1-1 مقدمه

درمان ایده آل سرطان باید به نحوی باشد که تمام سلول های سرطانی مورد حمله قرار گیرد بدون آنکه به بافت های سالم آسیبی برسد. بیشتر سلول های سرطانی باید مورد تهاجم قرار گیرند ، همچنین سیستم ایمنی بدن نیز می تواند به عنوان عامل کمکی باشد ، وگرنه ممکن است سلول های سرطانی دوباره بتوانند خود را بسازند. اگرچه امروزه روشهای تراپی (درمانی) (مانند جراحی، رادیوتراپی و شیمی درمانی) توانسته اند برخی انواع سرطان ها را درمان کنند، ولی درمان برخی سرطان ها هنوز نا موفق مانده است. روش آزمایش جدیدی برای درمان سرطان که "درمان بوسیله گیر اندازی نوترون توسط بور" یا همان BNCT ، نام دارد روشی امید بخش است.

بی ان سی تی دارای دو مولفه برای درمان است. مولفه اول : استفاده از بورون پایدار طبیعی Boron-10 که می توان توسط نشاندار کردن ترکیبات شیمیایی که تومور مایل به جذب آنهاست انجام گیرد. مولفه دوم: پرتو کم انرژی نوترون است. بورن 10 داخل و یا نزدیک تومور سرطانی، پس از گیراندازی نوترون شکافته می شود که تکه های (پاره های) پرانرژی و سنگین شکافت بور ، تنها به سلول های مجاور و خیلی نزدیک خود صدمه می زنند(برد کم به دلیل جرم زیاد به تکه های شکافت) که اصولا سلول های سرطانی هستند (به دلیل نشاندار کردن و جذب بورون در بافت سرطانی) و بافت های سالم کمترین آسیب را می بینند.

1-2 مبنای درمان بوسیله گیر اندازی نوترون NCT

پنج سال پس از کشف نوترون توسط چادویک Chadwick در سال 1932 در دانشگاه کمبریج ، یک فیزیک پزشک به نام "لوچر" Locher از انستیتو فرانکلین در پنسیلوانیا ، مفاهیم پایه ای NCT را بیان کرد. اصول فیزیکی NCT ساده و زیباست که بر پایه واکنش هسته ای است. وقتی بورون طبیعی 10B تحت تابش نترون های حرارتی کم انرژی قرار می گیرد ، در اثر شکافت هسته بور ، هلیوم-4He 4 پرانرژی (ذره آلفا) و یون لیتیوم-7  7Li، پس زده می شوند.

شکل زیر مراحل این رویداد را نشان می دهد.

روش BNCT بر اساس نشان دار کردن مواد تومور دوست با بور طبیعی انجام می شود که در تومور متمرکز می شود. در هنگام تابش تومور بوسیله نوترون، 10B با جذب نوترون های کم انرژی و پراکنده کردن ذرات کم برد آلفا و لیتیم که اکثر انرژی خود را در سلول های سرطانی به جا می گذارند، که اتم 10B در آن قرار دارد. بنابراین، اگر 10B با تمرکز بیشتری در تومور قرار گیرد (نسبت به بافت های سالم اطراف) ، در نتیجه بیشترین دوز تابشی به سلول سرطانی می رسد.

هسته های زیادی وجود دارند که از خود تمایل به جذب نورترون کم انرژی حرارتی نشان می دهند. از این هسته های متنوع ، که دارای سطح مقطع بالایی برای جذب نوترون هستند ، 10B جاذب بسیار خوبی برای این نوترون هاست ، چون:

1) 10B رادیو اکتیو نیست و به راحتی و وفور در طبیعت یافت می شود.

2) ذرات منتشر شده بوسیله واکنش جذب نوترون توسط بورون 10B(n, alpha)7Li دارای انتقال خطی انرژی(LET) یا dE/dx بالایی هستند.

3) طول مسیر طی شده توسط این ذرات در حد قطر یک سلول است. مثلا حدود 12 میکرون ، که باعث باقی گذاشتن بیشترین اثر بر روی سلول های سرطانی ای می شود که در اطراف 10B قرار دارند .

4) دانستن خواص شیمیایی بور ، اجازه می دهد که ترکیبات مختلف و متنوعی از آن برای تومورهای مختلف ساخته شود.

اگرچه سطح مقطع جذب عناصر داخل بافت چندین برابر کمتر از 10 B است (مانند هیدروژن و نیتروژن) ، ولی در کل باعث بالا رفت دز جذبی می شوند. کاهش دوز زمینه دارای اهمیت است ، چون در اثر شار نوترون (neutrons/cm 2) مقدار کمی واکنش (n,p) با نیتروژن رخ دهد 14N(n,p)14C رخ دهد. و یا واکنش نوترون-گاما(n, gamma) با هیدروژن رخ دهد1H(n,gamma) 2H .

ذرات آلفا و یون های لیتیوم، حاصل از واکنش 10 B(n, alpha)7 Li ، به دلیل برد کمشان در داخل بافت (در حد 12 میکرون) ، در صورت تمرکز خوب بور در بافت سرطانی و حداقل بودن آن در خارج بافت سرطانی کمترین آسیب را به بافت های سالم می رساند ولی این به معنی صفر بودن اثر این ذرات بر روی بافت های سالم نیست. بنابراین ، در NCT باید کاری کرد که 10 B به مقدار زیاد در بافت سرطانی متمرکز شود. بافتها و سلولهایی که 10 B به آنها نرسیده ، صفر و یا حداقل تابش را دریافت خواهند کرد.

ذرات آلفا، با LET زیاد، دارای مزایای بیولوژیکی دیگری هستند. برخلاف انواع دیگری از تابش ها ، مانند X-Ray (پرتو رنتگن یا رونتگن) ، ذرات آلفا برای بالا بردن تاثیر گذاری شان نیازی به اکسیژن ندارند. رشد سریع تومور باید با افزایش خونرسانی اش باشد ، که باعث عدم اکسیژن رسانی مناسب نسبت به بافت های سالم می شود. در اثر این کمبود اکسیژن ، تومور می تواند در برابر فوتون ها و الکترون های تراپی معمولی پایداری بیشتری از خود نشان دهد(به دلیل LET پایین). حساسیت تومور نسبت به آلفا و تغییر نمی کند حتی اگر اکسیژن رسانی آن پایین بیاید.

یک مزیت دیگر ذرات آلفا و لیتیوم این است که می توانند سلولهای تقسیم شده و تقسیم نشده را مانند هم از بین ببرند، که این دارای اهمیت است چون تومور به صورت تعداد زیادی سلول زنده و غیر فعال شناخته شده است. شیمی درمانی و برخی روش های دیگر رادیوتراپی فقط روی سلول های تقسیم شده جدید کار می کنند.

اه چه بی رنگ و بی نشان که منم

کی ببینم مرا چنان که منم؟!

گفتی:«اسرار اندر میان آور.»

کو میان اندر این میان که منم؟

...

"حضرت مولانا"

باطری های اتمی دارای انواع مختلفی هستند که به دو گروه تبدیل حرارتی و غیر حرارتی تبدیل می شوند:

1- حرارتی:

_ تبدیل گرمایونی (جمع شدن الکترون ها بر روی الکترود در اثر گرم کردن الکترود)

_ مولد ترموالکتریک ایزوتوپی

_ سلول های ترمو فوتو ولتیک

2- غیرحرارتی (هسته ای):

_ مولد مستقیم بار (حاصل از واپاشی بتا، آلفا، شکافت هسته ای و ...)

_ باتری های اپتئوالکتریک (Optoelectric)

_ باتری های بتاولتیک (Betavoltaic)

در این نوشته ما به بررسی دو نوع غیر حرارتی شامل "اپتئوالکتریک" و " بتاولتیک" می پردازیم.

باتری های اپتئوالکتریک (Optoelectric)

اولین بار باتری اپتئوالکتریک توسط محققان مسکویی ساخته شد. یک ایزوتوپ منتشر کننده بتا مثل تکنسیوم 99 یا استرانسیوم 90 داخل یک گاز یا مایع لومینسنس قرار داده می شود. ایزوتوپ های منتشر کننده بتا دارای قطری در حد میکرون هستند که به تعداد زیاد درون گاز یا مایع قرار داده شده اند تا بیشترین کارایی را داشته باشند و پرتو بتا درون خود ایزوتوپ تلف نشود. برخی از انواع این ایزوتوپ ها حاصل زباله های راکتور هستند که در نتیجه کم قیمت هستند. پرتو های بتا باعث برانگیخته شدن گاز یا مایع "اکسیمر" احاطه کننده می شوند. این گازها از ترکیباتی مثل کریپتون ، آرگون ، زنون (گزنون) تشکیل شده اند. لایه دور این گازها و ماده رادیواکتیو(ایزوتوپ) توسط لایه ای فتو ولتیک پوشانده می شود که نور را به الکتریسیته تبدیل می کند.

باتری های بتاولتایک (Betavoltaic)

باتری های بتا ولتایک مولد های جریان الکتریکی هستند که از انرژی بتای منتشر شده از ماده رادیواکتیو برای تولید این جریان استفاده می شود. ماده رادیواکتیوی که به صورت گسترده استفاده می شود یکی از ایزوتوپ های هیدروژن یعنی تریتیوم است. برخلاف بسیاری از منابع انرژی که از تابش هسته ای برای تولید گرما استفاده می کنند که بعدا این گرما به الکتریسیته تبدیل می شود ، باتری های بتا ولتیک از یک فرایند غیر حرارتی پیروی می کند.

باتری های بتاولتیک 50 سال پیش اختراع شدند. در سال 2005 نوع جدیدی از باتری های بتاولتیک که از دیود سیلیکونی متخلخل استفاده می کرد ، ساخته شد که دارای کارایی زیادی بود. این کارایی بالا ناشی از افزایش سطح تماس بین ماده نیمه هادی(سیلسیوم) و ماده رادیواکتیو بود. سیلسیوم دارای منافذ زیاد (متخلخل) به گاز تریتیوم این امکان را می دهد که به راحتی با سیلسیوم تماس داشته باشد. یعنی دارای سطح موثر و کلی بیشتری است.

کاربردها

اولین استفاده از این باتری های برای استفاده های طولانی مدت مثل سفینه های فضایی برای یکی دو دهه است. برخی از استفاده های نوین از بتا ولتیک در لوازمی مانند گوشی تلفن همراه و لپ تاپ است. از سال 1973 نیز این باتری ها در لوازم پزشکی مثل پیس میکر (باتری قلب) به کار برده شد.

ذرات بتا به راحتی بوسیله حفاظ های نازک مهار می شوند و دارای برد بسیار کمی هستند (برخلاف اشعه گاما). به همین دلیل این باتری های خطرات ناشی از پرتو را ندارند. البته نشت مواد رادیواکتیو از داخل این باتری ها می تواند به شدت خطرناک باشد.

موانع

اشعه بتا ساطع شده می تواند به اجزای داخلی باتری صدمه بزند. مواد رادیو اکتیو دارای نیمه عمری مشخص هستند و به مرور زمان انرژی آنها کاهش می یابد. البته این زمان نسبت به زمان کاهش انرژی باتری های معمولی بسیار بیشتر است (چندین سال طول خواهد کشید). برای تریتیوم 12.32 سال طول می کشد تا شدت تشعشع به نصف مقدار اولی کاهش یابد.

شکل فوق دیاگرام یک باتری بتاولتایک را نشان می دهد.

شکل زیر یک اتصال تولید کننده ولتاژ را نشان می دهد:

تراکم الکترون های بتا در اتصال P-N باعث بوجود آمدن بایاس  مستقیم در نیمه هادی می شود:

این باعث می شود سلول بتاولتایک ، دیودی با بایاس مستقیم باشد. الکترون های از اربیتال خود کنده می شوند و باعث بوجود آمدن جریانی ناپایدار می شود:

در دانشگاه نیو مکزیکو بر روی ماده ای جدید کار می کنند که "ایکوساهدرال بورید" نام دارد. در این ماده نیمه هادی سخت قابلیت تبدیل مستقیم انرژی ذره بتا به جریان الکتریکی مشاهده شده است:

ایزوتوپ های مختلفی برای تولید الکتریسیته در این روش می توانند مورد استفاده قرار گیرند. که دارای انرژی های تولیدی مختلفی هستند:

ایزوتوپ هایی که دارای اکتیویته زیاد و نیمه عمر کوتاه دارند فقط می توانند کاربرد نظامی و فضایی پیدا کنند.

سيکلوترون (Cyclotron)

سيکلوترون يک نوع شتاب دهنده است که مي تواند به ذرات باردار هسته اي (آلفا ، دوترون، پروتون و ...) شتاب دهد. وقتي به اين ذرات شتاب داده شود داراي انرژي خواهند شد. شتاب داده شده بوسيله مسير حلزوني است که توسط يک ميدان بسيار قوي مغناطيسي ايجاد مي شود. عمل شتاب دادن در خلا انجام مي شود تا برخورد ذره شتاب دار با هوا و يا گاز به حداقل برسد. وقتي انرژي ذره مورد نظر به حد کافي بالارفت (حدود 18 Mev) توسط فيلتر کربني الکترون هايشان از آنها جدا مي شود تا به پروتون (يا در موارد ديگر دوترون) تبديل شوند تا به سمت هسته هاي هدف پرتاب شوند. هسته هدف که پروتون را جذب کرده راديواکتيو مي شود که به آن "راديوايزوتوپ"  گفته مي شود. بسياري از تصوير برداري هاي PET از فلور 18 (Fluorine-18) بهره مي برند.

در اين سيکلوترون ها به يون منفي هيدروژن (که متشکل از يک پروتون و دو الکترون است) و يا يون منفي دوتريوم (تشکيل شده از يک پروتون و يک نوترون و دو الکترون) شتاب داده مي شود. اين سيکلوترون ها براي توليد ايزوتوپ هاي PET و برخي ايزوتوپ هاي ديگر تحقيقاتي به کار برده مي شود.

اگرچه هر سيکلوتروني ويژگي کخصوص خود را دارد ولي از اجزاي اصلي زير تشکيل شده اند:

1_ چشمه يوني و سيستم تزريق آن

2_ مجموعه شتاب دهنده فرکانس راديويي (RF)

3_ سيستم خلا

4_ مجموعه هدف (متشکل از شاتل و خنک کننده و پمپ ها خلا و ...)

5_ سيستم ايمني

1_ چشمه يوني و سيستم تزريق آن

يون هاي هيدروژن از گاز هيدروژن بدست مي آيند. اين گاز درون يک محفظه با حرارت بالا تزريق مي شود که الکترون هاي زيادي از آن عبور مي کنند. در هنگام عبور گاز از اين محفظه، الکترون ها با گاز هيدروژن برخورد کرده که باعث توليد مقدار زيادي يون منفي هيدروژن مي شود. سپس H- به داخل محفظه خلا تزريق شده که داراي ولتاژي متفاوت است. جمع کثيري از يون ها به داخل شتاب دهنده تزريق مي شود که پرتو يوني را تشکيل مي دهند.

2_ مجموعه شتاب دهنده فرکانس راديويي (RF)

بدليل اين حقيقت که ذرات باردار منفي يا مثبت داخل ميدان مغناطيسي منحرف مي شوند باعث حرکت و شتاب ذرات باردار داخل سيکلوترون مي شود. اگر ميدان مغتاطيسي عمود بر مسير حرکت ذره باردار باشد بيشترين مقدار انحراف رخ خواهد داد. سرعت و در نتيجه انرژي ذره بايد به مقدار مورد نظر افزايش يابد که اين کار بوسيله شتاب دادن انجام مي شود. يک ولتاژ زياد (معمولا 30,000V ) با زاويه قائم به ميدان مغناطيسي به ميان دو الکترود که دي (dee) نام دارد اعمال مي شود. dee ها از جنس مس بوده که داراي مقاومت پاييني هستند تا بيشترين اعمال ولتاژ شتاب را بوجود آورند. ولتاژ بالا باعث جذب و در نتيجه شتاب گرفتن ذره مي شود. بوسيله تغيير سريع جهت اعمال ولتاژ (فرکانس بالا) ، شتاب دادن به دفعات زياد رخ مي دهد. شتاب دادن هاي پي در پي ، باعث حرکت حلزوني يون به سمت خارج مي شود که اين پرتو ها مي تواند به سمت هدف پرتاب شود. چون فاصله ذره باردار از مرکز دوران با رابطه مقابل داده مي شود: r = mv/qB که m  جرم ذره وV سرعت آن ، q بار آن و B  ميدان مغناطيسي اعمال شده است. انرژي جنبشي آن نيز چنين است: K = 1/2 mv² = R²q²B²/2m که R شعاع "دي" ها است.

براي مشاهده شکل پيشرفته حرکت ذره اينجا را کليک کنيد.

3_ سيستم خلا

Dee ها بوسيله يک پمپ قوي خلا ساز تخليه مي شوند تا ذره شتاب دار در حين شتاب گرفتن با اتم هاي گاز برخورد نکرده و به راحتي شتاب بگيرد. چون در صورت وجود هوا در مسير باعث تغيير انرژي يون شده و کيفيت محصول نهايي هدف را پايين مي آورد. همچنين در اثر برخورد يونها، اين يونها منحرف مي شون و به ديواره ها برخورد خواهند کرد که از شدت پرتو خواهد کاست. براي اين دستگاه ها معمولا از پمپ هاي انتشار روغني براي ايجاد خلا استفاده مي شود.

4_ مجموعه هدف (متشکل از شاتل و خنک کننده و پمپ ها خلا و ...)

سيکلوترون از باريکه ذرات پرانرژي استفاده مي کند که بر روي ماده هدف منسجم شده است. وقتي ذره بمباران کننده در هسته ماده هدف جذب شود ، بسته به انرژي ذره پرتاب شونده و سطح مقطع عنصر هدف براي انرژي هاي مختلف واکنش هاي مختلفي را شاهد خواهيم بود (مانند:  (p,n) يا (p,2n)  و ...) که در اين موارد باعث تغيير ماهيت هسته ، در نتيجه تغيير ماهيت خود ماده خواهد شد که مي توانيم از عنصري عنصر ديگري را توليد کنيم که راديواکتيو خواهد بود.

در اثر اين بمباران گرماي زيادي در هدف (به دليل افت خطي انرژي) توليد خواهد شد که بايد توسط سيستم خنک کننده ، خنک شود.

قالبي  که هدف در آن قرار مي گيرد تا در اطراف آن خلا توليد شود و بدون نشت خنک کاري انجام شود ، شاتل گفته مي شود.

به دليل متفاوت بودن شکل هندسي مجموعه هدف هاي گاز و مايع و جامد، اين مجموعه هاي در اتاق هاي مختلفي قرار دارند که از خروجي هاي مختلف سيکلوترون سر چشمه مي گيرند.

5_ سيستم ايمني

سيستم هاي ايمني بسياري در سيکلوترون وجود دارد که آن را کنترل مي کنند و بر قسمت هاي مختلف آن از جمله : گازها، تهويه، خنک کاري، نمايش تشعشع و ايمني پرسنل ، نظارت مي کند. مونيتورها توسط سيستم PLC به صورت 24 ساعته وضعيت سيستم را نشان مي دهند.

در هنگام توليد يک راديوايزوتوپ ، که به طور متوسط 90 دقيقه طول مي کشد(براي محصولات مختلف متفاوت خواهد بود) ، سيکلوترون در حال تشعشع است به همين دليل سيکلوترون بايد در اتاقي قرار گيرد که راه ورودي آن مارپيچ مي باشد تا ذرات داراي انرژي مستقيم و به راحتي نتوانند از آن خارج شوند. ديواره هاي اتاقي که سيکلوترون در آن قرار دارد داراي ضخامتي حدود 2m است. وقتي سيکلوترون خاموش است تشعشعي را توليد نخواهد کرد ولي ممکن است اتاق هدف(که جدا از اتاق سيکلوترون است و لي پرتو ها توسط باريکه اي که قسمت خروجي سيکلوترون است به هدف مي رسند) داراي تشعشع باشد که ناشي از برخورد ذرات باردار خروجي با محيط اطراف است.

همچنین در صورت هرگونه نشتی که منجر به از بین رفتن خلا قسمت هدف شود ، سیکلوترون از کار خواهد ایستاد و باعث اعلام هشدار می شود.

راديوايزوتوپ هاي توليد شده بايد بوسيله مراحل شيميايي از عنصر مادر و ايزوتوپ هاي جانبي جدا شده تا در صورت استفاده پزشکي ، به سلامتي بيمار آسيب نزند.

يکي از راديوايزوتوپ هايي که به طور وسيع استفاده مي شود 18F است که بوسيله نشاندار کردن مواد مختلف راديو داروهاي هسته اي از آن ساخته مي شود. يکي از معروف ترين نشاندار شده ها بوسيله 18F راديو داروي FDG است که مخفف FluoroDeoxyGlucose است و براي توموگرافي و تصويربرداري قلب و مغز از آن استفاده مي شود.

انواع ديگر راديو دارو هايي که بوسيله 18F نشاندار شده اند بدين شرح اند:

18F-FMISO (18F-Fluoromisonidazole), 18F-FLT (18F-Fluorodeoxythymidine) and 18F-FCH (18F-Fluorocholine).

البته راديوداروهاي مختلف و متنوعي وجود دارد که هر کدام روش توليد مخصوص به خود را دارند که در پست هاي قبلي به کاربرد آنها اشاره شده است.

مقدمه

انواع مختلف پرتو از جمله آلفا ، بتا ، گاما ، نوترون و ... برای حرکت در یک ماده نیاز به فضای خالی دارند. یعنی در تمامی انواع پرتو ها ، پرتو باید در داخل ماده برخورد های متعددی داشته باشد، حال ماده چه گاز و چه جامد و چه مایع باشد. برهمکنش بین پرتو و ماده برای شناسایی نوع ماده و پرتو و اثرات پرتو بر ماده مفید است. اکثرا وقتی یک پرتو وارد یک ماده می شود مقداری از انرژی جنبشی خود را به ماده هدف انتقال می دهد که می تواند باعث تغییراتی در ماده شود که همین تغییرات مبنای آشکار سازی را تشکیل می دهد. دانستن اینکه چه مقدار انرژی به ماده انتقال می یابد دارای اهمیت است. چون همین انتقال انرژی با موارد دیگری همچون دوزیمتری (که مفهومی است وابسته به سلامتی) ارتباط پیدا می کند.

برهمکنش ذرات آلفا با ماده

برای بررسی ذرات بتا ابتدا از ذرات آلفا آغاز می کنیم.

ذرات آلفا یوننده ترین نوع از انواع پرتو ها ی معمولی رادیواکتیو می باشند. یونش ویژه برای ذرات آلفا بسیار بزرگ است. این ناشی از این حقیقت است که ذرات آلفا دارای 2 بار مثبت و جرم بزرگ و سرعت کم هستند. در این پروسه انرژی از ذرات آلفا در اثر برخورد با اتم هدف به هدف منتقل می شود. یک ذره آلفا به طور متوسط حدود 35.5ev برای تشکیل هر جفت یون از دست می دهد. برای یونیزه کردن یک اتم هیدروژن 13.6 ev از دست می دهد.انرژی اضافی تبدیل به انرژی جنبشی الکترون کنده شده می شود. بنابراین وقتی یک جفت یون تولید می شود ، اگر انرژی زیاد باشد الکترون دارای انرژی جنبشی می شود. این امر برای ذره آلفایی که یونی تولید نکرده نیز ممکن است. معمولا الکترونها تنها انرژی کافی از ذره آلفای برخوردی را برای صعود به تراز بالا تر دریافت می کنند ، بدون آنکه آنرا از دست دهند. این معمولا وقتی که ذره آلفا با سرعت حرکت می کند، محتمل است. هرچه سرعت ذره آلفا بیشتر باشد ، زمان کمتری را در کنار اتم می گذراند. در نتیجه یونش ویژه ذره آلفا با افزایش انرژی کاهش می یابد. از حدود 1Mev تا 10Mev (شکل زیر)

در شکل زیر نیز نشان می دهد که یک ذره آلفای پر انرژی در یک ماده سیر می کند و یونش ویژه با افرایش مسافت و در نتیجه کاهش سرعت افزایش می یابد. ولی ناگهان با کاهش شدید سرعت و از بین رفتن بار ذره آلفا نمودار ناگهان سقوط می کند.

برهمکنش ذرات بتا با ماده

ذرات بتا شبیه به ذرات آلفا قادر به یونیزه کردن ماده هدف هستند. بهرحال، یونش ویژه در هوا برای ذرات بتا بسیار کمتر از ذرات آلفاست (حدود یک صدم). این ناشی از این حقیقت است که نسبت به ذره آلفا بار کمتر(نصف) و جرم کمتر(حدود یک چهار هزارم) است. به خاطر جرم کمتر این ذره سرعت زیاد تری را نسبت به ذره آلفا دارد(با انرژی یکسان). بنابراین، برای یونش یک اتم، یک ذره بتا می تواند بیشتر به اتم نزدیک شود چون میدان الکتریکی کمتر و سرعت زیاد تری دارد.

نمودار شکل زیر برای بتا های با انرژی مختلف را نشان می دهد. در کمتر از حدود انرژی1Mev یونش ویژه با افزایش انرژی، کاهش می یابد (مشابه به همان استدلال کاهش یونش برای ذره آلفا). وقتی انرژی ذره بتا بیشتر از 1Mev می شود ، یونش ویژه به آرامی افزایش می یابد. که این ناشی از اغتشاش در میدان الکتریکی ذره بتا در سرعت های بسیار بالاست (اثر نسبیتی) و افزایش احتمال بوجود آمدن تابش ترمزی است.

میدان الکتریکی حول یک ذرۀ بتای کم سرعت متقارن است. وقتی سرعت ذره بتا بالا می رود (در محدوده سرعت های نزدیک به سرعت نور) این میدان تقویت می شود و اندرکنش قوی تری با اتم خواهد داشت که در سرعت های پایین دیده نمی شود.

با استفاده از فرمول که β برابر v/c است، اگر E_k=1Mev باشد و m₀c² نیز برای الکترون .511Mev است. با جاگذاری این مقادیر ، V/C مساوی 0.94 بدست می آید یعنی سرعت الکترون 0.94 سرعت نور است.

در حالت سکون میدان الکتریکی در اطراف یک الکترون به شکل زیر است:

و در سرعت های کم به اینگونه است :

هر چه سرعت ذره بتا بالاتر می رود به شکل مقابل در می آید:

اگر سرعت ذره بتا بیشتر از سرعت نور در آن محیط (C/n)باشد ذره جلوتر از موج حرکت خواهد کرد که شبیه به کشتی ای است که با سرعتی بیش از سرعت امواج حرکت کند. این پدیده "اثر کورنکف" نام دارد.

همانگونه که گفته شد و از شکل های قبلی نیز مشخص است با بالا رفتن سرعت ذره, موج الکترومغناطیسی ذره نیز تقویت و منسجم شده است و یک مجموعه سخت را به وجود می آورد. به عبارت دیگر هم ذره و هم میدان الکترومغناطیسی آن باعث یونش می شوند.که تمامی این عوامل در کنار هم موجب افزایش یونیزاسیون در انرژی های بالا می شود.

(لازم به ذکر است که از فرمول بلوچ-بت هم می توان نمودار مورد نظر را توجیه کرد.)

منابع:

1- www.eas.asu.edu/~holbert/eee460/IonizationRange.pdf

2- www.westrain.org/documents/803/NP-4%20Nov%202005.doc 

3- www.physics.northwestern.edu/new335/PDF/alphabeta.pdf

4- http://www.shef.ac.uk/physics/teaching/phy320/topic7new.html

سایت جامع مهندسی هسته ای و پرتو پزشکی به ثبت رسید. لطفا ما را برای پیشبرد این سایت همراهی نمایید. این سایت دارای بخش های مختلفی از جمله قسمت دانلود، تالار گفتگو(فروم) ، اخبار و ... است.

لازم به ذکر است که این سایت فعلا نسخه اولیه خود را داراست و طی روزهای آینده بخش های فوق الذکر تکمیل خواهد شد.

برای ورود به این سایت اینجا را کلیک کنید.

کتاب فیزیک هالیدی جلد 1  ، کتاب آشکارسازی نول و چند مقاله دیگر در قسمت دانلود آن وجود دارد.

لطفا در این سایت عضو شوید.

با سپاس.