel terimler Radyasyon türleri Radyasyonun madde ile etkileşimi

Atomun yapısı Atom, bir elementin bütün kimyasal özelliklerini taşıyan en küçük birimidir. Dairesel yörüngeler üzerinde dolaşan negatif yüklü elektronlarla, pozitif yüklü çekirdekten oluşmaktadır Çekirdek, pozitif yüklü protonlarla, nötr olan nötronlardan oluşur. İkisinin toplamı atomun kütle numarasını verir. Proton sayısı atom numarasını (Z) verir. Çekirdeğin çevresinde proton sayısı kadar elektron bulunur

NOBEL

RADYASYON FİZİĞİ Atomun yapısı Temel terimler Radyasyon türleri Radyasyonun atomla etkileşimi Tedavide kullanılan teknik malzemeler

Temel terimler Radyoaktivite: Maddenin herhangi bir dış etki altında kalmaksızın kendiliğinden yüksek enerjili ışınlar yaymasıdır. ilk olarak Fransız Fizikçi Henry Becquerel tarafından 1896 yılında saptanmış, çok geçmeden Pierre ve Marie Curie Polanyum ve Radyum’u keşfetmiştir. Daha sonra sayıları artan bu elementlere radyoaktif madde denmiş. Tüm radyoaktif elementler Uranyum, Thorium, Aktinium ve Neptunium’dan oluşmaktadır. Tüm bu elementler peryodik cetvelin atom numarası Z=81-95 arasında yer alırlar.

Temel terimler Radyoaktif bozunma: Bir çekirdek kendiliğinden radyoaktif olarak bozunarak alfa parçacığı (2He4), beta parçacığı (bir elektron) veya gamma ışını (bir foton) yayınlayarak uyarılmış bir enerji düzeyinden kurtularak daha kararlı duruma geçerler, böylece yeni çekirdeklerin oluşmasına yol açarlar

Temel terimler Radyasyon Yüksek hızda parçacık ve elektromanyetik dalgayı taşıyan enerjidir. Bizler hayatımızın her evresinde elektromanyetik dalgalara maruz kalmaktayız. Bunlar; ışık, radyo televizyon dalgaları, ultraviole ve mikrodalgalardır. Bu elektromanyetik dalgalar atomdan elektron koparmaya yetecek enerjiye sahip olmadıklarından atomda iyonizasyona neden olamazlar.

Temel terimler İyonizan radyasyon: enerjisi yeterli olan radyasyondur. Böylece atomdan elektron koparabilir ve atomu yükleyebilir. (Ör: gamma ışınları, x ışınları) Non-iyonizan radyasyon: enerji yeterli olmadığından atomdan elektron koparamaz ve iyonizasyona neden olamaz (Ör: mikrodalga, görünen ışık)

Temel terimler Doz: genel bir terimdir. Bazı maddelerin belirli bir birimde toplanan iyonizan radyasyonun enerji miktarının ölçümüdür. Absorbe dozun birimi Gray’dir (Gy). Gray: bir gray, maddenin 1 kg’da 1 joul’lük enerji bırakan radyasyon miktarıdır. Röntgen: havadaki x ışını ve gamma ışınının miktarını açıklamak için kullanılır. Bir röntgen kuru havanın 1 kilogramında 2.58x10-4 coulombs birikmeye eşdeğerdir.

RADYASYON FİZİĞİ Atomun yapısı Temel terimler Radyasyon türleri Radyasyonun atomla etkileşimi Tedavide kullanılan teknik malzemeler

Radyasyon türleri Elektromanyetik Radyasyonlar 1) X ışınları 2) Gama ışınları Partiküler (Parçacık) Radyasyonlar 1) Elektronlar 2) Protonlar 3) Alfa partikülleri 4) Nötronlar 5) Ağır yüklü iyonlar (Karbon, Neon, Argon, Demir)

Radyasyon türleri Elektromanyetik radyasyonlar Elektromanyetik radyasyon birbirine dik yönde hareket eden elektrik (E) alan ve manyetik (H) alan bileşenlerinden oluşmaktadır. Enerjinin etkinliği frekans ile doğru, dalga boyu ile ters orantılıdır. X ve gama (Y) ışınları özelikleri açısından benzerdir ancak meydana geliş şekilleri farklıdır.

Elektromanyetik radyasyonlar Radyasyon türleri Elektromanyetik radyasyonlar MİKRODALGA X ve GAMA GÖRÜNÜR IŞIK KIZIL ÖTESİ RADYO DALGALARI

Radyasyon türleri X ışınları: Alman Fizikçi Wilhelm Röntgen tarafından 1895 yılında keşfedilmiştir. X ışınlarının elde edilmesinde sıcak katotlu röntgen tüpleri kullanılır. Basıncı düşürülmüş bu tüplerin içine katot ve erime sıcaklığı yüksek bir anot yerleştirilir. Yüksek gerilim verildiğinde katodu terk eden hızlı elektronlar anota çarparak x ışınlarını oluşturur. Dalga boyları küçük girginlik derecesi fazla olan x ışınları sert, dalga boyu büyük girginlik derecesi az olan x ışınları yumuşak ışın kabul edilir Düşük enerjili x ışınları (50-500 KV); röntgen cihazlarında elde edilir daha çok teşhiste kullanılır Yüksek enerjili x ışınları (4-25 MV); linear hızlandırıcılardan elde edilir ve tümör tedavisinde kullanılır.

Radyasyon türleri - + X-Işını X ışınları: çekirdekten salınmaz. Basıncı düşürülmüş yüksek gerilim uygulanan elektromanyetik x ışını cihazlarında elde edilir. - + X-Işını

Radyasyon türleri Gamma ışınları (Y): Radyoaktif bir çekirdeğin kararlı hale geçmesi için parçalanması sırasında açığa çıkan fazla enerjinin çekirdekten dışarı atılması sonucunda oluşur (Cobalt 60)

Radyasyon türleri Co-60 Bozulma Şeması: 27 CO-60 28 Nİ-60 2.81MEV BETA IŞINI=0.31MEV 2.50MEV GAMA IŞINI=1.17MEV 1.33MEV GAMA IŞINI= 1.33MEV GAMALARIN ORTALAMA ENERJİSİ 1.25 MEV OLUP 28 Nİ-60 . RADYOTERAPİDE BU IŞINLAR KULLANILIR.

Radyasyon türleri Partiküler radyasyonlar (parçacık) Alfa parçacıkları: atomun çekirdeğinden salınır. Uranyum, radyum, toryum gibi elementlerin parçalanması ile çekirdek tarafından dışarı atılan 2 proton 2 nötrondan oluşan bir helyum çekirdeğidir. Beta partikül: atomun çekirdeğinden salınan elektrona eşdeğer yüksek hızlı bir partiküldür.

Radyasyon türleri Partiküler radyasyonlar (parçacık) Elektronlar: Küçük, negatif yüklü parçacıkladır Lineer hızlandırıcılar ve betatronlarda hızlandırılarak kullanılırlar. Protonlar: Elektronlardan 2000 kat daha fazla kütleye sahip (+) yüklü parçacıklardır. Kütleleri nedeni ile hızlandırılmaları için oldukça karmaşık makineler gerekir (siklotron). Tedavide kullanılmaları pahalı ve komplekstir.

Radyasyon türleri Partiküler radyasyonlar (parçacık) Nötronlar: Kütleleri proton ile benzer. Yüksüz parçacıklardır Ağır radyoaktif atom çekirdeklerinin fizyonu sırasında yayımlanırlar Nükleer reaktörlerde üretilirler Uzaydaki radyasyonun ana komponentidir

Radyasyon türleri Partiküler radyasyonlar (parçacık) Ağır yüklü parçacıklar: Karbon, neon, argon gibi elementlerin çekirdekleridir Tedavi amaçlı kullanılmaları için binlerce milyon volt seviyesinde hızlandırılmaları gerekir Oldukça gelişmiş özel birkaç merkezde kullanılmakta Uzay yolculuklarında astronotların maruz kaldığı radyasyon

RADYASYON FİZİĞİ Atomun yapısı Temel terimler Radyasyon türleri Radyasyonun atomla etkileşimi Tedavide kullanılan teknik malzemeler

Radyasyonun atomla etkileşimi Fotonlar elektromanyetik kuvvet taşıyıcılarıdır ve madde ile iyonlaşmayla ve ortama enerji depolamayla etkileşme yaparlar Gama ışınları atomun elektronları ile etkileşmelerinde enerjisinin büyük bir kısmını hatta tamamını bir tek olayda kaybedebilir

Radyasyonun atomla etkileşimi Radyasyonun dedeksiyonu, nükleer dedektörlerin geliştirilmesi ve dizaynı, radyasyondan korunma ilkelerinin belirlenmesi, yaşayan organizmalarda radyasyonun biyolojik etkilerinin incelenmesi gibi alanlarda kullanılmasına temel oluşturur. Foton enerjisinin absorblanması sırasında; FOTOELEKTRİK OLAY KOMPTON SAÇILMASI ÇİFT OLUŞUM KOHERENT SAÇILMA FOTODİSENTEGRASYON olayları gerçekleşir

Radyasyonun atomla etkileşimi Fotoelektrik olay: Foton atomun en iç yörüngesindeki sıkı bağlı orbital è ile etkileşir. Gelen foton enerjisinin tümünü elektrona aktarır ve è’u bağlanma enerjisinden daha düşük bir enerji ile atomdan koparır. Oluşan boşluk üst orbitallerdeki veya ortamdaki serbest è tarafından doldurulur. Bu sırada elektronların enerji seviyesindeki değişiklik x-ışını olarak yayımlanır (Karakteristik x-ışınları). 0.5 MV’a kadar görülür Atom numarasına (Z) baglıdır e- X-ray

Foton Radyasyonun atomla etkileşimi Compton saçılması: foton enerjisi geçtiği ortamdaki atomun en dış yörüngesindeki zayıf bağlı elektronla etkileşir elektronu yerinden kopararak radyoaktif enerji oluşturur X-ray e- 0.5-1.022 MeV arası görülür. Atom numarası (Z) den bagımsızdır

Radyasyonun atomla etkileşimi Çift oluşum: foton enerjisi atomun çekirdeğine tüm enerjisini vererek negatif ve pozitif elektronlardan oluşan bir çift meydana getirir. Radyoterapide kullanılan enerjiler çift oluşum olayını yaparak etkinliklerini ortaya koyarlar e+ pozitron X-ray e- elektron 1.022 MeV üzeri