Bài tiểu luận YHHN dành cho y học hạt nhân và sinh viên y

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA Y DƯỢC

BÀI TIỂU LUẬN
CÁC LOẠI TIA PHÓNG XẠ THƯỜNG SỬ DỤNG
TRONG Y HỌC HẠT NHÂN

Nhóm sinh viên: Nguyễn Tuấn Anh

Giáo viên hướng dẫn

Nguyễn Huy Du

Gs. TSKH Phan Sỹ An

Trần Thị Giang

Ths. Bs Doãn Văn Ngọc

Mai Thị Huệ
Nguyễn Minh Quân
Đồng Thị Diệu Thu


MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ

ĐẶT VẤN ĐỀ
Năm 1896, Becquerel đã phát minh ra hiện tượng phóng xạ qua việc phát
hiện bức xạ quặng Uản. Tiếp theo là các phát minh trong lĩnh vực vật lỹ hật nhân
của ông bà Marie và Pierre Curie và nhiều nhà khoa học khác. Kể từ đó, hiện

tượng phóng xạ được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là ứng dụng
trong y học. Năm 1941, lần đầu tiên Halminton dùng I 131 điều trị bệnh của tuyến
giáp, mở rộng việc áp dụng rộng rãi các đồng vị phóng xạ vào điều trị bệnh.
Với sự ra đời của các kỹ thuật điện tử, tin học, hóa học…những ứng dụng
của tia phóng xạ trong chẩn đoán và điều trị bệnh đã góp phần tích cực trong việc
bảo vệ sức khỏe con người.
Các tia bức xạ được khảo sát trong bài bao gồm tia α, tia β, tia γ và tia X.
Trong quá trình tương tác của phóng xạ với vật chất, năng lượng của tia phóng xạ


được truyền cho các electron quỹ đạo hoặc cho hạt nhân tùy thuộc vào loại và năng
lượng bức xạ xũng như bản chất của môi trường hấp thụ. Các hiệu ứng chung của
chúng gây ra là ion hóa và làm kích thích vật chất. Đặc biệt chúng có tác dụng sinh
học rất mạnh mẽ khi sử dụng trên cơ thể con người.
Bài tiểu luận xin được đặc điểm của từng loại tia phóng xạ và một số ứng
dụng của chúng trong y học, cụ thể là chẩn đoán và điều trị. Qua đó ta có thể hiểu
rõ về bản chất của việc sử dụng các đồng vị phóng xạ một cách khoa học và cụ thể,
đồng thời thấy được những thành tựu rất lớn trong công cuộc bảo vệ sức khỏe con
người, chống lại bệnh tật khi ứng dụng công nghệ hạt nhân vào y học.


I.

ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA TIA α

1.Định nghĩa
Hạt Alpha hay tia alpha là một dạng của phóng xạ. Hạt alpha gồm hai
proton và hai neutron liên kết với nhau thành một hạt giống hệt hạt nhân
nguyên tử helium, do đó, hạt alpha có thể được viết là He2+.
2.Nguồn gốc

Những hạt alpha có tên như chữ cái đầu tiên trong bảng chữ cái Người Hy
Lạp, α . Ký hiệu cho tia alpha là α or α2+ , bởi vì chúng đồng nhất với hạt nhân
Helium. Do đó, hạt alpha có thể được viết là He2+.
Các hạt Alpha thông thường là sản phẩm của quá trình phân rã alpha ( Alpha
decay ), tuy nhiên cũng có thể là sản phẩm của nhiều quá trình khác. Hạt alpha
xuất hiện trong phân rã của hạt nhân phóng xạ như là Uranium hoặc Radium
trong một quá trình gọi là phân rã alpha. Đôi khi sự phân rã làm hạt nhân
ở trạng thái kích thích khởi động phân rã gamma để giải thoát năng lượng.
3. Tính chất vật lý

Alpha decay
Thành phần

2 protons, 2 neutrons

Ký hiệu

α, α2+, He2+

Khối lượng

6.644657230(82)×10−27 kg[1]
4.001506466(49) u
3.727379508(44) GeV/c2


Điện tích

2e

Spin

0[2]

- Quãng chạy của hạt alpha trong vật chất
Hạt alpha có khả năng đâm xuyên thấp nhất trong số các bức xạ ion hóa.
Trong không khí, ngay cả hạt alpha có năng lượng cao nhất do các nguồn phóng xạ
phát ra cũng chỉ đi được một vài centimet, còn trong mô sinh học, quãng chạy của
nó có kích thước cỡ micromet.
-

-

Truyền năng lượng của hạt alpha
Cũng như hạt beta, hạt alpha khi đi qua môi trường vật chất cũng bị mất
năng lượng do ion hóa và kích thích nguyên tử của môi trường hấp thụ. Khi đi
qua phần không khí của tế bào xốp, hạt alpha mất một năng lượng trung bình
35eV cho một cặp ion. Do hạt alpha có điện tích lớn hơn hạt beta hai lần và khối
lượng rất lớn, dẫn tới vận tốc của nó tương đối thấp nên độ ion hóa riêng của nó
rất cao, vào khoảng hàng nghìn cặp ion trên 1 cm không khí.

Phân rã Alpha ( Alpha decay )
Là hiện tượng hạt nhân (zXA) tự động phát ra alpha (2He4 ) và trở thành hạt
nhân con (Z-2YA-4)
XA → 2He4 + Z-2Y A-4

Z

•

Năng lượng trong phân rã alpha.

Khi so sánh năng lượng phân rã alpha E α giữa các đồng vị trong cùng một
nguyên tố thì thấy năng lượng E α giảm khi A tăng. Hiện tượng này đúng khi A
< 209 và A > 215. Với A ∊ (209, 215) thì ngược lại. Nhờ tính chất này ta có thể
tiên đoán được năng lượng phân rã alpha đối với các đồng vị chưa biết của cùng
một nguyên tố cho trước.


Hình 1.1: Năng lượng phân rã alpha phụ thuộc theo số khối A của các đồng vị
Năng lượng hạt alpha có thể xác định bằng phổ kế từ hay buồng ion hóa.
Bộ phận chính của phổ kế từ là nam châm điện tập trung các hạt alpha
năng lượng khác nhau ở các vị trí khác nhau. Một bản rất mỏng vật
liệu hoạt tính alpha là nguồn phát alpha còn detector ghi hạt alpha là các tấm
phim ảnh hoặc ống đếm alpha. Độ phân giải năng lượng của phổ kế từ rất
cao, có thể đạt đến 5keV.
4.

Ứng dụng của tia α
Phân rã α là một loại bức xạ ion hóa trong đó các hạt alpha được phóng ra từ
các hạt nhân của các nguyên tử không ổn định. Các hạt alpha lớn, các hạt hạ
nguyên tử mạnh mẽ mà có hại cho các tế bào của con người; Tuy nhiên, chúng
có xu hướng mất đi năng lượng của mình một cách nhanh chóng, hạn chế khả
năng xâm nhập vào vật liệu. Có rất nhiều cách trong đó khoa học sử dụng thành
công bức xạ alpha một cách có lợi.
-Điều trị ung thư (Cancer Treatment)

Bức xạ alpha được sử dụng để điều trị các dạng ung thư khác nhau.Trong
quá trình này, được gọi là niêm phong nguồn xạ trị, bao gồm việc chèn một
lượng nhỏ radium-226 vào khối ung thư. Các hạt alpha tiêu diệt các tế bào ung

thư nhưng thiếu khả năng thâm nhập làm tổn hại đến các tế bào khỏe mạnh
xung quanh. Radium-226 đã phần lớn được thay thế an toàn hơn, các nguồn
bức xạ có hiệu quả hơn, chẳng hạn như cobalt-60. Xofigo, tên thương hiệu của
Radium-223, vẫn được sử dụng để điều trị ung thư xương.


II.
1.

Đặc điểm của tia β
Định nghĩa
Tia Beta gặp trong các trường hợp hạt nhân không ổn định và tuy không quá nặng

nhưng lại có nhiều proton hay notron. Khi có nhiều notron sự biến đổi notron thành
proton phát sinh một điện tử(-), tốc độ cao, hạt ß (-). Khi có nhiều protron, sự biến
đổi ngược lại và phát sinh một điện tử (+) hay một positron hoặc hạt ß (+).
Như vậy, tia ß là chùm điện tử, phát sinh ra từ hạt nhân nguyên tử, có kèm theo hiện
tượng hạt nhân trung hoà (nơtron) biến thành hạt mang điện (protron) hoặc ngược lại.
2.

Nguồn gốc.
- Phân rã
Là hạt electron (e) với khối lượng m = 9,1.10-31 kg, điện tích bằng điện tích

electron e = -1,6.10 -19. Phân rã beta xảy ra khi hạt nhân phóng xạ thừa neutron.
Khi phân rã beta, hạt nhân ban đầu zXA chuyển thành hạt nhân z+1 YA và phát ra hạt
electron cùng phản hạt neutrino V.

Trong đó M(Z,A), M(Z+1,A) và me là khối lượng hạt nhân , và khối lượng electron.
= M(Z, A) + Z. me và = M(Z +1, A) + (Z +1). me

Khi đó điều kiện phân rã ß- thành: >
- Phân rã ß+
Là hạt positron có khối lượng bằng khối lượng electron song có điện tích dương +
1e . Phân rã positron xảy ra khi hạt nhân có tỉ số quá thấp và phân rã alpha không xảy
ra do không thỏa mãn điều kiện về năng lượng theo công thức:


Đối với phân rã ß+ thì điều kiện về khối lượng hạt nhân là:
M ( Z, A) > M ( Z -1, A) + me
Còn điều kiện với khối lượng nguyên tử là: Mị > Mf + 2me
Mi = M(Z, A) + Zme và Mf = M(Z -1, A) + (Z - 1) me
3. Tính chất vật lý
-

Sự ion hóa

Do hạt beta mang điện tích nên cơ chế tương tác của nó với vật chất là tương tác
tĩnh điện với các electron quỹ đạo làm kích thích và ion hóa các nguyên tử môi
trường. Trong trường hợp nguyên tử môi trường bị ion hóa, hạt beta mất một phần
năng lượng E t để đánh bật một electron quỹ đạo ra ngoài. Động năng E k của electron
bị bắn ra liên hệ với năng lượng ion hóa của nguyên tử E và độ mất năng lượng E t
như sau: Ek = Et - E
Năng lượng ion hóa E được xác định theo công thức: E = Rh( -1) = -Rh.
Trong nhiều trường hợp electron bắn ra có động năng đủ lớn để có thể ion hóa
nguyên tử tiếp theo, đó là electron thứ cấp (delta electron). Do hạt beta chỉ mất một
phần năng lượng để ion hóa nguyên tử, nên dọc theo đường đi của mình, nó có thể
gây ra thêm một số lớn cặp ion. Bởi vì, ngoài quá trình ion hóa, hạt beta còn mất
năng lượng do kích thích nguyên tử.
-

Độ ion hóa riêng.


Độ ion hóa riêng là số cặp ion được tạo ra khi hạt beta chuyển động được một
centimet trong môi trường hấp thụ. Độ ion hóa riêng khá cao đối vối các hạt beta
năng lượng thấp, giảm dần khi tăng năng lượng hạt beta và đạt cực tiểu ở năng lượng
khoảng 1 MeV, rồi sau đó tăng chậm( hình 1.1 )

Độ ion hóa riêng được xác định qua tốc độ mất năng lượng tuyến tính của hạt beta do
ion hóa và kích thích.
-

Hệ số truyền năng lượng tuyến tính

Khi quan tâm đến môi trường hấp thụ, thường sử dụng tốc độ hấp thụ năng lượng
tuyến tính của môi trường khi hạt beta đi qua nó. Đại lượng xác định tốc độ hấp thụ
năng lượng nói trên là hệ số truyền năng lượng tuyến tính.
Hệ số truyền năng lượng tuyến tính LET (Linear Energy Transfer) được định nghĩa
theo công thức sau: LET=
d là năng lượng trung bình mà hạt beta truyền cho môi trường hấp thụ khi đi qua
quãng đường dài dl. Đơn vị đo thường dùng đối với LET là keV / μm.


-

Bức xạ hãm

Khi hạt beta đến gần hạt nhân, lực hút Coulomb mạnh làm nó thay đổi đột ngột
hướng bay ban đầu và mất năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ, gọi là bức xạ hãm,
hay Bremsstrahlung. Năng lượng bức xạ hãm phân bố liên tục từ 0 đến giá trị cực đại

bằng động năng của hạt beta.
-

Quãng chạy của hạt beta trong vật chất.

Nếu cho một chùm tia beta đi qua bản vật chất, chùm tia này bị dừng lại sau một
khoảng đường đi nào đó. Khoảng đường đi này gọi là quãng chạy (range) của hạt
beta, quãng chạy của hạt beta phụ thuộc vào năng lượng tia beta và mật độ vật chất
của môi trường hấp thụ.
Hình 1.2 trình bày sự phụ
thuộc quãng chạy cực đại của
các hạt beta vào năng lượng
của chúng đối với một số
chất hấp thụ và cho thấy rằng
quãng chạy của hạt beta với
năng lượng cho trước giảm
khi tăng mật độ chất hấp thụ.

Năng lượng hạt beta, MeV


Hình 1.3 trình bày đường
cong miêu tả sự phụ thuộc
quãng chạy của hạt beta tính
theo đơn vị bề dày mật độ
vào năng lượng của nó.

Đường cong này dùng thay cho các đường cong trên hình 1.2 khi tính quãng chạy
theo đơn vị bề dày mật độ.
-

Phổ năng lượng của β
Khác với phân rã alpha, trong phân rã beta có hai hạt bay ra là electron và phản

neutrino. Do đó phân bố năng lượng trong phân rã beta không phải chỉ quan tâm đến
năng lượng tổng cộng mà cả phân bố năng lượng giữa hai hạt bay ra. Ở đây bỏ qua
năng lượng giật lùi rất bé của hạt nhân con. Do tính chất thống kê của quá trình phân
rã nên sự phân chia năng lượng electron và phản neutrino trong một phân rã là ngẫu
nhiên, và năng lượng electron có thể có giá trị bất kỳ từ 0 đên năng lượng cực đại khả
dĩ Emax. Tuy nhiên với một số lớn phân rã beta thì phân bố năng lượng của electron
không phải là ngẫu nhiên mà có dạng xác định. Phân bố năng lượng này gọi là phổ
electron của phân rã beta.
Khác với phổ alpha là phổ vạch, tất cả các hạt alpha trong cùng mỗi nhóm có năng
lượng như nhau. Trong khi phổ beta là liên tục có dạng như hình vẽ:


0

0,5

1,0

1,5

Năng lượng hạt beta, MeV
Hình 1.4: Phổ năng lượng electron trong phân
rã beta của đồng vị phóng xạ P32
-

Tính đâm xuyên.

Tia beta là các điện tử, sức xuyên thấu của nó mạnh hơn so với tia alpha nhưng có thể
bị chặn lại bằng tấm kính mỏng hoặc tấm kim loại. Sẽ nguy hiểm nếu hấp thụ vào cơ
thể những chất phát ra tia beta.
4.

Ứng dụng của tia β

Tia β có mức năng lượng khá lớn nhưng so với tia α thì lại nhỏ hơn khá nhiều. Với
tính chất đâm xuyên của mình, khi đưa đồng vị phóng xạ phát tia β vào trong cơ thể
thì tia β trong mô mềm chỉ đi được 1 khoảng cách nhỏ. Điều này rất phù hợp trong
điều trị. Cụ thể người ta đã ứng dụng các dược chất phóng xạ phát tia β để điều trị các
khối u có kích thước nhỏ trong cơ thể bằng phương pháp chiếu trong.
III.
1.

ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨN DỤNG CỦA TIA γ

Định nghĩa

Tia gamma kí hiệu là γ, là một loại bức xạ điện từ hay quang tử có tần số cực
cao
Tia gamma có bước sóng thấp nhất (<10−12 m) và tần số cao nhất (1020 - 1024 Hz)
trong số các sóng điện từ vì vậy nó mang nhiều năng lượng nhất so với sóng
radio, vi sóng, ánh sáng, tia hồng ngoại, tia cực tím,tia X.
2.

Nguồn gốc

Trên trái đất, tia gamma thường sinh ra bởi sự phân rã gamma từ đồng vị phóng

xạ tự nhiên và bức xạ thứ cấp từ các tương tác với các hạt trong tia vũ trụ. Cũng có
những nguồn gamma tự nhiên khác không có nguồn gốc hạt nhân, ví dụ như các
tia sét.


Bên ngoài vũ trụ có rất nhiều quá trình có thể sản sinh tia gamma, và đồng thời
các điện tử có năng lượng rất cao được tạo ra. Từ đó chúng lần lượt gây ra các tia
gamma thứ cấp bởi cơ chế của bức xạ hãm, Compton ngược và bức xạ điện tử.
Phần lớn các tia gamma vũ trụ đều bị chặn lại bởi bầu khí quyểncủa trái đất và chỉ
có thể được phát hiện bởi các trạm nghiên cứu trên không gian hoặc tàu vũ trụ.
Tia gamma sinh ra từ các phản ứng hạt nhân, gồm có:
Quá trình phân rã các đồng vị có tính phóng xạ, như đồng vị kali 40K;

•
•

Tương tác giữa các hạt cơ bản, như quá trình hủy cặp electron-positron, hay
va đập của neutron vào hạt nhân urani 235U gây vỡ hạt nhân này.
-

Lịch sử phát hiện

Các nguồn tia gamma đầu tiên được phát hiện trong lịch sử là sự phân rã phóng
xạ quá trình được gọi là phân rã gamma. Trong loại này phân hủy, mộtkích
thích hạt nhân phát ra một tia gamma gần như ngay lập tức sau khi hình thành (nay
được hiểu rằng một hạt nhân chuyển đồng phân , tuy nhiên, có thể sản xuất phân rã
gamma ức chế với một đo lường và lâu hơn nửa cuộc đời). Paul Villard , một hóa
học người Pháp và nhà vật lý, phát hiện bức xạ gamma trong năm 1900, trong khi
bức xạ phát ra từ nghiên cứu radium . Villard biết rằng bức xạ được mô tả ông là
mạnh hơn so với các loại mô tả trước đây của các tia từ radium, trong đó bao

gồm các tia beta , lần đầu tiên được ghi nhận như "phóng xạ" của Henri
Becquerel vào năm 1896, và các tia alpha , phát hiện như là một hình thức thâm
nhập ít hơn của bức xạ của Rutherford, trong năm 1899. Tuy nhiên, Villard đã
không xem xét đặt tên cho chúng là một loại cơ bản khác nhau. bức xạ Villard đã
được công nhận như là một loại cơ bản khác nhau từ tia tên trước đây, bởi Ernest
Rutherford , người vào năm 1903 có tên là tia Villard của " tia gamma "bằng cách
tương tự với các tia beta và alpha mà Rutherford đã phân biệt trong năm 1899. các"
tia "được phát ra bởi nguyên tố phóng xạ được đặt tên theo thứ tự quyền lực của họ
để xâm nhập vào vật liệu khác nhau, bằng ba chữ cái đầu tiên của bảng chữ cái Hy
Lạp : tia alpha là ít nhất thâm nhập, tiếp theo tia beta , tiếp theo tia gamma là sâu
sắc nhất. Rutherford cũng lưu ý rằng các tia gamma không lệch (hoặc ít nhất,
không dễ dàng bị lệch) bằng một từ trường, một tài sản làm cho chúng không
giống như các tia alpha và beta.
Tia gamma đầu tiên được cho là các hạt có khối lượng, giống như tia alpha và
beta. Rutherford ban đầu tin rằng họ có thể là các hạt beta rất nhanh, nhưng thất bại
của họ để bị chệch hướng bởi từ trường, chỉ ra rằng họ không có trách
nhiệm. Trong năm 1914, các tia gamma đã được quan sát được phản xạ từ bề mặt


tinh thể, chứng minh rằng họ đã bức xạ điện từ. Rutherford và đồng nghiệp của
ông Edward Andrade đo bước sóng của tia gamma từ radium, và thấy rằng họ là
tương tự như X-quang, nhưng với bước sóng ngắn hơn và tần số (như vậy) cao
hơn. Điều này cuối cùng đã được công nhận là cho họ năng lượng cũng nhiều hơn
mỗi photon , ngay sau khi nhiệm kỳ thứ hai trở nên được chấp nhận chung. Một
phân rã gamma sau đó được hiểu là thường phát ra một photon gamma đơn.
Tính chất của tia
Phóng xạ gamma ( ) là loại phóng xạ đi kèm với các loại phóng xạ
3.

,

,

.

•

Hạt nhân con Y sau phóng xạ , , có thể ở trạng thái kích thích. Hạt
nhân này sau đó sẽ trở về trạng thái bình thường và phát ra phôtôn có năng
lượng cao. Các phôtôn này được gọi là tia gamma.

•

Không có biến đổi hạt nhân trong phóng xạ

•

Vì hạt phóng xạ trong phóng xạ là phô tôn (không có điện tích và không
có khối lượng nghỉ) nên ta ký hiệu hạt gamma là

•

Là dòng phôtôn có năng lượng cao mà mắt không nhìn thấy được, có bước
sóng ngắn hơn bước sóng của tia X.

•

Tia có đầy đủ các đặc điểm như tia X nhưng có khả năng đâm xuyên cao
hơn và có tác dụng sinh lý mạnh hơn.

•

Làm ion hóa không khí rất mạnh.

•

Trong bê tông có thể đi được vài met.

•

Trong chì có thể đi được vài centimet.

-

Năng lượng

.

Năng lượng cao dẫn đến tia gamma có khả năng ion hóa mạnh trong môi
trường vật chất. Khi tương tác ion hóa nó mất dần năng lượng và do đó không còn
thuần nhất về bước sóng, đồng thời trong môi trường thì hiện ra vệt ion hóa dạng
đường thẳng của từng photon. Vì thế trong nghiên cứu vật lý học nó được đề cập
đến là "hạt" và không áp dụng được các phương pháp truyền thống cho sóng điện
từ hay quang học.


Khả năng ion hóa cao của tia gamma dẫn đến nó rất nguy hiểm với các sinh vật
sống.
Năng lượng của bức xạ gamma bằng hiệu số các mức năng lượng đầu và
cuối của mỗi dịch chuyển gamma. Như vậy phổ năng lượng của bức xạ gamma là

phổ gián đoạn. Năng lượng ΔE, động lượng p, tần số f và bước sóng ∆ của nó được
xác định như đối với các bức xạ điện từ khác, tức là:

-

Đơn vị đo lường và tiếp xúc

Các biện pháp của tia gamma ' ion hóa khả năng được gọi là tiếp xúc:
•

Các culông mỗi kg (C / kg) là SI đơn vị của bức xạ ion hóa tiếp xúc, và là số
tiền của bức xạ cần thiết để tạo ra 1 culông phí của mỗi cực trong 1 kg của vật
chất.

•

Các Röntgen (R) là một đơn vị truyền thống lỗi thời tiếp xúc, mà đại diện
cho lượng bức xạ cần thiết để tạo ra 1 ESU phí của mỗi cực trong 1 centimet
khối không khí khô. 1 Röntgen = 2,58 × 10 -4 C / kg

Tuy nhiên, tác dụng của gamma và bức xạ ion hóa khác trên mô sống có liên quan
chặt chẽ hơn với lượng năng lượng lắng đọng hơn là phí . Đây được gọi là liều hấp
thụ :
•

•

Các màu xám (Gy), trong đó có đơn vị (J / kg), là đơn vị SI của liều hấp thụ ,
và là số tiền của bức xạ phải ký quỹ 1 jun năng lượng trong 1 kg của bất kỳ loại
vật chất.

Các rad là bị phản đối CGS đơn vị, bằng 0,01 J gửi mỗi kg. 100 rad = 1 Gy.

Các liều tương đương là thước đo của hiệu ứng sinh học của bức xạ trên mô
người. Đối với các tia gamma, nó là bằng với liều hấp thụ .
•

Các Sievert (Sv) là đơn vị SI của liều tương đương, mà đối với các tia
gamma là số lượng bằng với màu xám (Gy).

•

Các rem là phản CGS đơn vị liều lượng tương đương. Đối với các tia
gamma nó bằng với rad hoặc 0,01 J năng lượng gửi mỗi kg. 1 Sv = 100 rem.


-

Tương tác với vật chất

Che chắn khỏi các tia gamma đòi hỏi một lượng lớn của chất, trái ngược với các
hạt alpha, có thể bị chặn bởi giấy hoặc da, và các hạt beta có thể được bảo vệ bởi
lá. tia Gamma được hấp thu tốt hơn bằng vật liệu với số nguyên tử và mật độ cao,
mặc dù không hiệu quả là quan trọng so với tổng khối lượng trên khu vực trong
đường đi của tia gamma. Vì lý do này, một lá chắn chì chỉ là khiêm tốn hơn (2030% tốt) như một lá chắn gamma so với một khối lượng bằng các vật liệu khác che
chắn, như nhôm, bê tông, nước hoặc đất; dẫn lợi thế lớn không có trọng lượng thấp
hơn, nhưng khá nhỏ gọn của nó do mật độ của nó cao hơn. quần áo bảo hộ, kính
bảo hộ và mặt nạ có thể bảo vệ từ liên lạc nội bộ có hoặc uống alpha hoặc beta hạt
phát ra, nhưng không cung cấp bảo vệ khỏi tia gamma từ các nguồn bên ngoài.
Các năng lượng của các tia gamma cao hơn, càng dày che chắn được làm từ vật
liệu che chắn cùng là bắt buộc. Vật liệu để che chắn tia gamma thường được đo

bằng độ dày cần thiết để giảm cường độ của các tia gamma bằng một nửa (lớp giá
trị một nửa hoặc HVL). Ví dụ, tia gamma mà yêu cầu 1 cm (0,4 ") chì để giảm
cường độ của chúng bằng 50% cũng sẽ có cường độ giảm trong nửa 4,1 cm của đá
granit, 6 cm (2 ½") của bê tông, hoặc 9 cm ( 3½ ") của đất đóng gói. Tuy nhiên,
khối lượng của bê tông hoặc đất nhiều này lớn hơn của chì với khả năng hấp thụ
cùng chỉ đạt 20-30%. Uran nghèo được sử dụng để che chắn trong các nguồn tia
gamma xách tay, nhưng ở đây các khoản tiết kiệm trọng lượng hơn chì là lớn hơn,
như hình dạng nguồn xách tay 'giống như một quả cầu một mức độ nào, và khối
lượng của một quả cầu phụ thuộc vào khối lập phương của bán kính; do đó, một
nguồn với bán kính của nó giảm đi một nửa sẽ có khối lượng của nó giảm theo hệ
số tám, trong đó có hơn sẽ bù đắp mật độ lớn uranium (cũng như giảm số lượng
lớn). Trong một nhà máy điện hạt nhân, che chắn có thể được cung cấp bởi thép và
bê tông trong các bình chịu áp suất và hạt ngăn chặn, trong khi nước cung cấp che
chắn bức xạ của các thanh nhiên liệu trong quá trình bảo quản hoặc vận chuyển
vào lõi lò phản ứng. Việc mất nước hoặc loại bỏ một hội nhiên liệu "nóng" vào
không khí sẽ dẫn đến mức độ bức xạ cao hơn nhiều so với khi giữ dưới nước.
Khi tia gamma đi qua vật chất, xác suất cho sự hấp thụ tỷ lệ với độ dày của lớp,
mật độ của vật liệu, và mặt cắt ngang sự hấp thụ của vật liệu. Tổng hấp thụ cho
thấy một giảm theo cấp số nhân của cường độ với khoảng cách từ bề mặt sự cố:


trong đó x là độ dày của vật liệu từ bề mặt cố, μ = n σ là hệ số hấp thụ, được đo
bằng cm -1, n là số nguyên tử mỗi cm 3 của vật liệu (mật độ nguyên tử) và σ sự hấp
thu phần chéo trong cm 2.
Tương tác ánh sáng
Năng lượng cao (từ 80GeV ~ 10TeV) tia gamma đến từ xa xa chuẩn tinh được
sử dụng để ước tính ánh sang nền ngoài thiên hà trong vũ trụ: Các tia năng lượng
cao nhất tương tác dễ dàng hơn với ánh sang nền photon và do đó mật độ ánh sáng
nền có thể được ước tính bằng cách phân tích quang phổ tia gamma đến.
-

-

Phản ứng cơ thể

Khi bức xạ gamma phá vỡ các phân tử DNA, một tế bào có thể sửa chữa các hư
hỏng vật liệu di truyền, trong giới hạn. Tuy nhiên, một nghiên cứu của Rothkamm
và Lobrich đã chỉ ra rằng quá trình sửa chữa này hoạt dộng tốt sau khi tiếp xúc với
liều cao nhưng chậm hơn nhiều so với các trường hợp có tiếp xúc với liều thấp.
4. Ứng dụng của tia γ:
-

Tiêu diệt các tế bào

Tia gamma bức xạ ion hóa mà có thể giết chết các tế bào sống. Chúng được sử
dụng để điều trị các khối u ác tính trong xạ trị. Để điều trị sâu bên trong cơ thể, các
photon năng lượng cao được gửi để đạt được mục tiêu khối u mà không ảnh hưởng
đến các mô xung quanh. Mặc dù x-quang cũng được bức xạ ion hóa, do năng
lượng thấp hơn so với các tia gamma, họ có thể không đạt được đủ sâu vào cơ thể
và có thể gây ra thay vì làm tổn hại đến các mô xung quanh rằng hấp thụ chúng.
Xạ trị được sử dụng như một điều trị để kiểm soát các tế bào ác tính trong các
bệnh nhân ung thư. Bác sĩ ung thư (chuyên giao dịch với ung thư) được sử dụng xạ
trị thường xuyên để giúp chậm hoặc chữa sự lây lan của ung thư trong vòng
inidivduals. Bức xạ được áp dụng đặc biệt cho các khối u ác tính để thu nhỏ chúng
ở kích thước, trong khi hy vọng không gây ra nhiều thiệt hại cho xung quanh các tế
bào khỏe mạnh. các chuyên gia y tế, chủ yếu là bác sĩ ung thư xạ trị, điều hành một
loạt các liều lượng cho bệnh nhân, ngũ cho các bệnh nhân sức khỏe hiện tại, cũng
như phương pháp điều trị khác như hóa trị, thành công của phẫu thuật, vv
- PET / SPECT Scanning
PET / SPECT (Positron Emission Tomograpy / Single Photon Emission

Computerized Tomography) sử dụng phóng xạ đánh dấu các phân tử để hình ảnh


cơ thể. Những "hạt nhân phóng xạ" phóng xạ phát ra bức xạ gamma, mà cuối cùng
tự hủy một electron. Những hạt nhân phóng xạ là đồng vị với ngắn nửa cuộc sống,
thường là ít hơn 30 phút. hủy diệt này gửi hai tia gamma trong hướng hoàn toàn
ngược lại với năng lượng của 511keVs, mà là chọn của 5.000 đến 20.000 dò
gamma bao quanh bệnh nhân. Khi hai máy dò trên các cạnh đối diện của cơ thể
bệnh nhân hấp thụ tia gamma cùng một lúc, các nhãn hiệu máy tính mà các chất
được và sử dụng dữ liệu này có thể làm cho một hình ảnh 3-D (Hình 4).

PET quét, được sử dụng để hình ảnh các khía cạnh sinh lý của cơ thể chứ
không phải là giải phẫu. Nó hình ảnh các chức năng của cơ thể chứ không phải là
hình thức, chẳng hạn như nơi các phân tử được gắn thẻ đi và làm thế nào chúng
được sử dụng. Ví dụ, nếu bạn đã để hình ảnh bộ não của một người đã chết, không
có gì sẽ hiển thị trên một PET scan trái ngược với một CAT scan, như bộ não
không còn chức năng. Pet quét là rất hữu ích trong các khối u chụp ảnh, có thể
được thực hiện khi bệnh nhân được tiêm chất đánh dấu nhất định. Thông thường
máy quét PET được sử dụng phối hợp với máy quét CAT để tạo ra một hình ảnh
hỗn hợp, cho thấy cả hai chức năng và hình thức của cơ thể.
Trong quét PET, ngắn cho hình ảnh positron cắt lớp, chất đánh dấu được
tiêm vào não. Các chất phóng xạ phát ra tia gamma, được chọn bởi một máy tính
sử dụng các bức xạ gamma để xây dựng một hình ảnh hai chiều của não. Với các
bức xạ kết hợp với một máy tính tiên tiến, một hình ảnh hai chiều được hiển thị,
cung cấp các chuyên gia y tế với mục đích hoạt động trao đổi chất của não. Ngày
đầu của việc hỗ trợ các chuyên gia y tế với bệnh chẩn đoán, bức xạ cũng có quyền
hạn điều trị.
- XẠ PHẪU GAMMA KNIFE
Nguyên lý

Mỗi một tia gamma từ nguồn Co-60 cung cấp năng lượng không đủ gây hại
cho khối u hay cho mô não bình thường, nhưng khi tập trung nhiều tia xạ lại với
nhau tại khối u, tổng liều hấp thụ tại đó sẽ rất lớn, đủ để hủy diệt khối u, trong khi
đó vùng mô não khỏe mạnh xung quanh chỉ nhận một liều rất nhỏ từ một số ít tia
xạ nên ít bị nguy hại. Nguyên lý hoạt động của Gamma Knife xuất phát từ nguyên
tắc “center of arc”, trong đó sử dụng một dụng cụ gắn đặc biệt gắn vào đầu bệnh
nhân để chiếu một nguồn xạ theo hình cung tròn tập trung vào một tâm điểm khối
u đặt tại tâm của cung. Về sau, cung tròn được thay bằng một khung định vị và một
mũ (helmet) để chuẩn trực hàng trăm chùm xạ kích thước tròn nhỏ kết hợp với kỹ
thuật định vị stereotactic chiếu đồng thời và tập trung vào tâm khối u từ nhiều
nhiều hướng khác nhau trong không gian 3 chiều ngoài cơ thể mà không phải mở
hộp sọ.

a) Khung định vị xạ trị lúc đầu, chỉ dùng một nguồn xạ.
b) Về sau, khi cải tiến dùng nhiều nguồn xạ chiếu từ nhiều hướng
Hoạt động
Lúc máy không hoạt động, hai cửa bảo vệ đóng lại và giường bệnh nhân
được kéo ra. Khung định vị được lắp cố định vào bên trong chiếc mũ bằng hai trục
quay, vị trí của khung sẽ được điều chỉnh lại để tâm khối u trùng khớp với tâm của
máy khi giường vào vị trí điều trị.
Khi bắt đầu chiếu xạ, hai cửa bảo vệ tự động mở ra và chiếc gường di
chuyển
vào vị trí chiếu xạ. Cái ghi nhỏ trên chiếc mũ giúp nó gắn đúng vào vị trí với độ
chính xác khoảng 0.1 mm. Một khi chiếc mũ vào đúng vị trí, đồng hồ đếm bắt đầu
đếm theo thời gian điều trị đã được định trước, thông thường là 40-60 phút, tùy vào
kế hoạch điều trị của từng bệnh nhân. Khi hết thời gian giường bệnh sẽ tự động


đẩy ra đồng thời hai cửa bảo vệ đóng lại. Cơ chế này cũng được thực hiện nếu

bệnh
nhân ở không đúng vị trí điều trị.
Tất cả mọi chuyển động, từ việc mở hay đóng cửa bảo vệ, di chuyển bệnh
nhân vào và ra khỏi vị trí điều trị đều được điều khiển bằng các mô-tơ điện. Trong
trường hợp nguồn điện của bệnh viện gặp sự cố thì một ăcqui sẽ cấp điện hoàn tất
quá trình chiếu xạ, hoặc có thể kéo bệnh nhân ra ngoài và đóng cửa bảo vệ lại.
-

Quy trình

Qui trình điều trị bằng Gamma Knife cơ bản gồm có 6 bước như sau :
•Bước (1): chẩn đoán và chỉ định xạ trị.
•Bước (2): thu thập dữ liệu bệnh nhân , gắn khung định vị vào bệnh
nhân để chụp ảnh CT, MRI, hay DSA ( chụp mạch máu ) và định vị
khối u trong ảnh.
•Bước (3, 4) : kiểm định chất lượng máy.
•Bước (5): lập kế hoạch và tính phân bố liều xạ trị bằng máy tính.
•Bước (6): chiếu xạ theo kế họach đã được xác định.
- Ứng dụng
Kỹ thuật xạ phẫu Gamma Knife thường được ứng dụng để xạ phẫu stereotactic
các loại tổn thương như sau :
U di căn não.
U màng não
U thần kinh đệm.
Dị dạng mạch máu não (AVM).
Đau dây thần kinh sinh ba.
U tuyến yên.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Trường Đại học Y Hà Nội, Y học hạt nhân (sách dùng cho sinh viên đại học), NXB Y

học, 2012.
2. Phan Sỹ An, Bài giảng Y học hạt nhân, NXB Y học, Hà Nội 2002
3. Phan Văn Duyệt, Y học hạt nhân cơ sở và lâm sàng, NXB Y học, Hà Nội 2001
4.

3. Krane, Kenneth S. (1988). Introductory Nuclear Physics, pp.246–269. John
Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-80553-X.

5.

Petrucci, Ralph H. chung Hóa học. 9 ed. Upper Saddle River: Prentice Hall,
2007. In
Leksell Gamma Knife 4C, Intructions for use , Elekta, 2004.
E. D. Jones, W. W. Banks, L. E. Fischer, Quality Assurace for
Gamma Knife, Lawrence Livermore National Laboratory, September 1995.
www.ehow.com/info_8691923_10-uses-alpha-radiation.html

6.
7.
8.