گاهشمار رویدادهای مهم در فیزیک هسته ای

گاهشمار رویدادهای مهم در فیزیک هسته ای

سال اختراعات (مخترع)

1896 کشف رادیو اکتیویته (بکرل)

1898 جداسازی رادیم ( ماری کوری و پیرکوری )

1905 نظریه نسبیت خاص( اینشتین )

1909 شناسایی ذره آلفا به عنوان هسته هلیم ( رادرفورد و رویدز )

1911 اتم هسته ای ( رادرفورد )

1912 ساخت اتاقک ابر ( ویلسون )

1913 کشف ایزوتوپهای پایدار (تامسون )

1913 مدل اتمی سیاره ای ( نیلس بور )

1914 تعیین بار هسته با استفاده از پرتوهای ایکس (موزلی )

1919 تراجهش مصنوعی به کمک واکنش هسته ای ( رادرفورد )

1919 ساخت طیف سنج جرمی (استون )

1925 پیشنهاد اسپین ذاتی ( گودشمیت و اولنبک )

1926 ظهور مکانیک کوانتومی ( شرودینگر )

1928 نظریه رادیو اکتیویته آلفازا ( گاموف، گورنی، کاندون )

1930 فرضیه نوتوینو(پاؤلی )

1931 ساخت نخستین شتابدهنده الکتروستاتیکی (وان دو گراف )

1931 ساخت نخستین شتا بدهنده خطی (اسلون و لارنس )

1932 ساخت نخستین سیکلوترون (لارنس ولیوینگستون )

1932 کشف دوتریم ( اوری، برک ود، مورفی )

1932 کشف پوزیترون( اندرسون )

1932 کشف نوترون ( چادویک )

1932 مدل هسته ای پروتون ـ نوترون ( هایزنبرگ )

1932 تحقق نخستین واکنش هسته ای با استفاده از شتابدهنده ( کوککرافت و والتون )

1934 کشف رادیواکتیویته مصنوعی ( ایرن کوری، ژولیو )

1934 نظریه رادیواکتیویته بتازا ( فرمی )

1935 فرضیه مزون ( یوکاوا )

1935 عرضه تکنیک همفرودی ( بوته )

1936 پیشنهاد نظریه هسته مرکب ( نیلس بور )

1937 کشف لپتون در پرتوهای کیهانی( ندرمیر و اندرسون )

1938 کشف شکافت هسته ای ( هان و اشتراسمن )

1938 طرح همجوشی گرما هسته ای به مثا به چشمه انرژی در ستارگان ( بته )

1939 مدل قطره ـ مایع برای شکافت ( نیلس بور و ویلر )

1940 تولید نخستین عنصر فرااورانیم ( مک میلان و سی بورگ )

1941 ساخت نخستین بتاترون شتا بدهنده الکترونه با القای مغناطیسی (کرست)

1942 ساخت نخستین رآکتور شکافت کنترل شده ( فرمی )

1944 حصول پایداری فاز برای سنکروترون ( مک میلان و وکسلر )

1945 آزمایش نخستین بمب شکافتی

1946 کیهان شناسی مهبانگ ( گاموف )

1946 عرضه روش تشدید مغناطیسی هسته ( بلوخ و پورسل )

1947 ظهور عمر سنجی رادیو کربنی ( لیتی )

1947 ساخت نخستین سنکروسیکلوترون پروتونی MeV 350 ( برکلی )

1947 کشف مزون ( پاول )

1948 ساخت نخستین شتا بدهنده خطی پروتون MeV 32 ( آلوارز )

1949 پیشنهاد مدل پوسته ای برای ساختار هسته ( مایر، جنس، هاکسل، سوئس )

1949 ساخت شمار گر سوسوزن ( کالمن، کولتمان ، مارشال )

1952 ساخت نخستین سیکلوترون پروتونی GeV 3و2 ( برکهاون )

1952 آزمایش نخستین بمب گرماهسته ای

1953 فرضیه شگفتی ( گلمن و نیشی جیما )

1953 پیشنهاد مدل جمعی برای ساختار هسته ( آگه بور، موتلسون، رینواتر )

1953 تولید ذرات شگفت برای نخستین بار ( بروکهاون )

1955 کشف پادپروتون ( چمبر لین و سگره )

1956 آشکار سازی تجربی نوترینو ( راینز و کوان )

1956 نقض پاریته در بر هم کنشهای ضعیف ( لی، یانگ ، وو و همکاران )

1958 گسیل بدون پس زنی پرتو های گاما ( موسباؤر)

1959 ساخت سنکروترون GeV26 ( سرن )

1964مشاهده نقض CP در واپاشی K ( کرونین و فیچ )

1964پیشنهاد مدل کوارک برای هادرونها ( گلمن و زوایک )

1967راه اندازی اولیه شتا بدهنده SLAC برای الکترنهای GeV 20 ( استانفورد )

1967پیشنهاد مدل الکتروضعیف( واینبرگ و سلام )

1970فرضیه افسون( گلاشو )

1971ساخت برخورد دهنده پروتون ـ پروتون (سرن )

1972ساخت سنکروترون پروتونی GeV 500 ( فرمی لب )

1974کشف و تایید کوارک افسونگر (ریشتر و تینگ )

1975کشف لپتون ( پرل )

1977کشف ذره و طرح کوارک ته (لدرمن )

1983راه اندازی برخورد دهنده پروتون ـ پاد پروتون GeV 300 (سرن )

1983کشف بوزونهای ضعیف W و Z (روبیا )

آشنايي با فيزيك پزشكي

تعريف فيزيك پزشكي:

فيزيك پزشكي شاخه اي از علم طب است كه در راستاي ارتباط اصول فيزيك با تشخيص و درمان پزشكي بكار مي رود. كاربردهاي اين رشته شامل بكارگيري مفاهيم و روشهاي فيزيكي براي درك فيزيولوژي و عملكرد بدن انسان در سلامت و بيماريها، طراحي و استفاد ه از ايده ها و تكنيك هاي جديد و دقيق براي مشاوره در تشخيص، پيشگيري و درمان مؤثر، و حصول اطمينان مداوم در بكارگيري صحيح و مؤثر ابزارها و سيستم هاي تشخيصي و درماني در پزشكي مي باشد.

 

دكتراي فيزيك پزشكي:

متخصصيني هستند كه دوره فيزيك پزشكي را در داخل و يا خارج از كشور طي نموده و به اخذ درجه دكتراي در فــيزيك پزشكي ( PhD ) در يكي از گرايش هاي تخصصي اين رشته نائل شده اند.

اهداف:

1- ايجاد آگاهي و شناخت پزشكان و كادرهاي پزشكي به علوم و فنون لازم در بكارگيري و استفاد ه از ابزارها و دستگاههاي پــــزشكي از طريـــــق آموزش هاي مداوم، برگــــزاري دوره هاي نظري و عملي، برگزاري كــــارگاههاي آموزشي، انتشــار جزوه ها، بــــروشور و دفترچه هاي آموزشي، همكاري و مشاوره مقطــــعي و يا مستمر در بخشـهاي تشخيصي و درماني و ديگر روشهاي آموزشي.

2- تأمين سلامت و حفاظت كاركنــان و بيماران و نسل هاي حال و آينده جامعه در مقابل صدمات و تشعشعات ناشي از بكارگيري ابزارها، تكنيك ها و دستگاههاي پزشكي مربوطه و كاربرد صحيح آنها.

3- تضمين كيفيت كاركرد دستگاهها و ابزارهاي پزشكي مربوطه.

4- حصول اطمينان در انتخاب و تعيين دستگاهها و ابزارهاي پزشكي مربوطه در زمان خريد.

5- حصول اطمينان از صحت قراردادهاي مربوط به انعقاد و اجراي فرآيندهاي خريد، نصب، راه اندازي، نگهداري و بهره برداري.

6- حصول اطمينان از مطابقت عملكرد دستگاههاي خريداري شده و نصب شده با مشخصات ذكر شده توسط توليد كننده و يا فروشنده از طريــق انجام تست هاي پذيرش دستگاه.

7- حصول اطمينان از صحيح بودن طرحهاي درمان در تله تراپي و براكي تراپي.

8- توسعه و معرفي تكنيك ها، روشها، و دستگاههاي جديد و موثر در تشخيص و درمان، تنظيم و تدوين پروتكل ها و دستورالعمل هاي لازم در اين ارتباط.

 

شرح وظائف دكتراي فيزيك پزشكي:

1- آموزش كاربران، پرسنل و بيماران در زمينه هاي حفاظت پرتوي، كاركرد با ابزارها و دستگاههاي مربوطه و بكارگيري روشهاي و تكنيك هاي مناسب در تشخيص و درمان.

2- نظارت و مشاوره فني مداوم در بخشهاي تشخيصي و درماني در زمينه بكارگيري صحيح و موثر ابزارها و تكنيك ها و دستگاههاي پزشكي مربوطه و عملكرد پرسنل آنها.

3- انجام تست هاي دوره اي كنترل كيفي دستگاههاي پزشكي مربوطه و بررسي عملكرد آنها در حين استفاده و تدوين و ارائه گزارش نتايج به همراه پيشنهاد عملي در جهت رفع نقايص.

4- كاليبره كردن دستگاههاي پزشكي مربوطه و اقدام براي رفع نقايص فيزيكي، تكنيكي و حفاظتي در جهت بهبود كيفيت كاركرد آنها و تضمين سلامت بيمار و پرسنل.

5- ارائه مشاوره و تائيد رعايت اصول حفاظتي پرتوي در طرحهاي ساختماني بخشهاي پزشكي مربوطه و نظارت علمي بر حسن اجراي اين طرحها در زمان ساخت و راه اندازي اين بخشها، و ارائه گزارش نهائي به مسئولين ذيربط.

6- دزيمتري و انجام تست هاي دوره اي در زمينه پرتودهي دستگاهها، منابع راديواكتيو باز و بسته و تكنيكهايي كه با تشعشع يونيزان كار مي كنند و حفاظت پرتوي بيــــماران و پرسنل و افراد جامعه و اعلام وضعيت و گزارش به مراجع ذيــــصلاح يا طرف قرار داد.

7- مشاوره و نظارت در خريد، نصب، راه اندازي، تعمير و نگهداري دستگاههاي پزشكي مربوطه ( مجوز ورود دستگاهها بر عهده مراجع ذيربط مي باشد).

8- انجام تست هاي پذيرش دستگاهها پس از نصب و راه اندازي توسط شركت هاي سازنده و يا فروشنده دستگاههاي مربوطه، و ارائه گزارش به مراجع ذيصلاح و يا طرف قرار داد.

9- ارائه خدمات در بخشهاي راديوتراپي شامل: محاسبه دوز، طـــــراحي و تعيـــــين روشها و پروتكل هاي تكنيكي درمـــان با اشعه، تعيين فيلد درماني با بكارگيري روشها و محاسبات دستي، كامپيـــوتري، دستگاهــهاي شبيه سازي و ابزارهاي فيزيكي مربوطه.

10- نظارت بر ترخيص بيماران تحت درمان با مواد راديواكتيو باز و بسته و ارائه مشاوره به آنها در ارتباط با حفاظت پرتوي در بخشهاي پزشكي هسته اي و راديوتراپي.

11- تحقيق و توسعه و معرفي تكنيك ها، ابزارها، دستگاهها و روشهاي جديد و راه انــــدازي آنها در بخشهاي مربـــــوطه در چهارچوب قرار دادها و وظائف محوله تـــوسط مراجع ذيربـــــط و يا طرف قرار داد.

12- تدوين استانداردها و شيوه نامه ها، تهيه دستورالعمل ها و آئين نامه هاي لازم در زمينه عملكرد دستگاهها، نكــــــات حفاظتي، كاليـــــبراسيون، تست هاي دوره اي و كليه موارد مندرج در بندهاي فوق در صورت درخواست مراجع ذيصلاح.

13- تهيه دستورالعمل ها، آئين نامه ها و شيوه نامه هاي داخل بخشي لازم در زمينه عملكرد دستگاهها، كاليبراسيون و تست هاي دوره اي و كليه موارد مندرج در بندهــــاي فوق جهت مراجع طرف قرار داد در چهارچـــــوب قوانين و استانداردهاي مصوب.

14- ارائه خدمات مشــــاوره اي در زمينه بكارگيري پرسنل فني، گردش كار و مديريت بخشي در بخشهاي پزشكي مربوطه.

بخشهاي پزشكي و موسساتي كه از نظارت و خدمات فوق بهره مي برند:

الف- بخشها و مراكز تصويربرداري شامل: سي تي اسكن- MRI- راديولوژي- فلورئــوسكــوپي- اندازه گيري دانسيته استخوان- ماموگرافي- آنژيوگرافي- اكو- CATLAB- طيف نگاري.

ب- بخشها و مراكز پزشكي هسته اي شامل: گاماكمرا- SPECT- PET- اندازه گيري جذب يد- RIA- سيستمهاي آزمايشگاهي تشخيصي طبي راديواكتيو- درمان توسط چشمه هاي راديواكتيو باز.

ج- بخشها و مراكز راديوتراپي شامل: دستگاهها و روشهاي تله تراپي- براكي تراپي- راديوسرجري و گامانايف، سيمولاتور، طراحي درمان.

د- بخشها و مراكز تشخيصي و درماني كه از پرتوهاي غيريونيزان استفاده مي كنند شامل: اولتراسوند- سنگ شكن- الكترومغناطيس، ليزرهاي درماني، تشخيصي و ترميمي، مادون قرمز IR و ترموگرافي، ماوراء بنفش، نور و اپتيك.

 

 

تابشهاي هسته اي

خواص تابش

 

چهار نوع تابش اصلي وجود دارند كه مورد بحث قرار مي گيرند:

 

ذرات آلفا

ذرات آلفا داراي بار مثبت (2 واحد) و جرم u4 هستند .

ذرات بتا

ذرات بتا داراي بار منفي (1 واحد) و جرم قابل صرف نظر هستند.

پرتو گاما

پرتو گاما فاقد بار و جرم هستند.

نوترونها

نوترونها داراي بار نيستند ولي جرمي معادل u1 دارند.

خواص ذرات شتابدار (الكترونها، پروتونها، دوترونها ...) را مورد بحث قرار نخواهيم داد و فقط در مورد نوترون بحث خواهد شد.

جهت بررسي اختلاف بين پرتوها شكل 2-1 را كه بوسيله مادام كوري ارائه شده و در آن ميدان مغناطيسي عمود بر صفحه كاغذ است را در نظر مي گيريم. ميداني كه ذرات بتا را تحت تاثير قرار مي دهد تقريباً بر روي ذرات آلفا تاثير كمتري دارد. نوترونها نيز همچون پرتو گاما بدون تاثير از ميدان عبور مي كنند و پوزيترونها همچون ذرات بتا، ولي در جهت مخالف عمل مي نمايند.

 

يونيزاسيون

هنگام عبور يك ذره باردار از نزديكي يك اتم نيروهاي الكترواستاتيك الكترونهاي اربيتالهاي اتم وارد عمل مي شوند. چنانكه ذره خيلي نزديك به اتم عبور كند احتمال اينكه يكي از الكترونهاي اربيتالها با بدست آوردن انرژي كافي از اتم خارج شده و بگريزد زياد خواهد بود. اين پديده يونيزاسيون ناميده مي شود. اتمي كه يك الكترون از دست داده است داراي بار مثبت شده و همراه الكترون تشكيل يك جفت يون مي دهد. انرژي از دست رفته ذرات بستگي به طبيعت ماده اي دارد كه ذره از آن عبور مي كند ولي اين مقدار انرژي به بزرگي انرژي ذره باردار نيست. در هوا،انرژي لازم جهت تشكيل يك جفت يون ev34 است. چنانچه مقدار MBq1 از يك گسيلنده آلفا با انرژي MeV4 وجود داشته باشد هنگام انتقال انرژي اين ذرات به هوا 10¹¹ ´18/1 = (10⁶´4´10⁶) «جفت يون» در ثانيه بوجود خواهد آمد يعني مقدار بارهاي منفي برابر 10¹¹ ´ 18/1 در ثانيه است. از آنجا كه يك واحد بار برابر ^19-10 ´ 6/1 كولن است، شدت جريان توليد شده برابر «آمپر» ^8-10 ´ 9/1 خواهد بود.(از يك چشمه mCi1 شدت جريان برابر        ^7-10 ´ 9/6 آمپر است). اين پديده اساس اندازه گيري اكتيويته توسط شدت جريان يون توليد شده است كه در آشكارسازي ذرات باردار مورد بحث قرار خواهد گرفت. از آنجا كه پرتوگاما و نوترونها فاقد بار  هستند، مستقيماً توليد يونيزاسيون نمي كنند و آشكارسازي آنها بستگي به اثرات ثانوي آنها دارد.

پديده اي كه همراه يونيزاسيون است برانگيختگي است و زماني رخ مي دهد كه انرژي رسيده به الكترون در حال گريز كافي نباشد، در حاليكه الكترون به انرژي بالاتري نيز دارد. چنانچه اتم برانگيخته به حالت پايدار برگردد گسيل نور با طول موج مشخصي بوقوع خواهد پيوست. از اين پديده در اندازه گيري اكتيويته بوسيله شمارشگرهاي سينتلاسيون سوسوزن(Scintillation) استفاده مي شود.

 

يونيزاسيون مخصوص

 از آنجا كه پرتوها هنگام برخورد با الكترونهاي ماده انرژي خود را از دست مي دهند، لذا هنگام عبور ذره باردار از ماده مسافت پيموده شده توسط ذره بستگي به انرژي اوليه و ميزان انرژي از دست رفته در واحد طول دارد. فاكتور مذكور بنام يونيزاسيون مخصوص است كه جهت اندازه گيري هر جفت يون در هر سانتي متر مسير مي باشد. اين مقدار براي ذرات آلفا برابر 40000 و براي ذرات بتا برابر 50 بوده و در هر حال بستگي به انرژي دارد.

 

ذرات آلفا

ذرات آلفا از يك فروپاشي مشخص با انرژي يكسان منتشر مي شوند و داراي طيف خطي گسسته هستند. با توجه به اينكه داراي يونيزاسيون مخصوص بالايي مي باشند، مسافت پيموده شده در ماد ه توسط آنها كوتاه خواهد بود. يك ذره آلفا با انرژي MeV3 داراي بردي در حدود 16 ميلمتر در هوا بوده و با يك صفحه آلومينومي به ضخامت 015/0 ميليمتر متوقف مي شود.

 

ذرات بتا

برعكس ذرات آلفا، ذرات بتا داراي طيف پيوسته هستند. بدين معني كه اين ذرات مي توانند هر اندازه انرژي را تا محدوده ماگزيمم آن كه در واكنشهاي هسته اي بوجود مي آيند، داشته باشند. اين پديده با فرض مسلم وجود نوترينو (داراي جرم غير قابل ملاحظه و بدون بار) مورد بررسي و مطالعه قرار گرفته است. مطابق اين تئوري انرژي بين ذره بتا و نوترينو بطور نسبي تقسيم شده و مي تواند يك طيف پيوسته توليد نمايد (شكل 2-2). متوسط انرژي ذره بتا  انرژي ماگزيمم است و از اين طيف براي محاسبه نرخ جذب و يا گسيل انرژي استفاده مي شود(آهنگ دز). البته بايد در نظر گرفت كه مقدار نفوذ يا برد تابعي از انرژي ماكزيمم ذره است.

شناخت پسماندهاي پرتوزا

 شناخت پسماندهاي پرتوزا

 بطور کلي اصطلاح پسماند پرتوزا شامل همه موادي است که بطور مستقيم با محيط پرتوزا تماس پيدا کرده باشند و داراي فعاليتي بيش از مقدار تعيين شده مجاز توسط مقامات قانوني بوده و هيچ گونه استفاده بعدي براي آنها در نظر گرفته نشده است و چون خطرات زيستي براي سلول هاي زنده ايجاد مي كنند بايد از محيط خارج شده و بطور مناسب دفن شوند. اين مواد شامل هسته هاي پرتوزا و يا موادي مي باشند که با هسته هاي پرتوزا تماس داشته و به اصطلاح آلوده به مواد پرتوزا شده اند.

ميزان پرتوزايي پسماندهاي پرتوزا از مقادير كم (در حد مقادير پرتوزايي طبيعي) تا مواد با پرتوزايي بالا با فعاليت  و بيشتر که در بازفرآوري سوخت مصرف شده حاصل مي شوند، تغيير مي کند. اين پسماندها به اشکال جامد ، مايع و گاز وجود دارند. براي راحتي كار با اين مواد آنها را دسته بندي مي كنند.

 پسمان هاي پرتوزا در تأسيسات مختلف با غلظت هاي بسيار متفاوت و با ماهيت هاي مختلف فيزيکي و شيميايي توليد مي شوند. هدف از طبقه بندي پسمان هاي پرتوزا تقسيم يا گروه بندي آنها به گونه اي است که جا بجايي، نگهداري، آمايش، تثبيت، بسته بندي و دفـع آنهـا را آسـان نمايد. طبقه بندي مي تواند بر اساس منبع توليد، درجه سميت، حالت فيزيکي، پرتوزايي و نيمه عمر پسمان هاي پرتوزاي موجود انجام پذيرد.

 

1-1-1- طبقه بندي بر اساس حالت فيزيکي

 در اين طبقه بندي پسمان هاي پرتوزا را به سه دسته مايع، جامد و گازي طبقه بندي مي نمايند. هر يک از سه دسته فوق را نيز بر حسب ميزان پرتوزايي به چند گروه تقسيم مي نمايند که در زير به آنها اشاره مي گردد.

 

پسمان هاي مايع - آژانس بين المللي انرژي اتمي ميزان پرتوزايي اين پسمان ها را طبق مقررات خود بر حسب کوري در متر مکعب (Ci.m^-3) يا بکرل در ليتر (Bq.l^-1) بيان مي کند. جدول 1-1 طبقه بندي اين نوع پسمان ها را نشان مي دهد.

 

 

 

 

 

 

جدول1-1: طبقه بندي پسمان هاي مايع

گروه	ميزان پرتوزايي (Ci.m^-3)	توضيحات
1	^6-10>	معمولاً آمايش نمي شوند
2	از ^6-10 تا ^3-10	نياز به حفاظ ندارند
3	از ^3-10 تا ^1-10	احتمالاً نياز به حفاظ دارند
4	از ^1-10 تا 10^4	نياز به حفاظ دارند
5	10^4<	نياز به سرد کردن دارند

 

 

پسمان هاي جامد: طبقه بندي پسمان هاي جامد در مقايسه با پسمـان هاي مايع پيچيده تر است. اين نوع پسمان ها ممکن است بر حسب نوع پرتوزايي (بتا، گاما يا آلفا ) يا بر حسب قابل اشتعال بودن و نيز تراكم پذيري طبقه بندي شوند. براي سنجش ميزان پرتوزايي بتا و گاما در پسمان هاي جامد معمولاً مقدار تشعشع آنها را در سطح خارجي محفظه هاي حاوي آنها اندازه گيري مي نمايند. در مواردي نيز ميزان دز واقعي را مي توان در سطح خود پسمان اندازه گيري نمود.

 

جدول 2-1: طبقه بندي پسمان هاي جامد

گروه	ميزان پرتودهي در سطح پسمان (D) بر حسب R/h	توضيحات
1 2 3	D £ 0.2	داراي پرتو هاي گاما و بتا (پرتو آلفا ناچيز)
	£ D £ 2 0.2
	2 < D
4	ميزان پرتوزايي آلفا بر حسب Ci/m^3، كليه پسمان هاي جامد كه پرتوگيري خارجي آنها ناچيز است ولي آلودگي آنها با پرتوهاي آلفا قابل توجه است در اين گروه قرار مي گيرند	داراي پرتو آلفا (پرتو گاما و بتا ناچيز)

 

 

 

پسمان هاي گازي: پسمان هاي گازي را بر حسب ميزان پرتوزايي در واحد حجم هوا دسته بندي مي نمايند. البته عوامل ديگري از قبيل فشار، درجه حرارت، ميزان رطوبت و روغن موجود در گاز نيز بايد مشخص باشند.

 

 

جدول 3-1: طبقه بندي پسمان هاي گازي

گروه	ميزان پرتوزايي (A) بر حسب Ci/m^3	توضيحات
1	A £ 10^-10	معمولاً آمايش نشده و به محيط وارد مي شوند
2	10^-10 £ A £ 10^-6	معمولاً بوسيله عبور از صافي آمايش مي شوند
3	10^-6 < A	علاوه بر عبور از صافي با روش هاي مكمل ديگري آمايش مي شوند