2. Rákgyógyítás protonterápiával

A radioaktivitásból vagy részecskegyorsító berendezésekből származó nagy energiájú ionizáló sugárzás pusztító hatással van az emberi szövetre, mivel szétrombolja a szerves molekulákat. A sejtek reprodukciójáért felelős DNS molekulákra különösen veszélyes. A rákgyógyászatban ezt használják ki, amikor rákos daganatok sejtjeit röntgensugárzással vagy részecskesugárzással igyekeznek elpusztítani. Persze a sugárzás az egészséges és a rákos sejteket egyformán károsítja, ezért azt kell elérni, hogy a szövetek által elnyelt dózis a rákos daganat helyén minél nagyobb legyen, miközben a környező egészséges szövetekben a lehető legkisebb. Erre az egyik lehetőség az ún. hadronterápia. Nehéz töltött részecskék, például protonok, az energiájukat a szövetekben nem egyenletesen adják le – az energialeadás közvetlenül a részecskék megállása előtt a legnagyobb, amint az alábbi grafikon mutatja. Az ún. Bragg‑csúcs helye a részecskék kezdeti energiájától függ, és lehetővé teszi, hogy a nyaláb pusztító hatását a test belsejében, a daganat helyén maximalizáljuk, miközben előtte és utána mérsékeltebb a behatás.

a) Sorolja fel a természetes radioaktív sugárzásuk fajtáit! Melyik sugárzás milyen részecskékből áll?

b) Ismertesse az elnyelt dózis fogalmát!

c) Radioaktív izotópokon kívül milyen más módszerrel hozhatunk létre ionizáló sugárzást?

d) Mi az ionizáló sugárzás közvetlen (azonnali) hatása a sejtekre?

e) Az ábrán látható grafikon segítségével magyarázza el, miért lehet előnyös protonnyalábot használni egy, a páciens testében lévő tumor elpusztítására röntgensugárzás helyett! Milyen sugárdózis éri a daganat előtt, illetve után elhelyezkedő egészséges szöveteket a két sugárzás esetében?

f) Mitől függ, hogy a szövetben milyen mélységben pusztítja a sejteket a protonnyaláb legnagyobb mértékben?

g) Mekkora egy $20\ \mathrm{MeV}$ energiájú röntgenfoton hullámhossza?

$(e=-1,6\cdot 10^{-19}\ \mathrm{C},$ $c=3\cdot 10^8\ \mathrm{\displaystyle \frac{m}{s}},$ $h=6,63\cdot 10^{-34}\ \mathrm{J\cdot s})$

a) A radioaktív sugárzások felsorolása és alkotórészük megnevezése:

3 pont

• $\alpha $‑sugárzás: He-atommag (1 pont) ($\alpha $-részecske említése nem elegendő)
• $\beta $‑sugárzás: elektron (1 pont)
• $\gamma $‑sugárzás: foton (1 pont) (vagy elektromágneses sugárzás)

b) Az elnyelt dózis fogalmának ismertetése:

2 pont

(Képlet felírása nem szükséges.)

c) Ionizáló sugárzást létrehozó eszköz megnevezése:

2 pont

pl. részecskegyorsító

d) A közvetlen élettani hatás említése:

2 pont

e) A protonnyaláb előnyének magyarázata:

4 pont

A protonnyaláb által leadott energia a test belsejében egy adott helyen éles maximumot mutat (1 pont), a röntgennyaláb az energiát a testbe belépve folyamatosan adja le

(1 pont)

A protonnyaláb a tumor előtti és utáni szövetet sokkal kevésbé károsítja, mint a tumor szövetét (1 pont), a röntgennyaláb energiájának jóval kisebb hányada (1 pont) nyelődik el a tumorban.

f) A hatásmaximum helyzetét befolyásoló tényező megnevezése:

2 pont

A részecskék kezdeti energiájától.

g) A keresett hullámhossz meghatározása:

$$E=h\cdot \displaystyle \frac{c}{\lambda }$$

$$\lambda =\frac{h\cdot c}{E}$$

$$\lambda =6,2\cdot 10^{-14}\ \mathrm{m}$$

(képlet + rendezés + számítás, 1 + 1 + 1 pont)

Összesen: 18 pont