2. kolo soutěže "oZáření" (12. 12. 2023 - 27. 12. 2023)

Otázka č. 1: Elektrostatickou interakci/sílu mezi zemí a měsícem můžeme ignorovat, protože:
a) je mnohem menší než gravitační interakce/síla
b) protože obě tělesa jsou elektricky neutrální
c) kvůli slapovému efektu
Vysvětlete.

Otázka č. 2: Když dojde v jaderném reaktoru ke štěpení atomu U-235, uvolní se přibližně energie 200 MeV. Předpokládejte jaderný reaktor, využívající uran 235, který má výstupní výkon 700 MW a 20% účinnost.
a) Kolik potřebuje atomů U-235 za den?
b) Jaká je váha uranu 235 spotřebovaného za den?

Otázka č. 3: Pacientka na CT obrázku (níže) byla léčena radioterapií pro nádor prsu. Pacientka leží na zádech nohama k nám, vlevo je její pravá strana. V této poloze ležela pacientka i při léčbě a byla ozařována fotonovým svazkem. Na CT snímcích se objevila nečekaná struktura (zakroužkováno žlutou barvou).
V této úloze diskutujte: Nevadí to? V jaké oblasti těla se struktura nachází? Co by to asi mohlo být? Bude to zeslabovat svazek? Je to pevná součást pacienta (jako např. implantát nebo stomie) nebo se to dá při léčbě odejmout? Nápověda: Pacientka byla léčena v roce 2021.

Jak spolu souvisí CT zobrazování a radioterapie? Proč potřebujeme u pacientů před terapií dělat CT snímky?
Nejčastějším způsobem doručení dávky od fotonů je využití klinického urychlovače, který je schopen generovat fotonový svazek. Cílem je, aby se plánovaná dávka od fotonů dostala do cílového objemu, do objemu nádoru. Představte si 2 stejné nádory o stejné velikosti, které jste schopni odstranit stejně velkou dávkou. Jeden z těchto nádorů bude obklopen měkkou tkání, druhý nádor bude uložen za nějakou kostí. Tušíte, ve kterém případě musíte z urychlovače „vypustit na pacienta“ více fotonů?
Určitě v případě, kdy je nádor uložen za kostí. Proč? Fotony, které putují směrem k nádoru, se po cestě zeslabují - interagují i s jinými tkáněmi před nádorem. Čím má tato tkáň vyšší hustotu, tím pravděpodobněji budou fotony s tkání interagovat a nedoletí k nádoru. V našem případě se tak mnohem více fotonů před nádorem zeslabí v kosti než v měkké tkání, proto ve druhém případě musíme „vyslat více fotonů“. No jo, jak ale urychlovač ví, kterým směrem vyslat kolik fotonů? Jak pozná, kde je jaká tkáň? K tomuto účelu právě potřebuje „překladač“, a tímto pomocníkem je CT snímek, který představuje anatomický model pacienta a poskytuje informaci o složení tkání. Tuto informaci poskytuje v tzv. stupních šedi - úplně jednoduše, čím bělejší je struktura na CT snímku, tím má větší hustotu a tím více zeslabuje fotonový svazek. CT snímky pacienta jsou tak nutnou součástí radioterapii, bez nich nelze plánovat doručení dávky, bez nich „urychlovač neví, kolik má vyslat fotonů daným směrem“. Zvládnete teď odpovědět na otázky?

Odpovědi zasílejte na e-mail: kamil.augsten@fjfi.cvut.cz. Můžete přiložit soubor s výpočtem - např. dokument, scan, fotku (pdf, obrázek). V případě většího souboru využijte Cloudové úložiště, soubor(y) pojmenujte dle čísla kola a vaší přezdívky nebo jména.