Gamma sabrukšana

- [Instruktors] Ja smadzenēs dziļi iekšā ir audzējs,

kā no tā atbrīvoties,

nesabojājot veselos audus?

Viens no veidiem ir procedūra,

ko sauc par gamma naža radioķirurģiju.

Smieklīgi ir tas,

ka tajā neizmanto nazi un tā nav arī ķirurģija.

Tā vietā tajā izmanto radioaktīvo gamma sabrukšanu.

Bet kas īsti ir gamma sabrukšana,

un kā tā iznīcina audzēju,

neiznīcinot veselos audus?

Un kāpēc mēs izmantojam gamma sabrukšanu,

nevis alfa vai beta sabrukšanu?

Noskaidrosim.

Sāksim ar kaut ko, ko jau esam redzējuši.

Ja ir nestabili kodoli,

tad tie piedzīvos alfa vai beta sabrukšanu

un kļūs stabilāki.

Mēs daudz par to esam runājuši citos video

par alfa un beta sabrukšanu. Ja vēlies uzzināt vairāk,

vari tos noskatīties.

Bet šeit svarīgi ir tas,

ka meitas kodoli dažreiz var būt ierosināti.

Ko tas nozīmē?

Mēs par to jau esam dzirdējuši, vai ne?

Runājot par atomiem un elektroniem,

mēs droši vien jau zinām, ka, ja paņem atomu,

jebkuru atomu ar elektroniem ap to,

elektroni var atrasties dažādos enerģijas līmeņos.

Parasti elektroniem patīk atrasties zemākajā enerģijas līmenī,

ko mēs saucam par pamatstāvokli.

Bet, ja tam kaut kā varētu pievadīt pietiekami daudz enerģijas,

tad varētu panākt, ka elektrons pāriet

uz augstāku enerģijas līmeni.

To mēs saucam par ierosinātu stāvokli.

Ierosināts stāvoklis būtībā nozīmē,

ka elektrons ir kādā augstākā enerģijas līmenī.

Elektroniem nepatīk palikt šajā stāvoklī

ilgu laiku,

un tāpēc tie ātri pāries atpakaļ uz pamatstāvokli.

Un, kad viņi to dara, enerģijas starpība

tiek izstarota kā gaismas fotons.

Un tieši tas notiek, piemēram, LED diodēs,

kādas mūsdienās ir daudzos lukturīšos.

Kad caur LED plūst strāva,

tās elektroni tiek ierosināti

uz augstāku enerģijas līmeni.

Un tad, kad tie atgriežas pamatstāvoklī,

tie atbrīvo enerģijas fotonu, un tāpēc LED spīd.

Un zini ko?

Kaut kas ļoti līdzīgs notiek arī šeit.

Izrādās, tāpat kā ar elektroniem,

un tieši tāpat kā elektroniem,

arī protoniem un neitroniem ir dažādi enerģijas līmeņi

kodolā.

Un, kad veidojas meitas kodols

pēc alfa vai beta sabrukšanas,

dažreiz protoni un neitroni

var atrasties augstākos enerģijas līmeņos.

Tieši to mēs domājam, sakot, ka kodols ir ierosināts.

Kas notiks tālāk?

Tāpat kā ar elektroniem,

protoni un neitroni pāries uz pamatstāvokli,

un, to darot, tie atbrīvos gaismas fotonu.

Un šo gaismas fotonu mēs saucam par gamma starojumu.

Un šo sabrukšanu mēs saucam par gamma sabrukšanu.

Gamma starojums ir tikai gaismas elektromagnētiskie viļņi.

Paga, tas nozīmē, ka radioaktīvā sabrukšanā rodas gaisma.

Vai tāpēc radioaktīvas lietas

parasti spīd zaļganā krāsā?

Viss šķiet pilnīgi loģiski, vai ne?

Ak, nē.

Šīs fotogrāfijas un tās, ko redzat multfilmās,

ir ļoti maldinošas.

Radioaktīvas vielas tā nespīd,

bet kāpēc tās izstaro gaismu?

Lai to saprastu, mums ir jāsaprot,

mums jāapskata elektromagnētisko viļņu skala.

Elektromagnētiskie viļņi, tā kā tie ir viļņi,

var būt ar dažādiem viļņu garumiem.

Ja ir lieli viļņu garumi,

mēs tos parasti saucam par radioviļņiem vai mikroviļņiem.

Un īsāki viļņu garumi

ir tie, kas tuvojas ultravioletajai gaismai un rentgenstariem.

Un šeit uzreiz var redzēt,

ka mūsu acis ir jutīgas tikai

pret noteiktu viļņu garuma diapazonu.

Tagad jautājums būtu,

kas nosaka viļņa garumu?

Viļņa garums ir atkarīgs no enerģijas,

kas piemīt fotonam.

Jūs varbūt atceraties, ka gaismai ir gan viļņa daba,

gan daļiņas daba.

Fotoni ir gaismas daļiņas.

Izrādās, ka, ja ir zemas enerģijas fotoni,

būs lielāks viļņa garums.

Starp tiem pastāv apgriezta sakarība.

Un, ja ir augstākas enerģijas fotoni,

būs īsāks viļņa garums,

jo lielāka enerģija, jo īsāks viļņa garums.

Ja mēs aplūkojam fotonus,

kas rodas no elektronu pārejām LED diodēs,

tad to enerģija ir šajā reģionā,

un tāpēc mēs to varam redzēt.

Būs arī daži fotoni, kas atrodas infrasarkanajā

un ultravioletajā reģionā, kurus mēs nevaram redzēt,

bet daudzi no tiem būs redzamajā reģionā.

Tagad jautājums būtu,

kāda būtu gamma fotonu enerģija?

Izrādās, ka gamma starojumam,

šiem fotoniem ir daudz, daudz lielāka enerģija

nekā tām enerģijām, ko mēs iegūstam šeit.

Un tam ir zināma jēga,

jo spēki, ar kuriem mēs šeit saskaramies,

ir stiprie kodolspēki, kas ir daudz, daudz spēcīgāki

par elektromagnētiskajiem spēkiem, ar kuriem mums ir darīšana.

Kad protons vai neitrons ierosinātā kodolā

pārlec no augstākas enerģijas uz zemāku enerģiju,

atbrīvotajam fotonam būs daudz lielāka enerģija,

salīdzinot ar fotoniem, kas atbrīvojas šeit.

Gamma starojuma enerģija

noteikti ir lielāka nekā redzamajai gaismai,

lielāka pat par rentgenstariem.

Faktiski izrādās, ka tā ir visaugstākā

no visiem elektromagnētiskajiem viļņiem.

Gamma starojumam ir visaugstākās enerģijas fotoni,

tāpēc tas noteikti ir neredzams mūsu acīm.

Tātad, lai gan tas izstaro gamma starojumu,

kas ir elektromagnētiskie viļņi,

kas tehniski ir gaisma, mēs to nevaram redzēt.

Un skaidrs,

ka radioaktīvā sabrukšana neliks vielām spīdēt.

Ir materiāli, kas spīd dažādu iemeslu dēļ,

bet, kad tie spīd, varat iedomāties, ka spīdums,

viss, ko redzat, atrodas redzamajā reģionā,

un tāpēc fotoniem ir jābūt nākušiem no

elektronu pārejām, nevis no kodola.

Lai kliedētu šo nepareizo priekšstatu,

mēs iekrāsosim šos fotonus citā krāsā.

Piemēram, rozā.

Labi, apskatīsim piemēru.

Piemēram, ja ņemam kobaltu-60,

tas ir radioaktīvs izotops,

tas pārvēršas par niķeli-60 beta sabrukšanas ceļā.

Atkal, pārāk neuztraucieties

par beta sabrukšanas detaļām.

Mēs to apskatījām kādā citā video.

Bet šeit svarīgi ir tas, ka šis niķelis,

meitas kodols, ko iegūsi,

būs ierosinātā stāvoklī.

Un veids, kā mēs to parādām, ir uzzīmējot

šeit zvaigznīti.

Un tad šis niķelis piedzīvos gamma sabrukšanu.

To darot, niķeļa kodols būs atgriezies pamatstāvoklī.

No tā uzreiz

var redzēt dažas atšķirības starp gamma sabrukšanu

un alfa un beta sabrukšanu.

Pirmkārt, gamma sabrukšana parasti notiek

kopā ar alfa un beta sabrukšanu.

Tā reti notiek pati par sevi.

Tam ir jēga, vai ne?

Jo, kad ir notikusi alfa un beta sabrukšana,

tad meitas kodoli būs ierosinātā stāvoklī,

un tad, kad tie atgriežas pamatstāvoklī,

tad rodas gamma fotons.

Tāpēc tam ir jēga.

Varētu sagaidīt, ka gamma sabrukšana

notiks kopā ar alfa un beta, bet ne pati par sevi.

Es domāju, tas var notikt, bet tie ir reti gadījumi.

Otrā lielā atšķirība, ko var redzēt,

ir tāda, ka alfa vai beta sabrukšanā izotopi mainās,

jo mainās protonu skaits.

Bet gamma sabrukšanā, paskat, tas nenotiek.

Masas skaitlis un protonu skaits paliek nemainīgs.

Un atkal, tam ir jēga,

jo gamma sabrukšanā nekas netiek izsviests.

Nav tā, ka protoni vai neitroni pārvēršas viens otrā,

kā tas notiek šeit.

Būtībā protoni un neitroni tikai pārlec

no augstāka enerģijas līmeņa uz zemāku enerģijas līmeni.

Tā kā protonu un neitronu skaits

viss paliek tieši tāds pats,

arī kodols paliek tieši tāds pats.

Un tāpēc, lai tikai apzīmētu,

ka protonu un neitronu skaitā nav izmaiņu,

mēs šeit liksim nulli, un arī šeit nulli.

Un pēdējais salīdzinājums, ko vēlamies veikt,

ir tās caursišanas spēja.

Piemēram, alfa starojumam,

ir vismazākā caursišanas spēja.

To var apturēt ar parastu papīru.

Beta daļiņas, tā kā tās ir nedaudz mazākas,

var iziet cauri papīram,

bet nepieciešams kaut kas līdzīgs alumīnijam

vai plastmasai, lai to apturētu.

Kā ir ar gamma starojumu?

Gamma starojumam ir vislielākā caursišanas spēja.

Un atkal, mēs to varam izskaidrot.

Ja atgriežamies pie elektromagnētisko viļņu skalas,

mēs zinām, ka redzamā gaisma,

piemēram, nevar iziet cauri ādai.

Bet kā ir ar rentgenstariem?

Tiem ir lielāka enerģija,

un tie jau var iziet cauri ādai,

bet tie atstarojas no kauliem.

Tāpēc rentgenstarus izmanto kaulu attēla veidošanai.

Kā redzi, jo lielāka enerģija,

jo lielāka ir caursišanas spēja.

Gamma stariem enerģija ir vēl lielāka,

tāpēc tie var iziet cauri vēl vairāk.

Salīdzinot ar visiem trim,

gamma starojumam ir vislielākā caursišanas spēja.

Ja vēlies apturēt gamma starojumu,

labāk sagādā dažas svina loksnes, piemēram.

Tāpēc, ja strādā ar radioaktīvām vielām,

tās ir pareizi jāierobežo ar pamatīgu aizsargu.

Parasti mēs izmantojam biezas svina sienas, lai to aizsargātu.

Labi, kā ir ar tās jonizācijas spēju?

Visi trīs starojuma veidi ir jonizējošais starojums.

Tas nozīmē, ka tie var izsist elektronus no atomiem,

kas nozīmē, ka tie var iznīcināt audus

un šūnas, un visu pārējo.

Bet no šiem trim gamma starojumam ir vismazākā jonizācijas spēja.

Atkal, tam ir zināma jēga,

jo alfa starojumam ir +2 lādiņš,

tāpēc tam ir ļoti viegli atraut elektronus.

Beta daļiņai ir viens negatīvs lādiņš,

tāpēc tā ir nedaudz vājāka.

Un gamma stari, tie ir neitrāli,

tie ir fotoni, tie ir neitrāli,

tiem nav lādiņa.

Un tāpēc tiem būs vismazākā jonizācijas spēja,

bet tie jonizē.

Visi trīs ir jonizējošais starojums.

Visi trīs var bojāt audus.

Tātad visi trīs var būt bīstami.

Labi, tagad mēs esam gatavi apskatīt,

kā darbojas gamma naža radioķirurģija.

Mēs izmantojam kobalta radioizotopu, lai radītu gamma starojumu.

Bet ko tas dara?

Atgriezīsimies pie tā.

Labi, es izmantošu savu kobaltu-60,

lai radītu šauru gamma staru kūli.

Atkal atvainojos, ka izmantoju zaļo krāsu.

Atcerieties, tam ir jābūt neredzamam, labi?

Bet lai nu kā, kas notiks?

Tā kā tam ir liela caursišanas spēja,

tas vienkārši iet taisni cauri.

Tas ir jonizējošais starojums.

Bet, ja es saglabāju pietiekami zemu intensitāti,

tas nozīmē, ka šeit ir mazāk fotonu,

tad tas neradīs lielu kaitējumu.

Tas neradīs nekādu kaitējumu, teiksim,

kas ir labi, jo mēs nevēlamies, lai veselie audi

tiek bojāti.

Bet ir arī sliktas ziņas,

jo tas neko nedara mūsu audzējam.

Bet kas notiek, ja es izmantoju otru staru kūli,

kas krustojas tieši pie audzēja?

Tagad notiks tas pats,

tikai tagad uz audzēju krīt vairāk fotonu,

kas nozīmē, ka palielinās jonizācijas iespējamība.

Tas nozīmē lielāku iespēju sabojāt audzēju.

Saprotat, uz ko es velku?

Pievienosim vairāk staru kūļu.

Pievienosim simts.

Tagad audzējam klāsies grūti,

tas tiks iznīcināts.

Redziet, cik tas ir lieliski.

Atsevišķi staru kūļiem ir pietiekami zema intensitāte,

lai, ejot taisni cauri,

tie daudz nejonizētu.

Bet, tā kā uz audzēja ir tik liela koncentrācija,

tajā konkrētajā vietā,

mums tagad ir metode, kā iznīcināt

kaut ko dziļi smadzenēs, nepieskaroties veselajiem audiem.

Tā darbojas gamma naža radioķirurģija.

Un var redzēt, kāpēc mēs izvēlamies gamma starojumu,

nevis alfa vai beta,

jo gamma starojumam ir vislielākā caursišanas spēja.

Ja būtu izmantots alfa vai beta starojums,

tie, visticamāk, iestrēgtu kaut kur pa ceļam.

Tiem ir arī lielāka jonizācijas spēja,

kas nozīmē lielāku kaitējumu audiem.

Tātad gamma starojums ir labākā izvēle.

Man tas šķiet pilnīgi neticami.