Fysiikka 8: luku 4.1 Ytimen rakenne

Atomin ytimen rakenneosien eli protonien ja neutronien, yhteisnimitys on nukleoni. Protonien ja neutronien massat ovat melkein yhtä suuret. Ytimen ominaisuudet riippuvat sen protonien ja neutronien lukumäärästä. Atomin ydintä kuvataan symbolilla ^A_Z X, jossa X on alkuaineen kemiallinen merkki, Z järjestysluku ja A massaluku.

A = Z+N

jossa N on ytimessä olevien neutronien lukumäärä. Neutroniluku on N = A – Z. Protonien lukumäärä tietyn alkuaineen ytimissä on aina sama, mutta neutronien lukumäärä voi vaihdella. Niitä ytimiä, joilla on eri neutroniluku, kutsutaan kyseisen alkuaineen isotoopeiksi. Kaikilla saman aineen isotoopeilla on samanlaiset kemialliset ominaisuudet, koska alkuaineen elektroniverhon rakenne riippuu vain protonien määrästä ytimessä eikä neutronien määrästä. Isotooppeja ei voi erotella toisistaan kemiallisin menetelmin.

Kullakin alkuaineella on sekä stabiileja että epästabiileja isotooppeja. Epästabiileja isotooppeja kutsutaan radioaktiivisiksi isotoopeiksi. Ne lähettävät hajotessaan hiukkassäteilyä tai sähkömagneettista säteilyä.

Magneettikuvaus

Magneettikuvaus perustuu ydinmagneettiseen resonanssiin. Tämä pohjautuu siihen, että ympäröivä aine vaikuttaa ydinten käyttäytymiseen magneettikentässä. Ihmisen kehosta noin 70 % on vettä. ja vety on osana vesimolekyylia, mikä vuoksi käytännön magneettikuvaus perustuu kudoksissa olevien vetyatomien eli protonien sekä magneettikentän vuorovaikutukseen. Magneettikuvauksessa käytetään hyväksi voimakasta magneettikenttää sekä matalaenergistä radiotaajuista shkömagneettista säteilyä, joiden avulla kuva muodostetaan.

Magneettikuvausta voidaan käyttää lähes kaikkien kehonosien kuvaamiseen. Sisäelimet: sydän, maksa, munuaiset ja lantion alueen rakenteet näkyvät magneettikuvauksen hyvän pehmytosaerittelykyvyn vuoksi erinomaisesti. Erityisesti se sopii selkärangan, selkäytimen ja välilevyjen tutkimiseen. Nivelten kulumavikojen aiheuttamat muutokset sekä kaularankaperäiset hartia- niska, ja käsioireet ovat hyviä magneettikuvauskohteita.

Eniten magneettikuvausta käytetään kuitenkin aivojen tutkimuksessa. Tällä menetelmällä saadaan yksityiskohtaisempia kuvia aivoista kuin millään muulla kuvantamismenetelmällä. Se soveltuu kaikkien aivoperäisten oireiden ja sairauksien tutkimiseen.

Nykyisin ei ole vielä tiedossa, että magneettikentällä olisi haitallisia vaikutuksia ihmisen elimistölle, joten se on tämänhetkisen käsityksen mukaan huomattavasti turvallisempi tutkimusmuoto kuin tietokonetomografia tai PET eli positroniemissiotomografia, jossa tutkittavan verenkiertoon ruiskutetaan radioaktiivista merkkiainetta jonka kulkeutumista seurataan kameralla.

Magneettiangiografialla eli verisuonikuvauksella korvataan osa niistä röntgenkuvista, joissa tarvittaisiin varjoaineiden käyttöä. Verisuonet näkyvät magneettikivassa, koska magneettikuvaus pystyy havaitsemaan veren virtauksen.Verisuonikuvauksessa nähdään muun muassa aivo- ja kaulasuonten ahtaumat, pullistumat ja verisunten epämuodostumat. Magneettispektroskopia menetelmällä voidaan tutkia sydänlihaksen paikallista aineenvaihduntaa.