Mihály György

IV. Kvantum-elvek és gyógyászati alkalmazások

Spin, pozitron

14. ábra

15. ábra

Nehéz elképzelni, hogy a relativisztikus kvantummechanika, a spin, vagy akár egy misztikusnak tűnő antirészecske a mindennapi életünkben szerepet játsszon. Pedig ezek az elvontnak tűnő dolgok nagyon is fontos alkalmazásokban jelennek meg. Mielőtt a hétköznapi, elsősorban technikai példákra térnénk, néhány orvostudományi, gyógyászati alkalmazás kerül ismertetésre.

Orvostudományi kutatás és diagnosztika: PET

A pozitron és az elektron egymás antirészecskéi, ha találkoznak, megsemmisülnek és elektromágneses sugárzássá alakulnak. Az energiamegmaradás mellett az impulzusmegmaradásnak is teljesülnie kell, ezért ebben a folyamatban két foton sugárzódik ki, pontosan ellentétes irányban. Ezek a fotonok is "fényrészecskék", de frekvenciájuk nem a látható tartománynak felel meg; a sugárzás Röntgen-tartományába esik (az ilyen, ún. gamma-fotonok energiája a látható fényénél mintegy 10 nagyságrenddel nagyobb). A pozitron emissziós tomográfia (PET) olyan diagnosztikai eljárás, amely során a vizsgált személy szervezetébe ártalmatlan, gyorsan bomló izotópot juttatnak (C-11, O-15, N-13 vagy F-18).

16. ábra

17. ábra

18. ábra

Egészséges embernél is érdekes kutatásokat lehet végezni. Az agy vérellátása feldúsul az intenzíven használt agyterületeken, s ezek jól kirajzolódnak egy PET-felvételen. A módszer használható az agyműködés kutatására, például megállapítható a segítségével, hogy az egyes tevékenységek milyen agyi területeken váltanak ki aktivitást. Másképpen fogalmazva: a relativisztikus kvantummechanika segítségével meg lehet mondani, hogy valaki "mire gondol" (18. ábra).

Kórházi diagnosztika: MR tomográf

A elektronokhoz hasonlóan az atomok magjainak is van spinjük. Mágneses térben a különböző spin-irányú magállapotok más-más energiával rendelkeznek. Az energiakülönbségeknek megfelelő elektromágneses hullámokkal ezen spin-állapotok között átmenet hozható létre. A átmeneteknek megfelelő rezonancia segítségével azonosíthatók az atommagok. Az ilyen mag-mágneses spektrum felvétele a rádióhullámok tartományába eső, alacsony energiájú fotonok segítségével történik. Itt a fotonok energiája a látható fénynél mintegy 10 nagyságrenddel kisebb.

19. ábra