Türler Flashcards
Protonen
Ladung +1, Spin 1/2, Masse ~1 u
3 Quarks: 2 up (u) mit Ladung +2/3 & 1 down (d) mit Ladung -1/3
Anzahl Z, Ordungszahl
Neutronen
Ladung 0, Spin 1/2, Masse ~1 u
nur im Kern stabil
Freie Neutronen zerfallen: n –> p + e + ν_ + Energie
Aus 3 Quarks: 1 up (u) mit Ladung +2/3 und 2 down (d) mit Ladung -1/3
Anzahl N, Neutronenzahl
Elektronen
Ladung -1, Spin 1/2, Masse ~5.5 10-4 u
Nukleonen
Teilchen des Kerns
werden durch die starken Kernkräfte gebunden
(Austausch von π-Mesonen)
Anzahl A, Massenzahl
Masse M(Z,A) des Nuklids
M(Z,A) = Z * MH + (A-Z) * MN – BE/c2
Z: Ordnungszahl (Protonenzahl)
A: Massenzahl
MH: Masse des neutralen H-atoms
(938.791 MeV/c2)
MN: Masse des Neutrons
(939.573 MeV/c2)
BE: Bindungsenergie (MeV)
Hauptsächlichste radioaktive Zerfallsarten
Kerne mit Neutronenüberschuss:
β- -Zerfall
Kerne mit Protonenüberschuss:
β+ -Zerfall
EC-Zerfall (electron capture)
Schwere Kerne:
α -Zerfall
SF -Zerfall (spontaneous fission)
Fast alle angeregten Kerne:
γ -Zerfall
β- -Zerfall
n –> p+ + e- + ν_e
Radionuklide für Biochemiker
mit und ohne γ-Strahlung
β+ -Zerfall
falls MA – MB > 1.022 MeV
p+ –> n + e+ + νe
α -Zerfall
AZ –> A-4(Z-2)2- + 4He2+
EC-Zerfall (electron capture)
p (Kern) + e- (Hülle) –> n + νe
SF -Zerfall (spontaneous fission)
AZ –> A’Z’ + A-A’-x(Z-Z’) + x * n
γ -Zerfall
AZ* –> AZ + γ
Isobare
Gleiche Massenzahl
Isotope
Gleiche Protonenzahl
Isobarenregel 1
A ungerade (g,u & u,g) –> nur 1 stabiles Nuklid
Isobarenregel 2
A gerade (u,u & g,g) –> 2 stabile Nuklide (3 bei A=124,136)
In der Atmosphäre durch kosmische Strahlung erzeugte Radionuklide
3H, 7Be, 10Be, 14C, 32Si,
α -Strahlen
Teilchenstrahlung
- 2-fach positiv geladenes Teilchen (He-Kern)
- hohes Ionisierungspotential
- kurze Reichweite
4He, 2-fach positiv, ~4 AMU (Atomic Mass Unit)
Aus dem Kern nach spontaner Umwandlung
diskrete Energieverteilung
Reichweite im Gewebe: einige hunderstel mm
direkte Wirkung: dichte Ionisierung entlang der Bahn in vielen Einzelprozessen
Energieverlust: Bragg Kurve (zuerst exponentielles Wachstum, dann rapider Abfall)
β-Strahlen
Teilchenstrahlung
- Elektronen oder Positronen
- kontinuierliche Energieverteilung
- mittlere Reichweite
Elektron e- eifach negativ, Positron e+ einfach positiv, ~5.5 x 10-4 AMU (Atomic Mass Unit)
Aus dem Kern nach spontaner Umwandlung
kontinuierliche Energieverteilung
Reichweite im Gewebe: einige mm
direkte Wirkung: lockere Ionisierung entlang der Bahn in vielen Einzelprozessen
Neutronen Teilchenstrahlung
n, neutral, ~1 AMU (Atomic Mass Unit)
Aus dem Kern nach induzierter Umwandlung oder Spaltung
diskrete oder kontinuierliche Energieverteilung je nach Kernreaktion
Reichweite im Gewebe: stark energie- und materialabhängig
direkte Wirkung: Wechselwirkung mit Atomkernen, Rückstoss-Protonen
indirekte Wirkung: Alpha-Teilchen, Protonen, γ-Quanten
Energieverlust: Bragg Kurve (zuerst exponentielles Wachstum, dann rapider Abfall)
γ-Strahlen
Wellen- oder Photonenstrahlung
- Photonen
- niedriges Ionisierungspotential
- lange Reichweite
Neutral, keine Masse
Aus dem Kern nach Umwandlung (iduziert oder spontan)
diskrete Energieverteilung
Reichweite im Gewebe: einige 10 cm (exponentielle Schwächung, vermindern auf dem Weg durch Materie Anzahl nicht Energie)
direkte Wirkung: Energie wird in einem Vorgan ganz oder teilweise an Hüllenelektronen übertragen
indirekte Wirkung: so entstandene Sekundär-Elektronen ionisieren im Gas oder lösen andere Prozesse in Festkörpern aus
Charakteristische Röntgen-Strahlung
Wellen- oder Photonenstrahlung
Neutral, keine Masse
Aus der Hülle nach spontanem Elektronen-Einfang (K-Strahler) oder Platzwechsel eines Elektrons
diskrete Energieverteilung
Reichweite im Gewebe: mm bis cm
direkte Wirkung: Energie wird in einem Vorgan ganz oder teilweise an Hüllenelektronen übertragen
indirekte Wirkung: so entstandene Sekundär-Elektronen ionisieren im Gas oder lösen andere Prozesse in Festkörpern aus
Röntgen-Bremsstrahlung
Wellen- oder Photonenstrahlung
Neutral, keine Masse
Beim Abbremsen eines Elektrons im Kernfeld
kontinuierliche Energieverteilung
Reichweite im Gewebe: mm bis cm
direkte Wirkung: Energie wird in einem Vorgan ganz oder teilweise an Hüllenelektronen übertragen
indirekte Wirkung: so entstandene Sekundär-Elektronen ionisieren im Gas oder lösen andere Prozesse in Festkörpern aus
γ - Spektrometrie
Wechselwirkung von Strahlung mit Materie
Photoeffekt (Absorption)
Comptoneffekt (Streuung)
Paarbildung (Absorption)
Photoeffekt
Comptoneffekt
Paarbildung
Flüssigszintillationspektrometrie
Flüssigszintillator besteht i.a. aus einer Mischung verschiedener Bestandteile (“Cocktail”):
a) Lösungsmittel für den Szintillator
evtl. b) Lösungsmittel für Probe, falls sie in a) nicht löslich ist
c) Szintillator
evtl. d) Frequenzwandler
Quenching um Photonen die den PM (Photomultipliertube) erreichen zu reduzieren.
Lösungsmittel für Szintillator
Wird dominant durch die radioaktive Strahlung angeregt.
Verwednet vorwiegend aromatische Lösungsmittel (π-Elektronen) wie Toluol oder p-Xylol.
Sollte möglichts optimal die Anregungsenergie auf Szinillatormoleküle übertragen und selbst das dann emittierte Licht nur wenig absorbieren.
Szintillator
Wichtig das Emissionsspektrum signifikant verschoben relativ zum Absorptionsspektrum um Verluste durch Energieabsorption klein zu halten.
Optimale Szintillatoren
Emissionsspektrum abgestimmt auf PM (Photomultipliertube).
Hohe Ausbeute für Energietransfer zwischen Lösungsmittel und Szintillator.
Optimale Konzentration: Ca. bei 0.1 M (etwa 4g/l). Für höhere Konzentrationen wird Quenching beobachtet.
Quenchkorrektur der Flüssigszintillation
(Vor- und Nachteile)
Nach Messung der Probe wird ein Aliquot eines absolut bekannten Standards (in ungequenchter Form) zugegeben und die Gesamtprobe nochmals gemessen.
Reduziert nicht nur Zählerausbeute, sondern verschiebt auch das Pulshöhespektrum.
z.B. tSIE-Methode (transformed Spectral Index of the External standard)
Vorteil:
Sehr genaue Methode
- *Nachteile**:
- Probe muss zweimal gemessen werden.
- Absoluter Standard muss vorhanden sein.
- Zerstörende Methode
Čerenkov-Strahlung
(Vor- und Nachteile)
für Flüssigszintillation
β > 1/n
β = vTeilchen/vLicht
n = Brechungsindex
in Wasser (n = 1’332): Emin = 263 keV
gerichtete Strahlung
Vorteile:
- kein Szintillationscocktail nötig:
Ausbeutebestimmung nach Messung möglich
grösseres Probevolumen möglich
kein organischer Abfall
- kein chemischer Quench
- geringer Untergrund
- keine Strörung durch niederenergetisch β-Strahlung und α-Strahlung
Nachteile:
- geringe Effektivität, z.B. 70% für 90Y statt 100% bei LSC
- Farbquench
(Radio)-Thin Layer Chromatography (TLC)
(Radio)-HPLC
Legende der Buchstaben:
A = Eluentenreservoirs
B = Elektromagnetische Mischventile mit Doppelhubkolbenpumpe
C = 6 Wege Ventil
D = Druckkompensationsschleife, um Pumpimpulse der Pumpe zu egalisieren
E = Mischkammer
F = Manuelles Einspritzventil
G = Trennsäule
H = HPLC-Einheit
I = Detektor-Einheit (z.B. UV-Spektrometer)
J = Computer-Interface
K = PC
L = Drucker zur Ausgabe der Ergebnisse
Radioaktives Zerfallsgesetz
N: Anzahl Atome
t: Zeit [s]
A: Aktivität [s-1]
T1/2: Halbwertszeit
τ: mittlere Lebensdauer
λ: Zerfallskonstante
Direkt ionisierende Strahlung
Geladene Teilchen, die ihre Energie schnell verlieren
Indirekt ionisierende Strahlung
Ungeladene Teilchen, die ihre Energie in einem geringerem Mass verlieren.
Sie wechselwirken nur mit Elektronen
Offene Quellen für Strahlung
Quelle, bei der ein Kontaminationsrisiko besteht
Geschlossene Quelle für Strahlung
Quelle, die so gebaut ist, dass die radioaktive Substanz nicht entweichen kann
Energiedosis D
beschreibt die Wirkung der Strahlung
D = dE/dm
[D] = Gy = Gray
1 Gy = 1 J/kg
Äquivalentdosis H
beschreibt die Wirkung der Strahlung auf lebende Materie
H = D * wR
[H] = Sv = Sievert
D: Energiedosis
wR: Wichtungsfaktor, hängt von der Stärke der Ionisierung der Strahlung ab
effektive Dosis E
beschreibt die Wirkung der Strahlung auf Organe
E = H * wT
[E] = Sv = Sievert
H: Äquivalentdosis
wT: Wichtungsfaktor, für jedes Organ verschieden
3 Arten der Exposition zu Strahlung
- Externe Bestrahlung
- Kontamination
- Inkorporation
Externe Bestrahlung
- Durch offene und geschlossene Quellen
- γ-, Röntgen- und harte β-Strahlen
Führt nicht zu homogener Ganzkörperdosis, weil Gewebe Strahlung absorbiert.
Im Körper liegende Organe erhalten kleinere Dosen
Man erhält eine Abhängigkeit der Äquivalentdosis von der Tiefe des Organs –> H = Hp
Unterschieden zwischen zwei Arten:
Tiefendosis: Hp (0.07) = Hs
Oberflächendosis: Hp (10) = Hp
Man nimmt an, dass alle Organe des Menschen in einer Tiefe von 10 mm liegen, deshalb wird –> Hp = E (effektive Dosis) gesetzt
Tiefendosis Hp
Bei der Berechnung von Hp (Tiefendosis) kann das quadratische Abstandsgesetz verwendet werden, da nur Röntgen- und γ-Strahlen so tief eindringen können
–> Hp = A * t * h10 * (1m/r)2
t: Expositionszeit
A: Aktivität
r: Distanz zu Quelle
Oberflächendosis Hs
Bei der Berechnung von Hs, die vor allem durch β-Strahlen und Konversionselektronen verursacht wird, gilt das Abstandsgesetz nicht mehr
–> Hs = A * t * h0.07
t: Expositionszeit
A: Aktivität
Kontamination
Durch flüssige und staubförmige Quellen
Wenn sich radioaktive Stoffe auf der Haut ablagern und eine bestimmte
Fläche kontaminieren.
Die Aktivität A pro Fläche F nennt sich Oberflächenkontamination
–> Hs = A/F * t * hc0.07
Inkorporation
Wenn feste oder gasförmige Stoffe in den Körper gelangen.
Drei Wege:
- Atmung (Inhalation)
- Nahrung (Ingestion)
- Haut (Wunden, Diffusion)
Die Inhalation ist die Häufigste Inkorporation.
Inhalations- und Diffusionsrisiko wird durch Essverbot und Handschuhpflicht im Labor verringert.
Wege der radioaktiven Stoffe im Körper:
Lunge
Radioaktive Stoffe werden mit dem nächsten Atemstoss ausgestossen.
Bleiben in der Lunge hängen, wo sie ins Blut- oder Lymphsystem gelangen.
Werden vom Flimmerepithel zum Rachen befördert, wo sie geschluckt oder ausgespuckt werden.
Wege der radioaktiven Stoffe im Körper:
Magen-Darmtrakt
Werden resorbiert und gelangen ins Blut oder werden ausgeschieden
Biologische Halbwertszeit
Einmal im Blutkreislauf gelangen z.B. Jod in die Schilddrüse oder Kalzium, Phosphor und Strontium in die Knochen, wo sie mehr oder weniger lange gespeichert werden. Dies führt zu einer längeren Exposition und somit zu einer höheren Dosis.
Die Verweildauer eines Nuklids im Körper.
Abhängig von der metabolischen Aktivität.
Bsp. 50% des Tritiums wird ausgeschieden bevor die erste Halbwertszeit vorbei ist.
Physikalische Halbwertszeit
Die gegebene Halbwertszeit des Nuklids.
Aktivität nimmt ab, obwohl das Nuklid lange im Körper gespeichert wird.
Effektive Halbwertszeit
T1/2(biol.) * T1/2(nukl.)
(T1/2(biol.) + T1/2(nukl.))
T1/2(biol.): Biologische Halbwertszeit
T1/2(nukl.): Physikalische Halbwertszeit
Effektive Folgedosis E50
Hängt ab von:
- Verweildauer eines Nuklids
- Verteilung im Körper
- Seiner Strahlenart
- Seiner Strahlenhärte
50 bedeutet, dass man die Dosisakkumulation bis 50 Jahre nach der Inkorporation berechnet
- -> E50 = Ainha *einha
- -> E50 = Ainge * einge
inha: Inhaliert
inge: Ingestion
Durchschnittliche Strahlenexposition der Schweizer Bevölkerung in mSv/Jahr
insgesammt 4 mSv/Jahr
Grundregeln des Arbeitens im Radioaktivitätslabor
- Schutzkleidung (Kittel, ev. Überschuhe) und Schutzbrille
- Dosimeter tragen
- Kein Essen, kein Trinken und keine Kosmetika
- Verhinderung von Kontaminationen durch Auslaufschutz
- Arbeitsplanung, Handschuhe!
- Abschirmung
- Sammeln radioaktiver und potentiell radioaktiver Abfälle
- Kontrolle des Arbeitsplatzes auf Kontamination
- Kontaminationen dem Assitenten melden und nicht verschleppen!
- Ausgangskontrolle am Hand/Fussmonitor
- Grundregel des Strahlenschutzes
AAA-Regel
As low as reasonably achievable
- Grundregel des Strahlenschutzes
AAAA-Regel
- Abstand: Arbeit weit vom Körper durchführen
- Aufenthaltszeit: Zügig arbeiten / Arbeit vorbereiten, planen
- Abschirmung: Je nach Strahlungsart vernünftige Menge
- Atemschutz: Falls staubförmige radioaktive Materialien auftreten
