Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Metody Fizyki Jądrowej w Środowisku Przyrodzie i Medycynie Metody radioznacznikowe, izotopowa aparatura diagnostyczna, defektoskopia Przygotował: inż.Tomasz.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Metody Fizyki Jądrowej w Środowisku Przyrodzie i Medycynie Metody radioznacznikowe, izotopowa aparatura diagnostyczna, defektoskopia Przygotował: inż.Tomasz."— Zapis prezentacji:

1 Metody Fizyki Jądrowej w Środowisku Przyrodzie i Medycynie Metody radioznacznikowe, izotopowa aparatura diagnostyczna, defektoskopia Przygotował: inż.Tomasz Nazaruk Prowadzący: prof. dr hab. Jan Pluta

2 F3 - Wstęp: Znaczniki są to substancje chemiczne o różnym stopniu złożoności, które można łatwo wykrywać w celu badania procesów fizycznych, chemicznych czy biologicznych, zachodzących w różnych układach. Układami takimi mogą być różnego rodzaju urządzenia przemysłowe lub ich części, organizmy żywe, a przede wszystkim rozmaite systemy transportujące ciecze i gazy. W tym bardzo często ludzie Kanalizacje, gazociągi itd. itp. Podstawowe wymagania postawione przed znacznikami to: a) Reprezentatywność - Posiadanie takich samych (lub podobnych ) cech fizykochemicznych jakie posiada śledzona substancja. b) Posiadanie pewnych cech indywidualnych - takich które w sposób jednoznaczny i łatwo zauważalny odróżniałyby je od badanej substancji, nawet przy ich śladowych ilościach, tak aby dało się je wykrywać, oraz określać ich udział ilościowy. Dawniej stosowano znaczniki które wyróżniały się kolorem od badanej substancji Używano ich głównie przy śledzeniu przepływów substancji ciekłych: wody, czy ścieków. Jednak był to sposób dość prymitywny i dlatego też w oparciu o współczesne technologie stworzono nowy lepszy pod każdym niemal względem (z wyjątkiem radioaktywności) rodzaj znacznika tzw. Radioznacznik.

3 F3 - Wstęp: W dzisiejszych czasach możemy zaobserwować znaczący wzrost liczby zastosowań promieniotwórczości, zwłaszcza w: dziedzinie chemii, biologii, w medycynie, archeologii, naukach o Ziemi i Wszechświecie jak również w przemyśle spożywczym. Przy czym, jednym z ważniejszych jej zastosowań było użycie izotopów pierwiastków do znaczenia badanych substancji. Radioznaczniki - są to znaczniki uzyskane z izotopów promieniotwórczych. Dzięki łatwej detekcji nawet bardzo małych ich ilości, możliwości dość dokładnego szacowania ilości znacznika w danym punkcie pomiarowym oraz – w przypadku stosowania jako znacznika izotopu promieniotwórczego pierwiastka występującego w śledzonej substancji – dzięki własnościom chemicznym identycznym z własnościami badanej substancji, mają szersze zastosowanie. Są one też często określane jako atomy znaczone. Znaczniki te są łatwo wykrywalne dzięki emitowanemu przez nie promieniowaniu, a w szczególności promieniowaniu gamma! Dziś nie można sobie wyobrazić nowoczesnej produkcji przemysłowej bez izotopowych mierników grubości, defektoskopów, analizatorów gęstościomierzy itp. Funkcjonowanie nowoczesnej gospodarki bez udziału technik jądrowych byłoby niemożliwe.

4 F3 - Kilka słów o otrzymywaniu radioznaczników: 1) Jedną z podstawowych metod wytwarzania radioznaczników jest aktywacja neutronowa. Jest ona stosowana do wytwarzania, mniej więcej 80% wszystkich z pośród około 30-stu stosowanych najczęściej radioznaczników. Jej dominacja wśród innych metod wytwarzania radioznaczników, bierze się z łatwości i ekonomiczności procesu otrzymywania radioznaczników. Proces ten przebiega w reaktorach jądrowych. Polega on na umieszczeniu materiału który ma stać się materiałem izotopowym w strefie narażonej na działanie szybkich lub termicznych neutronów. Neutrony bombardując materiał naszej próbki wnikają do jąder atomowych co powoduje tworzenie się izotopów. Za pomocą tej metody możemy uzyskać izotopy wielu różnych pierwiastków w tym np.: 24 Na, 41 Ar, 60 Co, 82 Br. 2) Innym sposobem otrzymywania radioznaczników jest metoda wykorzystująca generatory radionuklidów. Używa się w niej gotowego izotopu o długim czasie życia, który podczas rozpadu tworzy radionuklidy. 3) Kolejną metodą jest aktywacja cząstkami naładowanymi z akceleratora bądź cyklotronu. Za pomocą tej metody możemy uzyskiwać bezpośrednio aktywację powierzchni części, która ma być badana. Metoda ta pozwala nam na otrzymanie np.: 7 Be, 22 Na, 52 Fe, 123 I.

5 F3 - Kilka słów o otrzymywaniu radioznaczników: 4) Dodatkową metodą uzyskiwania radioznaczników jest wykorzystanie reakcji rozszczepienia. Proces otrzymywania izotopów podobnie jak w poprzedniej metodzie zachodzi w reaktorach atomowych, ze względu na to, że zachodzi tam reakcja rozszczepienia. Rozszczepianym pierwiastkiem jest uran. W wyniku reakcji rozpada się on na dwie(zwykle nierówne) części. Jest to również bardzo ekonomiczny sposób otrzymywania izotopów, gdyż uzyskujemy je niejako z odzysku z wypalonego paliwa jądrowego, wyodrębniając z niego przydatne dla nas części np.: 85 Kr, 90 Sr, 131 I, 137 Cs, 147 Pm

6 F3 - Wstęp do wykorzystania radioznaczników: Znakowanie izotopami promieniotwórczymi jest bardzo ważnym narzędziem w rękach chemików, jest to możliwe na skutek tego, że izotopy radioaktywne mają identyczne własności ze swoimi trwałymi odpowiednikami. Radioznaczniki przydają się podczas miareczkowania, badania reakcji wymiany typu AX* + BX AX + BX*. Pozwalają one również, znacznie dokładniej niż kiedyś badać mechanizmy wieloetapowych reakcji chemicznych, rozpuszczalność ciał trudno rozpuszczalnych oraz nadają się do mierzenia małych prężności par. Wielu przełomowych odkryć naukowych w drugiej połowie dwudziestego wieku dokonano dzięki wykorzystaniu promieniotwórczości m.in. odkryto funkcjonowanie genotypu, metabolizm komórek, fotosyntezę, mechanizm wysyłania chemicznych informacji wewnątrz organizmu. hormony, neuromediatory Fotosynteza Spirala DNA

7 F3 - Wykorzystanie radioznaczników: 1) Dość nietypowym wykorzystaniem radioznaczników, jest ustalanie wieku badanego obiektu na podstawie procentowej zawartości danego izotopu w jego wnętrzu. Nietypowość ta polega na tym że nie musimy tutaj sami nic znakować, ponieważ badane materiały zawierają śladowe ilości izotopów naturalnych. Znając ich czas połowicznego rozpadu, oraz ich procentowy udział w atmosferze w danym okresie jesteśmy wstanie określić wiek badanej substancji. Zresztą byłoby to niemożliwe! 2) W metaloznawstwie znacznikowanie wykorzystuje się do badania zjawisk związanych z dyfuzją, korozją, erozją i ścieraniem. Badany obiekt zwykle znakuje się bezpośrednio za pomocą aktywacji cząstkami naładowanymi. Po wykonaniu obmiarów w pewnych odstępach czasu uzyskuje się dane dotyczące przemieszczania się znacznika, zmniejszenia się grubości znaczonej warstwy itp. Pozwalają one badać wymienione wyżej zjawiska.

8 F3 - Wykorzystanie radioznaczników:- szczelność gazociągów - wstęp 3) Trochę więcej miejsca trzeba poświęcić wykorzystaniu radioznaczników w badaniu defektów oraz nieszczelności instalacji. Historycznie jest to jedno z pierwszych zastosowań znaczników promieniotwórczych w przemyśle, zwłaszcza chemicznym i petrochemicznym. Obecnie znaczniki takie wykorzystuje się do kontroli szczelności także innych układów, takich jak zbiorniki, rurociągi, kanały ściekowe, kable telefoniczne itp. Ogólna zasada metody polega na wprowadzeniu do instalacji odpowiedniego znacznika, mieszającego się z gazem lub cieczą wypełniającą instalację. Jeżeli w ściankach układu występują nieszczelności, medium, razem ze znacznikiem, wycieka, tworząc radioaktywne, łatwe do wykrycia plamy. Aby uniknąć rozprzestrzeniania się plam oraz skażenia, stosuje się znaczniki w postaci związków chemicznych silnie adsorbowanych w ośrodku otaczającym instalację – najczęściej w ziemi lub materiałach izolacyjnych, gdy zaś zachodzi taka potrzeba instalację okleja się specjalnymi adsorbentami w miejscach spodziewanej nieszczelności. Po iniekcji znacznika i upływie pewnego czasu dokonuje się obmiaru promieniowania w otoczeniu badanego obiektu. Znacznikiem promieniotwórczym stosowanym często w takich badaniach jest gazowy bromek metylu (CH 3 82 Br), który można wygodnie wytwarzać w przenośnym reaktorze chemicznym, w którym reaguje radioaktywny bromek potasu w środowisku kwasu siarkowego.Oprócz bromku metylu, do wykrywania przecieków wykorzystuje się też rozpuszczalne w wodzie sole, znakowane izotopami 24 Na, 38 Cl lub wspomnianym 82 Br.

9 F3 - Wykorzystanie radioznaczników: 3.1) Pomiar nieszczelności obiektów o małych objętościach nie nastręcza trudności – po prostu całą instalację wypełnia się oznaczonym medium, podwyższa ciśnienie, a po kilkunastu godzinach usuwa się znacznik i dokonuje obmiaru. Miejsca, w których powstały plamy radioaktywne, to nieszczelności. Wykrywa się również szczeliny i pęknięcia, w których osadził się znacznik. 3.2.A) Sprawa staje się bardziej skomplikowana, gdy chce się zbadać szczelność rurociągu o długości wielu kilometrów, zakopanego pod ziemią. W zależności od długości kontrolowanego rurociągu i jego średnicy stosuje się różne sposoby znakowania płynów przepływających przez rurociąg. 3.2.A.1) Znakowanie całej objętości – stosuje się zwykle w badaniach rurociągów raczej krótkich,przy niezbyt dużych przewidywanych nieszczelnościach. Metoda ta jest analogiczna do opisanej powyżej. Po zamknięciu obu końców rury wtłacza się do niej znaczony płyn. Po pewnym czasie utrzymywania znacznika w rurze mierzy się natężenie promieniowania gamma tuż nad powierzchnią ziemi wzdłuż osi rurociągu. Wygodną metodą jest rejestracja wskazań sondy w sposób ciągły, np. za pomocą komputera. W celu ułatwienia dokładnej lokalizacji nieszczelności, reprezentowanych przez piki na wykresie aktywności, wzdłuż rurociągu umieszcza się źródła punktowe, dające wysokie piki, których lokalizacja jest znana, tzw. piki odniesienia.

10 F3 - Wykorzystanie radioznaczników: 3.2.A.2) Znakowanie impulsowe centralne – jak sama nazwa wskazuje, iniekcji znacznika dokonuje się impulsowo w centralnej części badanego odcinka. Detekcję promieniowania przeprowadza się wtedy za pomocą wielu sond rozmieszczonych w określonych odstępach w obu kierunkach od punktu centralnego. W ten sposób można określić kierunek ruchu znacznika unoszonego ku miejscom wycieków. Najczęściej, zależy to tak naprawdę, od usytuowania studzienek 3.2.A.3) Znakowanie impulsowe w kilku punktach – stosuje się w badaniach rurociągów dłuższych niż około 20 km. Pomiary przeprowadza się w sposób podobny jak przy iniekcji centralnej, to znaczy przy pomocy wielu sond rozmieszczonych wzdłuż rurociągu. Jeżeli rurociąg jest długi, a nieszczelność znaczna, niezbędne jest ciągłe dotłaczanie płynu roboczego. 3.2.B) Jeżeli rurociąg zalega zbyt głęboko pod powierzchnią ziemi, to promieniowanie znacznika wypływającego przez nieszczelności nie może być już rejestrowane z powierzchni ziemi. W takich przypadkach zamiast sond powierzchniowych stosuje się układy detekcyjne wprowadzane do rurociągu. 3.2.B.1) Rurociągi krótkie napełnia się płynem roboczym, iniekuje się do niego znacznik, po upływie odpowiedniego czasu rurociąg opróżnia się i przepłukuje. Znacznik który wydostał się przez nieszczelności do otaczającego gruntu wytwarza w nim obszary radioaktywne, które następnie są lokalizowane za pomocą sondy scyntylacyjnej przeciąganej wewnątrz rurociągu. Do kontroli szczelności rurociągów długich opracowano inną metodę!

11 F3 - Wykorzystanie radioznaczników: 3.2.B.2) Metoda dla rurociągów długich - polega ona na hydraulicznym przepychaniu przez rurociąg układu składającego się z tłoków, pomiędzy którymi znajduje się kolejno ciecz aktywna, czysta woda oraz sonda pomiarowo-rejestrująca. Ciecz znaczona jest pod ciśnieniem wymuszonym siłą tarcia pierwszego tłoka o ściany rurociągu. Ciśnienie to powoduje wypływanie znaczonej cieczy przez nieszczelności. Następnie ścianki rurociągu są płukane czystą wodą, tak że sonda rejestruje podwyższoną promieniotwórczość jedynie w miejscach w których ciecz wyciekła poza rurociąg. W połączeniu z wskaźnikiem przebytej drogi (hodometrem), urządzenie takie pozwala na lokalizację nieszczelności z dokładnością w granicach kilku metrów w rurociągach o średnicy większej niż 250 mm. Zasada dziania takiego układu jest dość prosta. 3.2.B.3) Oprócz sond wędrujących, innym sposobem wykrywania nieszczelności długich rurociągów jest metoda pływaków. Polega ona na tym, że do strumienia cieczy płynącej w rurociągu wprowadza się pływak z zamkniętym źródłem promieniowania gamma – najczęściej 60 Co. Taki pływak jest unoszony przez ciecz, jednakże w miejscach w których są nieszczelności zwalnia wskutek dociskania go do ścianek rurociągu przez strumienie cieczy wypływającej na zewnątrz, przy bardzo dużych wyciekach może on zostać wręcz całkowicie przyssany.

12 F3 - Radioznaczniki wykorzystywane w medycynie: Izotopy promieniotwórcze wykorzystywane są również szeroko w medycynie. Jedną gałąź tych zastosowań stanowią naświetlania, służące zazwyczaj walce z rakiem, drugą zaś badania, w których korzysta się z radioznaczników. Obecnie jedną z najpopularniejszych metod wykrywania nowotworów jest metoda diagnostyki radioznacznikowej. Oto kilka przykładów izotopów używanych w walce z różnymi rodzajami raka oraz sposoby ich związania w organiźmie, jak również metod y ich detekcji:

13 F3 - Wykorzystanie radioznaczników: 4.1) Promieniowanie jonizujące może selektywnie niszczyć zrakowaciałe komórki i doprowadzić do likwidacji nowotworu. Jest to tzw. radioterapia. Było to jedno z pierwszych zastosowań promieniotwórczości po jej odkryciu. We Francji 40-50% przypadków raka leczy się radioterapią często połączoną z chemioterapią lub zabiegami chirurgicznymi. Zatem promieniotwórczość każdego roku przywraca zdrowie 4.2) Teleradioterapia polega na kierowaniu promieni emitowanych przez źródo zewnętrzne na komórki rakowe. Najczęściej używane są przewody platynowo-irydowe lub granulki cezu. wielu ludziom. Radioterapia wykorzystuje małe źródła promieniowania, które umieszczane są obok nowotworu. 4.3) Immunoradioterapia posługuje się radioaktywnie oznaczonymi nośnikami, których przeciwciała rozpoznają komórki rakowe, przyczepiają się do nich i niszczą je.

14 F3 - Wykorzystanie radioznaczników: Niestety używanie promieniowania w medycynie oprócz wielu korzyści, które przynosi, przynosi także skutki nie pożądane.Oto przykładowe oceny niepożądanych skutków leczenia w onkologii, powstałych w wyniku stosowania metod radioizotopowych:

15 F3 - Wykorzystanie radioznaczników:- w medycynie rys historyczny Pierwsze próby wykorzystania radu w celach diagnostycznych odbyły się już w latach dwudziestych. Polegały one na wstrzykiwaniu dożylnie roztworu soli radowej, a następnie oznaczaniu aktywności promieniotwórczej radonu w powietrzu wydychanym przez pacjenta. W tym samym czasie rozpoczęto badania metabolizmu w roślinach, korzystając z radiogenicznych izotopów ołowiu. Podejmowano też próby nad zastosowaniem metody znacznikowej w badaniach kardiologicznych z wykorzystaniem izotopu bizmutu 214 Bi. Możliwości medycyny nuklearnej znacznie poszerzyło odkrycie sztucznej promieniotwórczości. Dzięki niej do celów medycznych może być wykorzystanych kilkadziesiąt różnych izotopów promieniotwórczych o własnościach odpowiednich dla poszczególnych badań i jednocześnie bezpiecznych dla organizmu pacjenta, tzn. nietoksycznych, o krótkich czasach połowicznego rozpadu i nieemitujących cząstek naładowanych, zwłaszcza silnie jonizujących cząstek (to ostatnie ograniczenie dotyczy oczywiście izotopów używanych jako znaczniki w ciele pacjenta a nie tych używanych jako źródła promieniowania jonizującego do niszczenia tkanek nowotworowych). Każdy nowy związek musi zostać przetestowany w celu stwierdzenia jak szybko dana substancja jest wydalana z organizmu, w jakim stopniu gromadzi się wybiórczo w określonych organach wewnętrznych, czy jest ona wiązana przez proteiny itp. Od kilku minut do – w wymagających tego przypadkach – kilkudziesięciu dni.

16 F3 - Wykorzystanie radioznaczników: 4.4) Kolejną metodą badania pacjentów w oparciu o radioznaczniki jest metoda tomografii pozytonowej (ang.: Positron Emission Tomography, PET), obrazuje rozkład promieniowania emitowanego z wnętrza ciała pacjenta. Promieniowanie to pochodzi od znaczników, czyli nuklidów promieniotwórczych wprowadzanych do organizmu w postaci otwartych źródeł promieniotwórczych, a wychwytywanych wybiórczo w poszczególnych tkankach. Znacznik promieniotwórczy w konkretnej postaci nazywany jest radiofarmaceutykiem. Postacią tą może być lek doustny lub parenteralny. Tomografia pozytonowa - polega na detekcji par przeciwbieżnych fotonów o energii 511 keV, emitowanych w wyniku anihilacji par pozyton-elektron. Pozytony (elektrony naładowane dodatnio) pochodzą z rozpadu jąder znacznika, a elektrony naładowane ujemnie – z powłok atomowych materii otaczającej. Każdy radiofarmaceutyk dopuszczony do praktyki klinicznej musi spełniać bardzo rygorystyczne normy jakości. Normy te są określone w światowych farmakopeach i okresowo aktualizowane

17 F3 - Wykorzystanie radioznaczników: Najważniejszymi znacznikami pozytonowymi są lekkie izotopy węgla, azotui tlenu: 11 C, 13 N i 15 O, nazywane niekiedy znacznikami organicznymi ze względu na rolę biologiczną wymienionych pierwiastków. Do tej grupy dochodzi jeszcze prawie organiczny fluor 18 F. Drugą grupę znaczników pozytonowych stanowią znaczniki nieorganiczne- technet 99m Tc i jod 131 I, będące izotopami znaczników stosowanych od lat w tomografii pojedynczych fotonów. Ich rola w tomografii pozytonowej jest drugorzędna(technet 99m Tc i jod 131 I. ) Krótki okres połowicznego rozpadu nuklidów organicznych powoduje, że w tomografii pozytonowej preferowane są radiofarmaceutyki możliwie proste:H 2 15 O, 13 NH 3, 11 CO, 11 CO 2. Wadą większości znaczników organicznych jest, niewygodny w praktyce, krótki okres połowicznego zaniku. Wadą większości nieorganicznych znaczników pozytonowych jest dość wysoka energia rozpadu, niekorzystnie wpływająca na rozdzielczość obrazu tomograficznego. Natępująca tabela przedstawia właściwości najważniejszych znaczników pozytonowych: Niemal wszystkie znaczniki pozytonowe otrzymuje się w bezpośrednich reakcjach jądrowych, w których stabilne jądra (tarcze) są aktywowane (bombardowane) cząstkami lżejszymi od tarczy (pociskami). Schemat reakcji jądrowej: tarcza + pocisk produkt + cząstki wtórne

18 F3 - Wykorzystanie radioznaczników: 4.5) Jednym z ważnych zastosowań opisanych metod badawczych są znacznikowe badania immunologiczne. Dotyczą one reagowania organizmu na różne antygeny pobudzające organizm do wytwarzania odpowiednich przeciwciał. Poznanie mechanizmu ich działania pozwala na produkcję skutecznych szczepionek i surowic. W diagnostyce często przeprowadza się badania polegające na podaniu pacjentowi związku chem. znakowanego izotopem węgla 14 C a następnie na oznaczeniu zawartości tego izotopu w wydychanym powietrzu. Przykładem takiego badania może być test na obecność bakterii Helicobacter pylori. Zamiast tradycyjnego badania polegającego na pobraniu wycinków śluzówki z żołądka, pacjentowi podaje się znaczony mocznik. Bakteria Hp wytwarza enzym ureazę rozkładający mocznik z uwolnieniem dwutlenku węgla, który jest następnie wchłaniany przez krew, transportowany do płuc a w końcu wydychany. Badanie sprowadza się do oznaczenia aktywności promieniotwórczej wydychanego powietrza. Stwierdzenei podwyższonej aktywności i obecności 14 CO 2 świadczy o obecności bakterii Hp w organizmie badanego pacjenta. W podobny sposób diagnozuje się schorzenia trzustki i wątroby. Znaczniki są też powszechnie używane przy badaniach onkologicznych – podana pacjentowi promieniotwórcza glukoza powoduje wzmożoną aktywność regionów o przyspieszonym – często patologicznie – metabolizmie.

19 F3 - Wykorzystanie radioznaczników: 4.6) W układzie hormonalnym można śledzić nadczynność lub niedoczynność gruczołów, zmiany rakowe (np. niezłośliwe, powodujące podwyższenie aktywności gruczolaki i złośliwe zmiany rakowe pozbawiające narząd całkowicie swej funkcji), można także wykrywać złośliwe przerzuty tkanek rakowych; Zastosowanie medycyny nuklearnej zależy od badanego układu: 4.7) W układzie oddechowym można badać drożność dróg oddechowych oraz naczyń płucnych (przydatne do diagnozowania zatorowości naczyń lub niedrożności dróg oddechowych, lub też raka, gdy i jedno i drugie jest nieaktywne w tym samym miejscu). 4.8) W układzie krwionośnym z pomocą medycyny nuklearnej można oceniać rzut serca (dokładniej niż ultrasonograficznie, gdyż promieniowanie pochodzi z objętości krwi w komorze, a w USG szacujemy objętość na podstawie przekroju); można badać też przecieki z prawa na lewo (np. podając znacznik tak dużych cząsteczek, że nie powinien przedostać się przez płuca, lub badając czy w drugim skurczu serca od podania znacznika pojawia się wznowienie aktywności w komorze. W badaniach perfuzyjnych serca można ponadto badać chorobę niedokrwienną i diagnozować zawały. Objawiają się one jako miejsca słabo wchłaniające radioznacznik (czy to z powodu słabego ukrwienia czy też z powodu martwicy). Niedokrwienie najłatwiej diagnozować w próbach wysiłkowych. Bez wysiłku, tętnice mają odruch poszerzania się przy zmniejszonej drożności i pewnych zmian może nie być widać. W wysiłku nie mogą się one już dalej rozszerzać i pewien obszar mięśnia pozostaje niedotleniony.

20 F3 - Wykorzystanie radioznaczników: 4.11) W układzie pokarmowym można badać stan wątroby (uszkodzenia typu marskość, nowotwór) oraz dróg żółciowych, a przy tym również i refluks z dwunastnicy do żołądka. Medycyna nuklearna bywa tu ponadto stosowana w badaniu żółtaczki oraz w przypadku wykrywania krwawień z przewodu pokarmowego. 4.9) W układzie moczowym można badać aktywność nerek, drożność dróg moczowych, zaburzenia w działaniu zastawek moczowodów (cofanie moczu, mogące powodować odmiedniczkowe zapalenie nerek) 4.10) W układzie kostnym, w medycynie nuklearnej uwidaczniają się wszelkiego rodzaju procesy mineralizacyjne kości. Można tu obserwować np. zapalenia, ślady po złamaniach, choroby demineralizacyjne kości, ale chyba przede wszystkim przerzuty rakowe do kości. 4.12) W układzie nerwowym, z pomocą badań perfuzyjnych można lokalizować ogniska padaczkowe (szczególnie skuteczne są badania w momencie ataku), stwierdzać śmierć mózgu, badać chorobę Alzheimera (zanik czynności płatów skroniowych i ciemieniowych, niekoniecznie symetryczny). Można również z pomocą tych badań badać chorobę otępienną, powodowaną zwykle miażdżycą naczyń, choć możliwe są i inne etologie. Badaniami nuklearnymi można ponadto badać przepływ płynu mózgowo-rdzeniowego, badać zastawkę komorowo-przedsionkową i wykrywać jego wycieki.

21 F3 - Wykorzystanie radioznaczników: 5) Do śledzenia znakowanych substancji i produktów metabolizmu zwierząt doświadczalnych powstałych w wyniku dostania się tychże substancji do ich organizmów, można stosować dwie techniki. Pierwsza z nich (podstawowa) polega na oznaczeniu aktywności promieniotwórczej pobieranych próbek krwi, moczu, tkanek. Drugą (pomocniczą) jest autoradiografia całego organizmu lub jego części odpowiednio spreparowanych po uśpieniu i zamrożeniu danego zwierzęcia. Po zatężeniu próbek za pomocą metod takich jak liofilizacja czy odwirowywanie, związki znaczone i produkty ich metabolizmu można oznaczać już na poziomie kg. Dzięki tak niskim granicom wykrywalności, ich ilości wprowadzane do organizmu pacjenta mogą być na tyle małe, że nie zakłócają naturalnego przebiegu badanych procesów biologicznych i biochemicznych. Innym rodzajem wykorzystania radioznaczników, wynikającym z badań nad ich zastosowaniem w medycynie, są radioznacznikowe metody badanie zwierząt. 6.1) Badania migracji różnych nawozów sztucznych i pestycydów, w głąb powierzchni ziemi. Czego przykładem mogą być badania szybkości migracji niektórych pierwiastków ciężkich w glebach czy śledzenie procesów ługowania azotu z nawozów sztucznych. Znaczniki promieniotwórcze są również powszechnie stosowane w rolnictwie: 6.2) Badania procesu powstawania mleka krowiego. Stosując izotopy wapnia i fosforu można było określić optymalne ilości tych pierwiastków, jakie należy dodawać do pasz, aby zwiększyć mleczność krów.

22 F3 - Wykorzystanie radioznaczników: Do zastosowań radioznaczników w ekologii należą: 7.1) Badania polegające na obserwowaniu ruchów atmosfery i śledzeniu przemieszczających się zanieczyszczeń (do takich celów wykorzystuje się najczęściej promieniotwórczy izotop argonu 37 Ar o okresie połowicznego rozpadu około 35 dni). 7.2) Badania procesów zachodzących w oczyszczalniach ścieków. 7.3) Znacznikowe metody badania dynamiki wymiany masy między atmosferą i wodami naturalnymi. 8) Ułatwiają one np.: dokładne odczytanie odcisków palców. W tym przypadku metoda oparta jest na pewnych chemicznych reakcjach wymiany zachodzących między substancjami zawartymi w wydzielinie tłuszczowej opuszek palców i związkami organicznymi znaczonymi izotopem 14 C. W czasie tych reakcji gromadzi się on w odciśniętych liniach papilarnych, po wykonaniu autoradiogramu takiego odcisku można otrzymać wyraźny obraz takich linii. Metody radioznacznikowe wykorzystuje się nawet w kryminalistyce: Jak widać metody radioznacznikowe znajdują bardzo szerokie zastosowania w wielu dziedzinach. Wymienione przykłady stanowią jedynie drobną część wszystkich możliwych sposobów wykorzystania substancji promieniotwórczych w służbie ludzkości. W ośrodkach na całym świecie (również w Polsce w instytutach takich jak Warszawski Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Instytut Fizyki i Techniki Jądrowej AGH w Krakowie czy w Instytucie Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana w Świerku i in.) prowadzone są badania nad nowymi zastosowaniami i metodami badań z wykorzystaniem substancji znaczonych radioaktywnie oraz nad udoskonaleniem tych, które są stosowane obecnie. Krótkie podsumowanie metod radioznacznikowych:

23 F3 - Defektoskopia: - wstęp Defektoskopia jest jedną z metod radiologicznych zaliczającą się do metod objętościowych. Za jej pomocą możemy wykrywać wady różnorakich przedmiotów lub ich elementów (np.: nieciągłości) i to zarówno wady wewnętrzne, powierzchniowe oraz podpowierzchniowe. Właśnie ze względu na możliwość wykrywania wad wewnętrznych oraz podania ich parametrów (np.: położenia, wielkości, kształtu), metoda ta zyskała miano objętościowej. Umożliwia ona również wykrywanie płaskich nieciągłości, przy spełnieniu następującego warunku: kierunek rozchodzenia się promieniowania musi być zgodny z kierunkiem ich ułożenia, przy czym wady te muszą mieć dostatecznie dużą głębokość i szerokość. Zasadnicza różnica między wykrywaniem wad objętościowych, a wad płaskich polega na łatwości detekcji tych pierwszych. Obrazy nieciągłości są obrazami cieniowymi. Dla nieciągłości objętościowych otrzymujemy szerokie obrazy na radiogramach, natomiast nieciągłości płaskie (takie jak np.: pęknięcia złączy spawanych) nie są już tak łatwe do detekcji i identyfikacji.

24 F3 - Defektoskopia: Idea prowadzenia badań metodą defektoskopii radioznacznikowej polega na: naświetleniu obiektów promieniowaniem jonizującym, a następnie detekcji i interpretacji ich cieniowych obrazów nieciągłości. Źródłami promieniowania jonizującego mogą być lampy rentgenowskie dla promieniowania rentgenowskiego oraz sztuczne źródła izotopowe dla promieniowania Gamma. Na radiogramach przedstawione są dwuwymiarowe cieniowe obrazy trójwymiarowych nieciągłości. Dane dostarczane podczas takiego badania to głównie: kształt oraz wymiary nieciągłości w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku rozchodzenia się promieniowania. Na podstawie różnic w wycieniowaniu poszczególnych fragmentów otrzymanego obrazu możemy określić wysokość nieciągłości w danym punkcie. Nadaje się ona między innymi do: kontroli odlewów, kontroli obiektów z metali ferromagnetycznych i nieferromagnetycznych, kontroli obiektów z materiałów przewodzących i nieprzewodzących prądu elektrycznego, kontroli obiektów z aluminium i jego stopów oraz niemetali: wyroby z tworzyw sztucznych, wyroby z gumy, wyroby z drewna, wyroby z betonu, wyroby z ceramiki Defektoskopia radiologiczna jest metodą uniwersalną wśród innych metod służących do wykrywania wad, ze względu na różnorodność materiałów, które mogą być dzięki niej badane.

25 F3 - Defektoskopia: Podczas wykrywania nieciągłości metodą radiologiczną nie można nie uwzględnić wpływu wyboru kierunku napromieniowywania obiektów na wyniki końcowe badania. Jeżeli rozwarstwienia czy też inne nieciągłości płaskie (pęknięcia), położone będą w kierunku prostopadłym do padającego na nie promieniowania, wówczas mogą być nie wykryte. Nasuwa się stąd jasny wniosek, że badania takie dla różnie zorientowanych defektów należy przeprowadzać wielokrotnie pod różnymi kątami. W przypadkach, w których łatwiej jest obracać samym obiektem, niż źródłem promieniowania, dokonuje się jego zautomatyzowanych zmian położenia. W niektórych badaniach metodach odbiciowych (np.: rozproszeniowych ), wystarcza jednostronny dostęp do badanego obiektu. W innych natomiast jak w metodzie transmisyjnej wymagany jest dostęp obustronny. W radiografii (defektoskopii radiograficznej) najczęściej używanym detektorem są błony radiograficzne. Błony te są poddawane obróbce chemicznej dzięki czemu uzyskujemy na nich radiogramy gotowe do analizy. Wadą używania błon jest dość długi czas przeprowadzania badania. Np.: w systemach radioskopi czasu rzeczywistego. Źródła promieniowania używane w defektoskopi: 1) promieniowania X: aparaty rentgenowskie, źródła wysokoenergetycznego promieniowania X (np.: akceleratory liniowe, betatrony, mikrotrony). 2) Źródła promieniowania Gamma: izotopy promieniotwórcze. W defektoskopii używane są najczęściej następujące źródła promieniowania: W zależności od grubości i gęstości materiału oraz wymaganej czułości badania, źródła promieniowania, do badań defektoskopowych dobiera się stosownie do zamierzonego celu kontroli. A dokładniej energię ich promieniowania.

26 F3 - Defektoskopia: - Wady i zalety 1) Zaletami defektoskopii są: 1.5) Duża w porównaniu z innymi metodami (np. ultradźwiękową) możliwość wykrywania nieciągłości objętościowych. 1.1) Możliwość kontroli obiektów o różnorodnych kształtach i wielkościach. Zarówno o nieskomplikowanej jak i dość skomplikowanej geometrii, od małych i cienkich po stosunkowo duże i grube. Wyjątkowe znaczenie ma to dla odlewów o skomplikowanym kształcie, tzn.: o różnych grubościach, w różnych miejscach. Kontrola takich odlewów innymi metodami badań nieniszczących( np.:metodą ultradźwiękową), jest utrudniona lub niemożliwa. 1.2) Możliwość automatyzacji procesów badań. Dokumentowanie i analiza wyników badań - z wykorzystaniem radioskopii czasu rzeczywistego. 1.3) Obektywna ocena badanych obiektów. Widoczna zwłaszcza w badaniach z wykorzystaniem systemów radioskopii czasu rzeczywistego. 1.4) Możliwość oceny wysokości nieciągłości w płaszczyźnie równoległej do kierunku rozchodzenia się promieniowania. Nie ma konieczności zapewnienia "kontaktu" aparatury z obiektami.

27 F3 - Defektoskopia: 2) Wady defektoskopii to: 2.7) Konieczny jest bliski kontakt z badanym obiektem i umieszczenie błony radiograficznej pod obektem lub wokół obiektu. 2.1) Słaba wykrywalność nieciągłości płaskich położonych prostopadle do kierunku rozchodzenia się promieniowania. 2.2) Trudności w interpretacji wyników, kontroli obiektów o nieregularnych kształtach, lub o zmieniającej się grubości ścianek. 2.3) Automatyzowanie procesu uzyskiwania i analizy obrazów wyników badań, na błonach radiograficznych jest pracochłonne, trudne i dość kosztowne. 2.4) Duże wymiary i masa aparatów rengenowskich. 2.5) Szkodliwość promieniowania jonizującego dla ludzi. Wynika z tego konieczność przestrzegania przepisów ochrony radiologicznej dotyczących samych badań, transportu, przechowywania aparatury i składowania materiałów radioaktywnych. 2.6) Wyższe, na ogół, koszty prowdzenia badań w porównaniu z innymi metodami defektokopii. Czyli konieczność "podejścia" z aparaturą do obiektu!! Podsumowując, defektoskopia radioznacznikowa nie jest metodą wolną od wad, ale pomimo tego jej niewątpliwe zalety odróżniające ją od pozostałych metod diagnostycznych, jasno pokazują że jest techniką bardzo przydatną i praktyczną. W niektórych przypadkach jest wręcz metodą nie zastąpioną!

28 F3 - Bibliografia: Referencje i ciekawe linki: [1] Bohdan Dziunikowski (1995) Zastosowanie izotopów promieniotwórczych. Wydawnictwo AGH Kraków [2] Edward Iller, Jiri Thyn (1994) Metody radioznacznikowe w praktyce przemysłowej. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne Warszawa Strony internetowe: Instytut Chemii i Techniki Jądrowej: The World of Nuclear Science : Zakład Fizykochemii Jądrowej, Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego, Kraków: Zakład Medycyny Nuklearnej Instytutu Radiologii i Medycyny Nuklearnej, Akademii Medycznej w Gdańsku:

29 F3 - Bibliografia: Akademia Górniczo-Technicznej w Krakowie : Strony internetowe:

30 F3 - Strona końcowa: Dziękuję bardzo za uwagę i poświęcony mojej prezentacji czas! Dziękuję bardzo za uwagę i poświęcony mojej prezentacji czas! K O N I E C ! ! ! K O N I E C ! ! !


Pobierz ppt "Metody Fizyki Jądrowej w Środowisku Przyrodzie i Medycynie Metody radioznacznikowe, izotopowa aparatura diagnostyczna, defektoskopia Przygotował: inż.Tomasz."

Podobne prezentacje


Reklamy Google