Εφαρμογές

Ανιχνευτής Εκρηκτικών ουσιών

Όλοι οι πόλεμοι των περασμένων ετών έχουν αφήσει τα υπολείμματά τους διάσπαρτα σε ολόκληρο τον κόσμο: ναρκοπέδια που δεν έχουν καθαριστεί, θραύσματα οβίδων που είναι ακόμα επικίνδυνα και άλλα.

Η μέθοδος που θα περιγράψουμε είναι η μέθοδος της νετρονικής ενεργοποίησης PFTNA (Pulsed Fast / Thermal Neutron Analysis). Σε αυτήν την μέθοδο χρησιμοποιούνται νετρόνια για τον καθορισμό της σύστασης του προς ανίχνευση αντικειμένου και του καθορισμού της επικινδυνότητάς του. Αυτή η μέθοδος δεν χρησιμοποιείται μόνο για την ανίχνευση εκρηκτικών, αλλά και για την ανίχνευση ναρκωτικών ουσιών.

Η μέθοδος PFTNA χρησιμοποιείται για ανίχνευση πολλών ουσιών. Για τον προσδιορισμό των ουσιών αυτών μετράται η αναλογία των χημικών στοιχείων που περιέχει το άγνωστο αντικείμενο, μία αναλογία που είναι μοναδική για το κάθε υλικό.

Κάθε πυρήνας στοιχείου, όταν διεγείρεται (και αποδιεγείρεται) εκπέμπει μία χαρακτηριστική ακτίνα γ. Υπάρχουν δύο αντιδράσεις με νετρόνια που διεγείρουν πυρήνες με αποτέλεσμα την εκπομπή χαρακτηριστικών ακτίνων γ:

Σκέδαση νετρονίου από πυρήνα Σύλληψη νετρονίου από πυρήνα

Τρόπος λειτουργίας και χαρακτηριστικά

Ο ανιχνευτής Γερμανίου είναι ένας πολύ ευαίσθητος ανιχνευτής ακτίνων γ. Επηρεάζεται από αλλαγές στην θερμοκρασία. Χαρακτηριστικά η απόδοσή του μειώνεται 1% για κάθε 1 βαθμό κελσίου σε θερμοκρασία δωματίου.

Όταν το ενεργό υλικό αυτού του ανιχνευτή (κρύσταλλος Bi4Ge3O12) δεχτεί μία ακτίνα γ, εκπέμπει φωτόνια με μήκος κύματος 375-650 nm. Τα φωτόνια αυτά ανιχνεύονται με τη σειρά τους από έναν φωτοανιχνευτή (αφού περάσουν από φωτοπολλαπλασιάστες). Παράγει περίπου 8500 φωτόνια/MeV, έχει υψηλή απόδοση ανίχνευσης, πολύ καλή διακριτική ικανότητα μεταξύ 5-20MeV, που είναι περίπου και το εύρος που χρειαζόμαστε για αυτήν την εφαρμογή, καθώς όλες οι αντιδράσεις που χρησιμοποιούμε παράγουν ακτίνες γ μερικών MeV.

Τα δεδομένα που λαμβάνει ο ανιχνευτής δεν αφορούν όλα το προς μέτρηση αντικείμενο. Συνήθως μόνο ένα ποσοστό από τα δεδομένα που λαμβάνει ο ανιχνευτής μας αφορούν. Τα υπόλοιπα είναι θόρυβος που προκαλείται κυρίως από την γεννήτρια νετρονίων (τα νετρόνια αντιδρούν με τα τοιχώματα της γεννήτριας και παράγουν ακτίνες γ), αλλά και από το υπέδαφος στο σημείο στο οποίο πραγματοποιείται η μέτρηση. Για να αποφύγουμε τα λανθασμένα αποτελέσματα απαιτείται προστασία του ανιχνευτή.

Το σύστημα πρέπει να βαθμονομηθεί, έτσι ώστε να μπορεί να ξεχωρίζει τα διάφορα εκρηκτικά. Έχουν γίνει πειράματα που δείχνουν την αναλογία των χημικών στοιχείων που έχουν διάφορα εκρηκτικά που βρίσκονται θαμμένα στο έδαφος σε βάθος 2 εκατοστών, που είναι το συνηθισμένο για θραύσματα και νάρκες.

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ

Γρήγορα και ασφαλή αποτελέσματα
Μη καταστροφικός έλεγχος
Χαμηλό κόστος χρήσης, περίπου 3 με 30 $ η νάρκη.
Ευκολία στην χρήση
Μικρό βάρος της συσκευής
Δεν χρησιμοποιεί ενεργές πηγές, άρα δεν εκπέμπει νετρόνια, εάν δεν του εφαρμοστεί τάση
Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε σχετικά μεγάλη απόσταση από τον στόχο, περίπου 15 μέτρα

ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ

.Χρειάζεται υψηλή τάση (100kV)
. Υψηλό κόστος κατασκευής
Σχετικά μεγάλο βάρος του τροφοδοτικού της πηγής, που σημαίνει πρόβλημα στην μεταφορά όλης της συσκευής
Χρειάζεται θερμική μόνωση του ανιχνευτή Βισμουθίου-Γερμανίου

Ανίχνευση εκρηκτικών σε οχήματα π.χ τελωνείο. Το σύστημα προσαρμόζεται ανάλογα το ύψος του

Ορισμός Πυρηνικής Ιατρικής

O κλάδος της Ιατρικής που χρησιμοποιεί ραδιονουκλίδια και βασίζεται στη διαδικασία των ραδιενεργών διασπάσεων με σκοπό τη διάγνωση και τη θεραπεία.Η πυρινικη ιατρική χωρίζεται σε δυο κλάδούς:

1) Απεικόνιση

2) Θεραπεία

ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ

Ακτινοβόληση από εξωτερική πηγή

1)X-ray Computed Tomography (Υπολογιστική Τομογραφία Ακτίνων Χ)

Ακτινοβόληση από εσωτερική πηγή (ασθενής)

1) Σπινθηρογράφημα (scintigraphy)

2)SinglePhotonEmissionComputedTomography

3) PositronEmissionTomography

ΑΚΤΙΝΕΣ Χ

Για να καταλάβετε τον τρόπο που παράγονται οι ακτίνες Χ, δώστε βάση σε αυτό:
αν ρίξουμε απλό άσπρο φως, πάνω σε έναν κόκκινο τοίχο, το φως αυτό θα προσκρούσει στον κόκκινο τοίχο και ο κόκκινος τοίχος, θα κάνει ανάκλαση μόνο το κόκκινο χρώμα από το φάσμα του λευκού φωτός.
Πιο απλά, αν το άσπρο φως πέσει εκεί πάνω, το φως που θα συνεχίσει να ταξιδεύει μετά τον κόκκινο τοίχο, θα είναι κόκκινο κι όχι άσπρο.
Κάτι παρόμοιο συμβαίνει και κατά την παραγωγή των ακτίνων Χ:
Μία συσκευή βομβαρδίζει ηλεκτρόνια (όμως πιο επιταχυμένα από αυτά του απλού φωτός, με μία συσκευή υψηλής τάσης), πάνω σε ένα μέταλλο. Όταν αυτά ανακλώνται, αυτό που συνεχίζει να ταξιδεύει, είναι οι ακτίνες Χ!

Έτσι, για να μην το κουράζουμε, όσο μεγαλύτερη η τάση, τόσο γρηγορότερα πάνε τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται, τόσο πιο δυνατά προσκρούουν στο μέταλλο, τόσο πιο υψηλής συχνότητας ακτίνες Χ παράγονται.

Που χρησιμοποιούνται οι ακτίνες Χ;
Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται για ιατρικούς - οδοντιατρικούς σκοπούς όπως ακτινογραφίες, εσωτερική διάγνωση δοντιού, κλπ
Επίσης υπάρχει και πιο εξελιγμένη (αντί για δισδιάστατη, τρισδιάστατη απεικόνιση) μέθοδος χρήσης, όπου φαίνονται τα πάντα μέσα μας τρισδιάστατα (αξονικός τομογράφος).
Άλλη χρήση των ακτίνων Χ, είναι η ασφάλεια σε αεροδρόμια, κλπ. Χωρίς να μας ανοίξουν τις αποσκευές, μπορούν να ελέγξουν τα πάντα μέσα στη βαλίτσα μας.
Επίσης, στη βιομηχανία, για μεγάλα και πολυσύνθετα έργα (όπως τουρμπίνες αεροπλάνων), τις χρησιμοποιούν για να ελέγξουν για σπασίματα στο εσωτερικό, ραγίσματα, μικροφθορές, κλπ.
Για τους επιστήμονες, βρίσκει επίσης εφαρμογή για παράδειγμα, στη μέτρηση αποστάσεων μεταξύ των ατόμων, σε ένα μόριο κρυστάλλου, ή οτιδήποτε.
Τέλος οι αστρονόμοι τις χρησιμοποιούν για να μετρήσουν αποστάσεις με άλλους πλανήτες, κλπ. Βέβαια, πολλές φορές, λόγω της απορρώφησής των από την ατμόσφαιρα της γης, η μέτρηση πολλές φορές ξεκινάει από κάποιον δορυφόρο.
Γενικά οι ακτίνες Χ είναι πολύ επικίνδυνες για τον άνθρωπο.
Είναι πολύ διυσδειτικές και μπορούν πολύ εύκολα με μία και μόνο επαφή, να καταστρέψουν ιστούς από το σώμα μας.
Βέβαια αυτό καμία φορά, είναι και χρήσιμο: μπορούν να καταστρέψουν κάποια περιοχή με καρκίνο, θυσιάζοντας βέβαια και κάποιες υγιείς περιοχές.

ΣΠΙΝΘΗΡΟΓΡΑΦΗΜΑ

Oι τεχνικές των ακτινών Χ χρησιμοποιούν κάποια εξωτερική πηγή ραδιενέργειας, από την οποία αυτή διοχετεύεται στο σώμα. Στο σπινθηρογράφημα, όμως, εισάγεται στο σώμα μια ραδιενεργός ουσία και η ραδιενέργεια που εκπέμπεται ανιχνεύεται από μια ειδική κάμερα. Επειδή ελάχιστη είναι η ποσότητα της ραδιενέργειας που χρησιμοποιείται, η διαδικασία θεωρείται πολύ ασφαλής. Πράγματι, η έκθεση στη ραδιενέργεια είναι συνήθως μικρότερη από εκείνη μιας συνήθους ακτινογραφίας του θώρακα ή του εγκεφάλου.

ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ

Μόλις εισαχθεί στο σώμα, το ραδιοϊσότοπο κατευθύνεται στο όργανο που αποτελεί το στόχο του, όπου εκπέμπει ακτίνες γάμμα (παρόμοιες με τις ακτίνες Χ, αλλά βραχύτερου μήκους κύματος), τις οποίες μπορεί να ανιχνεύσει μια κάμερα ακτινών γάμμα. Ένας υπολογιστής αναλύει τα αποτελέσματα και φτιάχνει μια εικόνα η οποία μπορεί να εμφανιστεί σε οθόνη ή υπό αριθμητική μορφή. Κινούμενη εικόνα μπορεί να δημιουργηθεί και με τη λήψη σειράς εικόνων, καθώς το ραδιοϊσότοπο περνάει μέσα από το σώμα.

Ένας ειδικός τύπος σπινθηρογραφήματος δίνει τη δυνατότητα δημιουργίας εγκαρσίων εικόνων, με τη χρησιμοποίηση μιας κάμερας που περιστρέφεται γύρω από τον ασθενή. Οι αρχές βάσει των οποίων λειτουργεί αυτή η μέθοδος είναι παρόμοιες μ' εκείνες της αξονικής τομογραφίας. Ένα άλλο είδος σπινθηρογραφήματος, το λεγόμενο ΡΕΤ (δανειζόμαστε τα αρχικά από την ονομασία του στα αγγλικά), αποτελεί μια καινοτομία που αποδεικνύεται πολύτιμη για τη μελέτη της κατάθλιψης, των όγκων του εγκεφάλου και διάφορων καταστάσεων της καρδιάς

Η ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

Το σπινθηρογράφημα είναι ελάχιστα ενοχλητικό. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το ραδιοϊσότοπο εισάγεται στο σώμα με μια ένεση που γίνεται σε μια φλέβα του χεριού. Μερικές φορές, ο ασθενής πίνει ένα ραδιενεργό διάλυμα. Η εξέταση γίνεται αμέσως, όμως ο ασθενής μπορεί να χρειαστεί να περιμένει μέχρι και 4 ώρες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα σπινθηρογραφήματα επαναλαμβάνονται σε διαστήματα ημερών ή εβδομάδων. Ο ασθενής ξαπλώνει ή μένει καθιστός. Η κάμερα ακτινών γάμμα τοποθετείται κοντά στο εξεταζόμενο μέρος του σώματος, ώστε να μπορεί ν' ανιχνεύσει την εκπεμπόμενη ραδιενέργεια. Ο εξεταζόμενος δεν αισθάνεται τίποτε, συχνά όμως του ζητείται ν' αλλάξει τη θέση του σώματός του· ενόσο γίνεται η εξέταση, πρέπει να είναι ακίνητος. Η διάρκεια της διαδικασίας εξαρτάται από το είδος της εξέτασης.

Σπινθηρογράφημα Pet

Πρόκειται για μια ειδική μορφή σπινθηρογραφήματος, το οποίο χρησιμοποιεί ειδικά ραδιοϊσότοπα που εκπέμπουν σωματίδια, τα οποία ονομάζονται ποζιτρόνια. Τα ραδιοϊσότοπα μπορούν να προστεθούν σ' ένα ευρύ φάσμα σημαντικών βιολογικά ουσιών, όπως η γλυκόζη ή οι ορμόνες. Αυτές οι ραδιενεργώς προσαρτώμενες ουσίες εισάγονται με ένεση στο αίμα ή εισπνέονται. Τότε, συμμετέχουν σε βιοχημικές διεργασίες που γίνονται μέσα στο σώμα, συγκεντρωμένες σε ιστούς που μεταβολικός είναι πιο δραστήριοι.

Εντός των ιστών, τα ραδιοϊσότοπα εκπέμπουν ποζιτρόνια. Όταν ένα ποζιτρόνιο συγκρούεται μ' ένα ηλεκτρόνιο, εκπέμπεται ενέργεια με τη μορφή ζεύγους ακτινών γάμα που κατευθύνονται προς αντίθετες κατευθύνσεις. Με την περιστοίχιση του ασθενούς από έναν δακτύλιο ανιχνευτών συνδεδεμένων μ' έναν υπολογιστή, μπορεί να υπολογιστεί το σημείο προέλευσης αυτών των ακτινών και να σχηματιστεί μια εικόνα σε μια οθόνη. Επειδή τα ραδιοϊσότοπα που εκπέμπουν ποζιτρόνια είναι εξαιρετικά βραχύβια, το κυκλοτρόνιο που τα παράγει πρέπει να βρίσκεται κοντά στο σπινθηρογράφημα. Το κυκλοτρόνιο είναι μια περίπλοκη και πολύ ακριβή συσκευή, την οποία ελάχιστα ιατρικά κέντρα διαθέτουν.

Με την μέθοδο PET λαμβάνονται εικόνες οι οποίες αναπαριστούν την ανατομική δομή καθώς και τον τρόπο με τον οποίο ορισμένοι ιστοί εκτελούν τις φυσιολογικές τους λειτουργίες.

Η αρχή λειτουργίας της μεθόδου στηρίζεται στην εισαγωγή ραδιενεργώνπυρήνων στο σώμα του ασθενούς, ως «ετικέτες» σε μόρια ανιχνευτές σχεδιασμένα να εξετάζουν την εξέλιξη της φυσιολογίας των οργάνων.

ΓΙΑΤΙ ΓΙΝΕΤΑΙ;

Το σπινθηρογράφημα ΡΕΤ είναι πολύτιμο, επειδή οι παραγόμενες εικόνες απεικονίζουν τη χημική και μεταβολική δραστηριότητα των εξεταζόμενων ιστών. Μια από τις κύριες εφαρμογές του είναι η εξέταση του εγκεφάλου. Ανιχνεύει όγκους, εντοπίζει την πηγή επιληπτικής δραστηριότητας και παρέχει πληροφορίες για τη λειτουργία του εγκεφάλου στις περιπτώσεις ψυχικών ασθενειών. Επίσης, αποδεικνύεται χρήσιμο για τις εξετάσεις της καρδιάς. Αποκαλύπτοντας τις περιοχές όπου είναι μειωμένη η ροή του αίματος, καθώς και τη δραστηριότητα των κυττάρων του καρδιακού μυός, η τεχνική αυτή βοηθάει να προβλέπεται αν θα συνέλθει ο καρδιακός μυς μετά από μια καρδιακή προσβολή.