مدهای رادیواکتویته
مدهای رادیواکتویته
مفاهیم کلی
این اصطلاحات رایج است که یک هسته رادیواکتیوی ناپایدار را والدین و هسته محصول پایدارتر دختر بنامیم. در بسیاری از موارد ، دختر نیز رادیواکتیو است و تحت استحاله رادیواکتیوی بیشتر قرار می گیرد. استحاله رادیواکتیو خود به خودی است به این دلیل که لحظه ای دقیق که یک هسته مشخص استحاله نمی تواند پیش بینی شود ، و همچنین با حوادثی که در خارج از هسته اتفاق می افتد ، تا حد قابل توجهی تحت تأثیر قرار نمی گیرد.
استحاله رادیواکتیو منجر به تبدیل جرم به انرژی می شود. اگر تمام محصولات یک رویداد استحاله خاص جمع شده و وزن شوند ، می توان وزن کمتری نسبت به اتم رادیواکتیوی اصلی پیدا کرد. معمولاً انرژی از تبدیل جرم هسته ای ناشی می شود ، اما در بعضی از حالت های استحاله ، جرم الکترون نیز به انرژی تبدیل می شود.
به کل مبدل تبدیل جرم به انرژی انتقال انرژی گفته می شود که بعضا Q تعیین می شود
هر نوکلئید رادیواکتیو مجموعه ای از خصوصیات مشخصه را دارد. این خصوصیات را شامل می شود
1) حالت استحاله رادیواکتیو و
2) نوع انتشار ،
3) انرژی انتقال ،
4) میانگین عمر یک هسته رادیو نوکلئید قبل از اینکه دچار استحاله رادیواکتیو شود.
از آنجا که این خصوصیات اساسی مشخصه هسته است ، مراجعه به یک گونه رادیواکتیو مانند 131-I به عنوان رادیونوکلئید معمول است.
اصطلاح رادیوایزوتوپ نیز به کار می رود ، اما ، به بیان دقیق ، فقط باید در هنگام مشخص کردن عضوی از یک خانواده ایزوتوپی به عنوان رادیواکتیو مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال ، 131I رادیو ایزوتوپ ید است.
شیمی و تابش
استحاله رادیواکتیو فرآیندی است که در درجه اول هسته قرار دارد ، در حالی که واکنشهای شیمیایی در درجه اول, بیرونی ترین الکترونهای مداری اتم را شامل می شوند. بنابراین این واقعیت است که یک اتم دارای یک هسته رادیواکتیو است بر رفتار شیمیایی آن تأثیر نمی گذارد و برعکس ، وضعیت شیمیایی یک اتم بر خصوصیات رادیواکتیوی آن تأثیر نمی گذارد.
به عنوان مثال ، یک اتم رادیونوکلئید 131I همان رفتار شیمیایی به عنوان یک اتم 127I را نشان می دهدکه، نوکلئید پایدار که به طور طبیعی اتفاق می افتد ، و 131I دارای همان ویژگی های رادیواکتیو است که آیا به عنوان یون یدید (I2) وجود دارد یا در یک مولکول پروتئین بزرگ به عنوان یک برچسب رادیواکتیو گنجانیده شده است.
استقلال خواص رادیواکتیو و شیمیایی در مطالعات ردیاب با رادیواکتیویته از اهمیت بالایی برخوردار است — یک ردیاب رادیواکتیو در فرآیندهای شیمیایی و فیزولوژیکی دقیقاً مشابه با همتای پایدار و طبیعی آن عمل می کند و علاوه بر این ، خصوصیات رادیواکتیوی ردیاب تغییر نمی کند. زیرا وارد فرآیندهای شیمیایی یا فیزیولوژیک می شود.
دو استثناء جزئی از این کلیات وجود دارد.
نکته اول این است که رفتار شیمیایی می تواند تحت تأثیر اختلاف در جرم اتمی باشد. از آنجا که همیشه تفاوتهای جرم بین رادیواکتیو و اعضای پایدار یک خانواده ایزوتوپیک وجود دارد (به عنوان مثال ، 131I سنگین تر از 127I است) ، ممکن است اختلافات شیمیایی نیز وجود داشته باشد. به این اثر ایزوتوپ گفته می شود.
توجه داشته باشید که این یک اثر جرم است و هیچ ارتباطی با این واقعیت ندارد که یکی از ایزوتوپها رادیواکتیو است. اختلافات شیمیایی اندک است مگر اینکه اختلاف توده نسبی بزرگ باشد ، به عنوان مثال 3H در مقابل 1H. اگرچه اثر ایزوتوپ در برخی آزمایشات مانند اندازه گیری استحکام باند شیمیایی مهم است ، اما خوشبختانه هیچ نتیجه ای در پزشکی هسته ای ندارد.
یک استثناء دوم این است که میانگین عمر نوکلئیدهای رادیویی که با فرآیندهای مربوط به الکترونهای مداری (به عنوان مثال تبدیل داخلی ، بخش E و ضبط الکترون ، بخش F) وایاپشی می شوند با تغییر حالت شیمیایی (الکترون مداری) اتم اختلافات به قدری اندک است که به جز در آزمایش های فیزیک هسته ای دقیق نمی توان آنها را تشخیص داد و دوباره نتیجه ای در پزشکی هسته ای ندارد.
واپاشی بتا منفی
تجزیه رادیواکتیو توسط گسیل β- یک فرایند که در آن، در اصل، یک نوترون در هسته به یک پروتون و یک الکترون تبدیل شده است.
الکترون (e−) و نوترینو (ν) از هسته خارج می شوند و انرژی آزاد شده در این فرآیند را به عنوان انرژی پویایی منتقل می کنند. الکترون ذره β− نام دارد. نوترینو "ذره ای" است که هیچگونه جرم یا بار الکتریکی ندارد. * این ماده تقریباً هیچگونه تعامل با ماده ندارد و بنابراین اساساً غیر قابل کشف است. تنها نتیجه عملی آن این است که مقداری از انرژی آزاد شده در فرآیند پوسیدگی را به همراه دارد.
راديونوكليد والد (X) و محصول دختر (Y) نشانگر عناصر شيميايي مختلفي هستند زيرا تعداد اتم ها با يكي افزايش مي يابد. بنابراین پوسیدگی β− منجر به انتقال عناصر می شود. عدد جرم A تغییر نمی کند زیرا تعداد کل هسته های هسته تغییر نمی کند. بنابراین این یک حالت پوسیدگی ایزوبار است ، یعنی پدر و مادر و دختر ایزوبار هستند
متوسط انرژی ذره β− توسط Eβ مشخص شده است. این از یک رادیونوکلئید به دیگری متفاوت است اما برای هر رادیونوکلئید داده شده یک مقدار مشخصه دارد.
در بعضی موارد ، پوسیدگی با انتشار β− منجر به یک دختر دختر می شود که در حالت هیجان زده یا متاستاز است نه در حالت زمینی. اگر حالت هیجان زده ای شکل بگیرد ، هسته دختر با انتشار اشعه γ سریعاً به یک ترتیب هسته ای پایدار پوسیدگی می کند ؛ توجه داشته باشید که انتشار γ منجر به انتقال عناصر نمی شود.
تعداد پوسیدگی هسته ها از طریق حالت های مختلف برانگیخته شده با مقادیر احتمال مشخصه رادیونوکلئید خاص مشخص می شود.
در مقابل ذرات β− ، که با توزیع مداوم از آنها ساطع می شوند
انرژی (تا Eβmax) ، پرتوهای γ با یک سری دقیق و گسسته از مقادیر انرژی منتشر می شوند.
بنابراین طیف انرژیهای پرتوی ساطع شده از این رو مجموعه ای از خطوط گسسته در انرژیهایی هستند که مشخصه رادیونوکلئید است نه توزیع مداوم انرژیها
در (β− ، γ) پوسیدگی ، انرژی انتقال بین رادیونوکلید پدر و مادر و وضعیت زمین دختر یک مقدار مشخصه ثابت دارد. توزیع این انرژی در بین ذرات β− ، نوترینو و پرتوهای γ ممکن است از یک پوسیدگی هسته ای به دیگری متفاوت باشد ، اما مجموع انرژی آنها در هر رویداد پوسیدگی همیشه برابر با انرژی انتقال است.
واپاشی بتا مثبت
انتقال ایزومری و تبدیل داخلی
هسته دختر یک پدر و مادر پرتوزا ممکن است در حالت پایدار یا ایزومتریک "طولانی مدت" شکل گرفته باشد ، بر خلاف حالت هیجان زده.
پوسیدگی حالت پایدار یا ایزومریک با انتشار اشعه γ به عنوان ایزومریک نامیده می شود
انتقال به جز مدت زمان متوسط زندگی آنها ، هیچ تفاوتی در پوسیدگی توسط انتشار γ حالتهای پایدار یا برانگیخته وجود ندارد
جایگزینی برای انتشار γری ، تبدیل داخلی است. این می تواند برای هر حالت هیجان زده رخ دهد ، اما به ویژه برای حالت های قابل استفاده متداول است. در این فرآیند ، هسته با انتقال انرژی به یک الکترون مداری ، که به جای پرت γ بیرون می رود ، پوسیدگی می کند. به نظر می رسد که در اثر برخورد با یک الکترون مداری ، اشعه γ "داخلی" جذب می شود.
الکترون خارج شده ، یک الکترون تبدیل نامیده می شود. این الكترونها معمولاً از یكی از پوسته های داخلی (K یا L) سرچشمه می گیرند ، به شرط آنكه انرژی غنی برای غلبه بر انرژی اتصال آن پوسته كافی باشد. انرژی اضافی بالای انرژی اتصال به عنوان انرژی پویایی به الکترون تبدیل تبدیل می شود.
اینکه آیا یک پرت γ یا یک الکترون تبدیل تبدیل می شود ، با احتمالات مشخص شده برای مقادیر مختلف رادیونوکلئیدها مشخص می شود.
این احتمالات از نظر نسبت الکترونهای تبدیل شده ساطع شده به اشعه γ ساطع شده (e / γ) بیان شده و توسط α (یا αK = e / γ برای الکترونهای تبدیل Kshell و غیره) در نمودارهای تفصیلی و جداول از خصوصیات هسته ای بیان شده است. .
تبدیل داخلی ، مانند پوسیدگی β− ، منجر به انتشار الکترون ها می شود. تفاوت های مهم این است که (1) در فروپاشی β− الکترون از هسته منشا می گیرد ، در حالی که در تبدیل داخلی از مدار الکترون سرچشمه می گیرد. و (2) ذرات β− با طیف مداوم انرژی منتشر می شوند ، در حالی که الکترون های تبدیل دارای یک سری از انرژی جدا از انرژی هستند که با تفاوت های بین انرژی γریا و انرژی های اتصال دهنده الکترونی مداری تعیین می شوند.
گیراندازی الکترونی
پوسیدگی الکترون (EC) به نظر می رسد ، و در واقع گاهی اوقات "پوسیدگی معکوس β−" نیز خوانده می شود. یک الکترون مداری توسط هسته "اسیر" می شود و با یک پروتون ترکیب می شود تا نوترون تشکیل شود:
p e n انرژی + - + → + + ν
نوترینو از هسته ساطع می شود و مقداری از انرژی انتقال را از بین می برد. انرژی باقیمانده به شکل پرتوهای x مشخصه و الکترونهای اوگر ظاهر می شود ، که با پر شدن جای خالی الکترون مداری حاصل از محصول دختر ساطع می شود. معمولاً الکترون از مدارهایی که به هسته نزدیکتر هستند ، یعنی پوسته های K و L گرفته می شود. نماد EC (K) برای نشان دادن ضبط یک الکترون Kshell ، EC (L) یک الکترون Lshell و موارد دیگر استفاده می شود.
اگر آنها به اندازه کافی پرانرژی باشند تا در چند سانتی متر از بافتهای بدن نفوذ کنند ، ممکن است اشعه X مشخصه شده توسط محصول دختر ساطع شود. هیچ نقطه قطع انرژی دقیقی وجود ندارد ، اما احتمالاً 25 کیلوولت گرم مقادیر معقول ، حداقل برای اندام های کم عمق مانند تیروئید است. برای عناصر با Z از 50 یا بیشتر ، انرژی پرتوهای Kx از 25 کیلو ولت فراتر می رود.
پرتوهای Kx عناصر سبک تر و تمام پرتوهای Lx از انرژی کمتری برخوردار هستند و به طور کلی برای اندازه گیری های خارجی مناسب نیستند. این پرتوهای کم خطر مشکلات اندازه گیری مشابه آنچه با ذرات روبرو می شوند را معرفی می کند.
