Vad r strlning?

(1)

Vad är strålning

Föreläsning, 27/1 Marica Ericson

Två typer av strålning

• Partikelstrålning

• Elektromagnetisk strålning

Två typer av strålning

• Partikelstrålning

– Radioaktiva kärnpartiklar

– Laddade partiklar, t.ex. elektroner

• Elektromagnetisk strålning

Senare_{i kurse}

n (I ato_mernas värld)

James Clerk Maxwell

1831-1879

Vykort från Maxwell till Tait

Maxwell såg sambanden mellan

magnetfält (B) och elektriskt fält (E)

∫

⋅

=

0 ε

Q

dA

E

∫

B

⋅

_d

A

=

0

∫

⋅

=

−

Φ

dt

d

dl

B

E

∫













Φ

+

=

⋅

dt

d

I

dl

E

0

0 ε

µ

B

Lösning av Maxwells ekvationssystem visar att en

vågrörelse kan uppkomma där E- och B-fälten ingår.

Två typer av vågrörelse

• Mekanisk:

– Ljudvågor

– Havsvågor

• Elektromagnetisk:

– Ljus

– Radiovågor

– Mikrovågor

Störningar som propagerar i ett

elastiskt material

Störningar i elektromagnetiskt fält

som kan propagera i vakuum

(2)

Vågrörelse karakteriseras av

• Våglängd

• Frekvens (svängningar/sekund) =

1/ periodtid

• Utbredningshastighet

• Amplitud

Periodtid Amplitud hastighet våglängd

Elektromagnetisk strålning

Hastighet = ljusets ha_stighet 300 000 km/s

1 m

100 m 1 km 10 m 1 dm 1 cm 1 mm 0.1 mm 0.01 mm 1 µm 100 nm

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

Det elektromagnetiska spektrumet:

Längre våglängd Högre frekvens

1 m

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

Radiovågor:

1 m

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

Radiovågor:

1 m

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

Mikrovågor:

(3)

1 m

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

Mikrovågor:

1 m

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

Infrarött:

1 m

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

Synligt ljus:

1 m

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

Ultraviolett:

1 m

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

Röntgenstrålning:

1 m

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

γγγγ-strålning:

(4)

1 m

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

γγγγ-strålning:

1 m

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

Solens spektrum

Hur kan vi se färger

• Känselceller i ögat: tappar och stavar

• Tappar känsliga i olika våglängdsområden

• Omvandlar ljusimpuls till elektrisk signal

Färgblandning

Fig. 27.09

1 m

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

Ljus och människokroppen

Både bra och dåligt

UV-ljus:

• DNA-skador

• D-vitaminproduktion

Ofarligt

D

UV-ljus och huden

• Inducerar DNA-skador

• Triggar hudens melaninproduktion

• Orsakar förtjockning av huden

• Påskyndar åldrande

(5)

UV-ljus

UVA

_UVB

_UVC

400 nm

_{320 nm}

280 nm

200 nm

Blockeras av ozonskiktet

• Litet

penetrationsdjup

• Orsakar rodnad

• Hudcancer

• Blir brun

• DNA skador

• Hudcancer

Malignt melanom

• 1500 – 2000 fall i

Sverige årligen

• Tunna melanom (< 0.5

mm), 95% överlevnad

• Tjocka melanom (>4

mm),

< 50% överlevnad

Malignt melanom

Ickemelanomhudcancer

• Basalcells cancer (BCC) är den vanligaste

formen av hudcancer. > 30 000 fall / år

• Sprider sig nästan aldrig!

• Måste behandlas.

• Olika typer:

ytliga -> mer aggresiva

>

×

abnor mal

1.4

nor mal

I

Min forskning

Ericson et al. J. Photochem. Photobiol. 2003

(6)

Ljus – Vågor eller partiklar?

• Ljus är uppför sig som om

det både är vågor men

samtidigt partiklar.

• Fotonen = masslös partikel

• Båda modellerna är korrekt

Albert Einstein, 1879 - 1955 Är jag en partikel eller våg?

υ

h

E =

Ljus utövar kraft

Kan användas för att ”fånga” små föremål, en sk. optisk pincett

Dansande jäst-celler

Dr. Emma Eriksson

1 m

1 nm

0.1 nm 10 nm 0.01 nm

ökande biologisk påverkan

Magnetresonansavbildning

MRI

Röntgendiagnostik

Använda magneter för att studera kroppen –

MRI (magnetic resonance imaging)

Bild från Maria Widmark, Sahlgrenska Universitetssjukhuset

Väteatomer är som små magneter

N

S

(7)

Atomen & Spinn

1

_H

+

-

N

S

Spinn i magnetfält

B

M

B=0

M=0

S

N

Väteatomerna svänger i takt i magnetfältet

M

z

= 0

M

xy

≠ 0

B

₀

• Radiofrekvens-fältet RF (B

1

) som är vinkelrätt mot B

0

oscillerar

• Resonans med atomkärnorna. Kärnmagnetisk resonans!

B

₁

Orginalbilden

ky

kx

Informationen kärnornas olika frekvenser.

Matematisk bildbehandling

MRI kräver starka magnetfält

• Ca 1.5 Tessla (100 000 ggr jordens

magnetfält!)

• Supraledande elektromagneter, kräver

flytande Helium

(8)

Säkerhet med MRI

EKG 1. Magnet 2. Gradientspole 3. RF-spole 1. Magnet 2. Gradientspole 3. RF-spole 1 1 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3 2 =>39 C Brännskada Oljud Klick 1Qench