نوعی از امواج الکتو مغناطیسی است که طول امواج آن...


اشعه گاما

 نوعی از امواج الکترومغناطیسی است. طول موج آن بسیار کوتاه است و از ۱ تا ۰٫۰۱ آنگستروم تغییر می‌کند. جرم آن در مقیاس اتمی صفر، سرعت آن برابر سرعت نور، بار الکتریکی آن صفر است. انرژی اشعه گاما از ۱۰ کیلو الکترون ولت تا ۱۰ مگا الکترون ولت تغییر می‌کند.

برد اشعه گاما بسیار زیاد است. مثلاً در هوا چندین متر است. خاصیت ایجاد یونیزاسیون و برانگیختگی در اشعه گاما نیز وجود دارد. ولی به مراتب کمتر از ذرات آلفا و بتا است. مثلاً اگر قدرت یونیزاسیون متوسط اشعه گاما را یک فرض کنیم، قدرت یونیزاسیون متوسط ذره بتا ۱۰۰ و ذره آلفا ۱۰۴ خواهد بود. قدرت نفوذ این اشعه به مراتب بیشتر از ذرات بتا و آلفا است. طیف انرژی اشعه گاما، همانند ذرات آلفا تک انرژی است. یعنی تمام فوتون‌های گامای حاصل از یک عنصر رادیواکتیو دارای انرژی یکسانی هستند.وبه علم کمک بسیار اساسی می کند.

این اشعه تنها از یک تکه فلز سرب به طول 40 سانتی نتر نمی توناد عبور کند.

این پرتو از لحاظ انر‍ژی شباهت بسیاری با اشعه ایکس دارد ولی مهمترین تفاوت این اشعه با اشعه ایکس در این است که اولا منشا تولیداشعه ایکس یک واکنش اتمی است در حالی که منشا تولید اشعه گاما یک برهمکنش هسته ای است و دوم اینکه طیف اشعه گاما نسبت به اشعه ایکس همدوس تر و متمرکز تر می باشد.

دید کلی

با توجه به اینکه اشعه گاما دارای تشعشع الکترومغناطیسی می‌باشد، آن فاقد بار و جرم سکون است. اشعه گاما موجب برهمکنشهای کولنی نمی‌گردد و لذا آنها برخلاف ذرات باردار بطور پیوسته انرژی از دست نمی‌دهند. معمولا اشعه گاما تنها یک یا چند برهمکنش اتفاقی با الکترونها یا هسته‌های اتم‌های ماده جذب کننده احساس می‌کند. در این برهمکنش‌ها اشعه گاما یا بطور کامل ناپدید می گردد یا انرژی آن بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌یابد. اشعه گاما دارای بردهای مجزا نیست، به جای آن ، شدت یک باری که اشعه گاما بطور پیوسته با عبور آن از میان ماده مطابق قانون نمایی جذب کاهش می‌یابد.

فروپاشی گاما

در فروپاشی گاما ، هنگامی که یک هسته تحت گذارهایی از حالات برانگیخته بالاتر به حالات برانگیخته پایین‌تر یا حالت پایه آن می‌رود، تشعشع الکترومغناطیسی منتشر می‌گردد. معادله عمومی فروپاشی گاما بصورت زیر است:

AZX*-------->AZX + γ


که در آنX و X* به ترتیب نشان دهنده حالت پایه (غیر برانگیخته) و حالت با انرژی بالاتر است. قابل ذکر است که این فروپاشی با هیچ گونه تغییر در عدد جرمی (A) و عدد اتمی (Z) همراه نیست.

حالت برانگیخته هسته و حالت با انرژی پایین حاصل شده در اثر نشر پرتو گاما ، فقط زمانی به عنوان ایزومر هسته‌ای در نظر گرفته می‌شود که نیمه عمر حالت برانگیخته به اندازه‌ای طولانی باشد که بتوان آن را به سادگی اندازه گیری نمود. زمانی که این حالت وجود داشته باشد، فروپاشی گاما به عنوان یک گذار ایزومری توصیف می‌گردد. اصطلاحات حالت نیمه پایدار یا حالت برانگیخته برای توصیف گونه‌ها در حالات انرژی بالاتر از حالت پایه نیز به کار می‌رود.

اشعه گاما

اشعه گاما

حالتهای فروپاشی گاما

·         نشر اشعه گامای خالص :
در این حالت فروپاشی گاما ، اشعه گامای منتشر شده بوسیله یک هسته از یک فرآیند فروپاشی گاما برای کلیه گذارها بین ترازهای انرژی که محدوده انرژی آن معمولا از 2 کیلو الکترون ولت تا 7 میلیون الکترون ولت می‌باشد، تک انرژی است. این انرژیهای گذارها بین حالت کوانتومی هسته بسیار نزدیک هستند. مقدار کمی از انرژی پس زنی هسته با هسته دختر (هسته نهایی) همراه می‌باشد، ولی این انرژی معمولا نسبت به انرژی اشعه گاما بسیار کوچک بوده و می‌توان از آن صرفنظر کرد

.

اشعه گاما

نقاط نورانی، اشعه های گامای ساتع شده از انفجار را نشان می دهد.

·         حالت فروپاشی بصورت تبدیل داخلی :
در این حالت فروپاشی ، هسته برانگیخته با انتقال انرژی خود به یک الکترون اربیتال برانگیخته می‌گردد، که سپس آن الکترون از اتم دفع می‌شود. اشعه گاما منتشر نمی‌شود. بلکه محصولات این فروپاشی هسته در حالت انرژی پایین یا پایه ، الکترونهای اوژه ، اشعه ایکس و الکترونهای تبدیل داخلی می‌باشد. الکترونهای تبدیل داخلی تک انرژی هستند. انرژی آنها معادل انرژی گذار ترازهای هسته‌ای درگیر منهای انرژی پیوندی الکترون اتمی می‌باشد.

با توجه به اینکه فروپاشی تبدیل داخلی منجر به ایجاد یک محل خالی در اربیتال اتمی می‌شود، در نتیجه فرآیندهای نشر اشعه ایکس و نشر الکترون اوژه نیز رخ خواهد داد.

·         حالت فروپاشی بصورت جفت :
برای گذارهای هسته‌ای با انرژی‌های بزرگتر از 1.02 میلیون الکترون ولت تولید جفت اگر چه غیر معمول است اما یک حالت فروپاشی محسوب می‌شود. در این فرآیند ، انرژی گذرا ابتدا برای بوجود آمدن یک جفت الکترون – پوزیترون و سپس برای دفع آنها از هسته بکار می‌رود.

انرژی جنبشی کل داده شده به جفت معادل اختلاف بین انرژی گذار و 1.02 میلیون الکترون ولت مورد نیاز برای تولید جفت است. پوزیترون تولید شده در این فرآیند نابود خواهد شد.

*******************************************************************************************************



ستارگان بخاطر انتشار نور قابل رؤیت هستند. ولی در فضا انواع دیگری از تشعشعات هست که نمی‌توانیم آن را ببینیم. این تشعشع نامرئی حاوی اطلاعاتی درباره اجرامی نظیر حفره سیاه است. اگر چه تلسکوپهای زمینی بخشی از این تشعشع را جمع می‌کنند، اما ستاره شناسان باید تجهیزاتشان را به بالای جو زمین بفرستند تا نامرئی‌ترین تشعشعات را مطالعه کنند.

طیف الکترومغناطیسی

همه اجسام آسمانی امواج الکترومغناطیسی منتشر می‌کنند. هر چه جسم گرمتر باشد، انرژی بیشتری ساطع می‌کند. اجرای سماوی بسیار گرم تشعشعاتی با طول موجهای کوتاه پرانرژی و اجرام سردتر تشعشعاتی با طول موجهای بلند کم انرژی منتشر می‌کنند. اشعه‌های گاما پرانرژی‌ترین امواج الکترومغناطیسی هستند، ولی امواج رادیویی کمترین انرژی را دارند.

 

 

منابع رادیویی

وقتی بتوان دمایی به ماده نسبت داد و وقتی کوانتومهای جذبی وگسیلی کافی با این فرکانسها وجود داشته باشد، آنگاه توزیع انرژی تابشی حاصل از آن ماده که به فضا سرازیر می‌شود، شکل منحنی یک جسم سیاره را دارد. در امواج رادیویی با فرکانس پایین ، انرژی زیادی در یک منحنی جسم سیاه وجود ندارد، مگر اینکه دما فوق العاده بالا باشد. به این دلیلی بود که ستاره شناسان برای مدت مدیدی (تا اواخر دهه 1940 میلادی) گمان می‌کردند که تلاش در جهت مشاهده جهان بوسیله امواج رادیویی حتی اگر جو زمین در مقابل آن امواج شفاف باشد، ارزشی ندارد. در نتیجه اکثر اکتشافات اساسی ستاره شناسی رادیویی ، از خارج رصدخانه‌ها انجام می‌شد.

 

اشعه گاما

 

کهکشان گاما
مطالعه تشعشعات گاما به ما امکان می‌دهد
تا ببینیم متراکمترین گازهای کیهانی در کجا واقعند.

 

 

ستاره شناسی اشعه گاما و ستارگان جدید الورود

اشعه گاما که توسط ماهواره‌های مستقر در مدار زمین جمع آوری شده ، حاوی تشعشات بسیار پر انرژی می‌باشد. این اشعه ، منابع کیهانی گوناگونی از جمله پالسارها و هسته کهکشان راه شیری دارد. انتشار بسیار کوتاه اشعه شدید گاما معروف به فورانهای اشعه گاما، از هنگام کشف شان در سال 1967 ستاره شناسان را متحیر کرده اند، زیرا این تشعشات پراکنده اند و منشا دقیقشان هنوز ناشناخته مانده است. رصد خانه اشعه کامای کامپتون سنگین ترین ماهواره غیر نظامی است که تا کنون پرتاب شده است. وزن آن در زمین متجاوز از 17 هزار کیلوگرم (37500 پیوند) است. منطقه روشن نشانگر فعالیت اشعه های گاماست.

خواص اشعه رادیواکتیو

عناصر رادیواکتیو معمولا سه نوع ذره یا اشعه از خود صادر می‌کنند که شامل ذره آلفا ، ذره بتا و اشعه گاما است. با قرار دادن اشعه رادیواکتیو تحت تاثیر میدان مغناطیسی متوجه شده‌اند که ذره آلفا دارای بار مثبت ، بتا دارای بار منفی و اشعه گاما بدون بار است.

خواص ذره آلفا

جنس ذره آلفا ، هسته اتم هلیوم است که از دو نوترون و دو پروتون تشکیل یافته است. جرم آن حدود 4 برابر جرم پروتون و بار الکتریکی آن 2+ و علامت اختصاری آن (4,2)He است. برد ذره آلفا به عنصر مادر ، انرژی اولیه و جنس محیط بستگی دارد. مثلا برد ذره آلفا صادره از رادیوم در هوا تقریبا 4.8 سانتیمتر می‌باشد. ذره آلفا به علت داشتن 2 بار مثبت هنگامی که از نزدیکی یک اتم عبور می کند، ممکن است تحت تاثیر میدان الکتروستاتیکی خود ، الکترون مدار خارجی آن اتم را خارج سازد و یا به عبارت دیگر اتم را یونیزه کند. همچنین ذره آلفا قادر است محل الکترون را تغییر دهد، یعنی الکترون تحت تاثیر میدان الکتریکی ذره آلفا از مدار پایین تری به مدار بالاتر صعود می‌کند و در نتیجه اتم به حالت برانگیخته در می‌آید. قابلیت نفوذ ذره آلفا بسیار کم است.

خواص ذره بتا

جنس ذره بتای منفی ، از جنس الکترون می‌باشد، بار الکتریکی آن 1- و علامت آن بتای منفی است. برد ذره بتا در هوا در حدود چند سانتیمتر تا حدود یک متر است. البته برد این ذره نیز به انرژی اولیه (عنصر مادر) و جنس محیط بستگی دارد. برخلاف ذره آلفا ، ذره بتا از نظر حفاظت یک خطر خارجی محسوب می‌شود. خاصیت یون سازی این ذره به مراتب کمتر از ذره آلفا است، یعنی بطور متوسط در حدود 100 مرتبه کمتر از ذره آلفا می‌باشد. ذره بتا می‌تواند در اتمها ایجاد برانگیختگی کند، ولی این خاصیت نیز در ذره بتا، به مراتب کمتر از ذره آلفا است. قدرت نفوذ ذره بتا بطور متوسط 100 برابر بیشتر از ذره آلفا است. طیف ذره بتا تک انرژی نیست، بلکه یک طیف پیوسته است که تمام مقادیر انرژی از 0 تا انرژی ماکزیمم را دارا می‌باشد. این ذره همان پوزتیرون است که ضد ماده الکترون می‌باشد. جرم آن با جرم الکترون برابر بوده و دارای باری مخالف با بار الکترون است و علامت اختصاری آن حرف بتای مثبت است.

خواص اشعه گاما

جنس اشعه گاما از جنس امواج الکترومغناطیسی می‌باشد، یعنی از جنس نور است. ولی با طول موج بسیار کوتاه که طول موج آن از 1 تا 0.01 آنگستروم تغییر می‌کند. جرم آن در مقیاس اتمی صفر ، سرعت آن برابر سرعت نور ، بار الکتریکی آن صفر و علامت اختصاری آن حرف گاما می‌باشد. انرژی اشعه گاما از 10 کیلو الکترون ولت تا 10 مگا الکترون ولت تغییر می‌کند. برد آنها بسیار زیاد است. مثلا در هوا چندین متر است. خاصیت ایجاد یونیزاسیون و برانگیختگی در اشعه گاما نیز وجود دارد. ولی به مراتب کمتر از ذرات آلفا و بتا است. مثلا اگر قدرت یونیزاسیون متوسط اشعه گاما را یک فرض کنیم، قدرت یونیزاسیون متوسط ذره بتا 100 و ذره آلفا 104 خواهد بود. قدرت نفوذ این اشعه به مراتب بیشتر از ذرات بتا و آلفا است. طیف انرژی اشعه گاما ، همانند ذرات آلفا تک انرژی است. یعنی تمام فوتونهای گامای حاصل از یک عنصر رادیواکتیو دارای انرژی یکسانی هستند.

دوربین گاما

دوربین گاما :
امروزه یکی از ابزارهای مهم در پزشکی هسته ای دوربین گاما است . این وسیله برای به تصویر کشیدن پرتو های گامای ساطع شده از عضو هدف به کار می رود . پس از آنکه در پخش پزشکی هسته ای بیمار را روی تخت خاص خود مستقر کردند رادیو ایزوتوپ را تجویز می کنند . رادیو اکتیویته در بافت هدف تجمع می کند بعضی از رادیو ایزوتوپ ها بافت هدفشان چند گانه است اینها در اسکن از کل بدن به کار میآیند. ولی به طور مثال رادیو ایزوتوپی Dtpa TCدر ناحیه ی کلیه تجمع پیدا میکند . اگر از TC_ Dmsa استفاده کنیم در ناحیه ی کبد تجمع می کند . ویژگی رادیو ایزوتوپ آن است که در هر جایی که متابولیسم بیشتر است تجمع بیشتر است . وقتی رادیو ایزوتوپ تجویز شد به سه شکل به بیمار داده می شود یا به درون رگ تزریق می کنند یا به صورت خوراکی است یا استنشاق .
درون بافت رادیو ایزوتوپ شروع به پرتودهی می کند و خود بافت منبع تابش پرتو می شود . و گاما با انرژی مناسب برای دتکتور ساطع می شود .
اجزای گاما : camera
تحتانی ترین قسمت collimator است که انواع مختلفی دارد : موازی , همگرا کننده, واگرا کننده, شکاف سوزنی یک صفحه دایره ای شکل است که یک مقطع از استوانه است و یک سری خطوط نازک کنار هم واقع شده است . collimator در دوربین گاما همانند grid در رادیو گرافی عمل می کند . کلیماتور در حذف پرتو های منحرف شده کومپتون کمک می کند . باید کلیماتور را به بافت نزدیک کنیم تا ضخامت هوا کم شود و پرتو های که به دوربین گاما می رسد بیشتر شود . تیغه های کلیماتور به پرتو هایی اجازه عبور می دهند که به موازات تیغه ها باشند . به این ترتیب noise تصویر کم می شود noise منشا واقعی ندارد و دقت تصویر را کم می کند . تیغه ها تعیین کننده میدان دید سیستم است . منطقه ی دید دوربین گاما را F.O.V می گویند . در نوع موازی تصویر با اندازه جسم یکسان است . در نوع همگرا کننده F.O.V از قطر بیشتر است ولی تصویر کوچکتر است و در تصویر نگاری از مناطق وسیع بدن بکار گرفته می شود . در واگرا کننده تصویر بزگتر از جسم است . و سر انجام شکاف سوزنی در تیروئید کار آمد است و بافت را با دقت زیادی بررسی می کند .


پشت کالیمتور دتکتور قرار دارد که یک کریستال سنتیلاتور است و از یدید سدیم یا یدید سزیم تشکیل شده است . این کریستال به رطوبت حساس است و دور تا دور آن را با یک لایه ی نازک پلاستیکی شفاف می پوشانند . کار این کریستال این است که پرتو های آبی بنفش یا u.v ساطع می کند . تعیین ضخامت کریستال بسیار مهم است چون توان تفکیک عرضی به این ضخامت بستگی دارد .اگر ضخامت زیاد باشد فوتون نور مرئی در خود ضخامت یدید سدیم جذب یا منحرف می شود . پشت کریستال P.M.T واقع است که نور مرئی را می گیرد و یک سیگنال قوی می فرستد . تعدادP.M.T در دستگاه های مختلف فرق می کند از 17 در دستگاه های ارزان قیمت و 99 در دستگاه های گران قیمت می باشد . هر چه تعداد P.M.T بیشتر باشد توان تفکیک بهتر است . P.M. T باید سطح مقطع شش ضلعی دا شته باشد چون باید کل کریستال را پوشش دهد . هر چه P.M.T بیشتر باشد می توانیم ضخامت کریستال را کمتر کنیم ولی دستگاه گران قیمت تر می شود .
فیلم های رادیو گرافی دارای ملیون ها کریستال می باشند توان تفکیک فوق العاده عالی است چون در مقایسه با دوربین گاما کریستال های زیاد تری دارند ولی ما در رادیو گرافی آناتومی را بررسی می کنیم ولی در پزشکی هسته ای فیزیولوژی هدف است . مثلا ما یک نا حیه از کبد را بررسی می کنیم و میبینیم پرتودهی زیاد تر از حد معمول است متوجه می شویم آن نقطه یا سرطان است یا عفونت چون متا بولیسم زیاد است و ارتفاع سیگنال زیاد است ولی جایی که مرده است P.M.T تحریک نمی شود . بعد از P.M.T سیگنال را پیش تقویت و بعد تقویت می کنیم .
پشت P.M.T از یک فیلتر استفاده می کنیم که P.H.A است . این وسیله سیگنال ها را بر حسب ارتفاع رده بندی می کند . و می توانیم برایش gain تعریف کنیم .ارتفاع های خیلی زیاد یا خیلی کم را حذف کنیم تا noise تصویرمان کم شود . بعد از P.H.A به A / D می فرستیم و وارد حافظه کامپیوتر می کنیم . حالا پردازش گر software را فعال می کنیم تا تصویر هر نقطه را در جای خودش تعریف کند .
تعداد data خیلی مهم است تا تعداد به حد مطلوبی نرسد تصویر تشکیل نمی شود . در سیستم های قدیمی و جدید اینکه چه مقدارdata برای تشکیل تصویر کفایت می کند سرعت تشکیل را مشخص می کنند . تصویر پردازش شده را می توانیم save کنیم و بعد روی فیلم پرینت کنیم . و n مدل فیلتر برای پردازش تصویر وجود دارد که با قلم نوری R.O.I انجام می گیرد فیلم را نقطه به نقطه و خط به خط بمباران می کنند و فیلم هم حساس به لیزر نئون هلیم است . و از پرینتر لیزری استفاده می کنیم که به آن imager می گویند این اطلاعات دو بعدی است . head دوربین را می توانیم در زوایای مختلف بچر خانیم تا کل با فت را در جهت های مختلف ببنیم در انواع قدیمی تر بیمار را می چر خاندند .در اینجا کل بافت هدف را به تصویر می کشیم .