Zastosowanie protonów i neutronów w radioterapii.(cz. I)

Zastosowanie protonów i neutronów  w radioterapii.

1. Nukleony – definicja

2. Fizyka oddziaływań hardonów z materią. 

2.1 Fizyka oddziaływań protonów z materią. 

2.2 Fizyka oddziaływań neutronów z materią. 

3. Radioterapia hardonowa. 

3.1 Radioterapia protonowa. 

3.2 Radioterapia neutronowa.

1. Nukleony – definicja

Aby móc przejść do jasnej interpretacji nukleonu, należy zacząć od definicji samego atomu. Atom składa się z gęstego nukleonu usytuowanego w jego centrum, otoczonego przez chmurę rozproszonych elektronów. Jądro atomu zbudowane jest z protonów i neutronów, które wchodzą ze sobą w interakcje z dużą siłą na stosunkowo krótkich odcinakach. Następnie protony reagują same ze sobą na dłuższych odcinkach zgodnie z prawem Coulomba (Wartość siły wzajemnego oddziaływania dwóch ładunków jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi)[1]. Oba komponenty jądra tworzą  istocie nukleon. Można zatem powiedzieć, że nukleon zbudowany z protonów i neutronów jest jądrem atomu[2].

Rysunek 1 Budowa atomu

Źródło: http://escience.washington.edu/get-help-now/predicting-subatomic-future

Proton to podstawowy, niezależnie istniejący element materii, należący do grupy hardonów (dokładniej: barionów) o dodatnim ładunku +1 oraz masie spoczynkowej wynoszącej ok.
1 u. Proton zbudowany jest z 3 kwarków: 2 kwarków górnych (uu) oraz 1 dolnego (d), stąd jego układ: uud. Kwarki są związane ze sobą silnym oddziaływaniem gluonowym. Liczba atomowa jadra określonego atomu posiada taką samą liczbę protonów. Czynnik Landégo protonu wynosi g_p/2 = 2,792847351 ± 0,000000028.

Rysunek 2 Budowa protonu

Źródło: http://www.swiadomieoatomie.pl/warto-wiedziec/podstawy-fizyki/budowa-atomu-i-jadra-atomowego.html

Neutron jest jedną z dwóch cząstek, która wchodzi w skład jądra atomowego. To cząstka złożona, wchodząca w skład nukleonów (dokładniej barionów), która jest obojętna elektrycznie i zbudowana jest z dwóch dolnych kwarków (dd) oraz jednego górnego (u), więc jej układ to udd. Neutron jako część jądra atomowego jest niezwykle stabilny, jednak samodzielny (poza jądrem) już nie jest stabilny i rozpada się na skutek oddziaływań słabych. Masa spoczynkowa neutronu wynosi 1,008 664 915 78 u, zatem jest nieco większa od masy protonu.

Rysunek 3 Budowa neutronu

Źródło: http://www.swiadomieoatomie.pl/warto-wiedziec/podstawy-fizyki/budowa-atomu-i-jadra-atomowego.html

Reasumując można dokonać poniższego zestawienia protonów i neutronów pod kątem kilku cech: ładunku, masy, promienia klasycznego, momentu magnetycznego oraz struktury wewnętrznej. Protony mają ujemny ładunek, podczas gdy neutrony są obojętne. Masę mają zbliżoną, a promień klasyczny identyczny. Zarówno proton jak i neutron posiadają moment graniczny, a ich struktura wewnętrzna różni się: proton – uud, neutron – udd.

Rysunek 4 Porównanie protonu i neutronu.

Źródło: http://www.swiadomieoatomie.pl/warto-wiedziec/podstawy-fizyki/budowa-atomu-i-jadra-atomowego.html

---

[1] Prawo Coulubma - http://www.ap.krakow.pl/fizyka/elektromagnetyzm/prawo_coulomba.html

[2] Budowa atomu i nukleonu - http://escience.washington.edu/get-help-now/predicting-subatomic-future