Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Interakce ionizujícího záření s látkou. Interakce IZ s látkou •Záření: *přímo ionizující - nabité částice ( ,  -,  +, p,d) - předává svou energii prostředí.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Interakce ionizujícího záření s látkou. Interakce IZ s látkou •Záření: *přímo ionizující - nabité částice ( ,  -,  +, p,d) - předává svou energii prostředí."— Transkript prezentace:

1 Interakce ionizujícího záření s látkou

2 Interakce IZ s látkou •Záření: *přímo ionizující - nabité částice ( ,  -,  +, p,d) - předává svou energii prostředí přímo *nepřímo ionizující - bez elektrického náboje (n, , X, brzdné záření) - předává svou energii nepřímo prostřednictvím sekundárních nabitých částic •Dominantní způsob předávání energie: *ionizace a excitace atomů prostředí

3 Ionizace •Energie předaná elektronu dostatečně velká k odtržení elektronu z atomu •Energie částice > W b •Důsledek: vzniká pár elektron - kladně nabitý iont

4 Excitace •Přechod elektronu z nižší na vzdálenější slupku v důsledku interakce •Excitovaný stav nestabilní: elektron se vrací na původní slupku, přebytečná energie je emitována

5 Emise přebytečné energie -I •Excitace na vnitřních slupkách Charakteristické (X, RTG) záření

6 Emise přebytečné energie -II •Excitace na vnitřních slupkách Augerův elektron (elektron+ kladně nabitý iont)

7 Emise přebytečné energie - III •Excitace na vnějších slupkách Luminiscenční záření (viditelné světlo) Využití: scintilační detektory

8 Interkce přímo IZ - I •Těžké nabité částice (p, deuterony, , těžké ionty) *Mechanismus interakce: nepružné srážky s elektrony atomového obalu, při nichž se postupně spotřebovává energie nab. č. na ionizaci a excitaci atomů prostředí *Hmotnost těžké nab.č.  hmotnost elektronu  změny směru dopadající částice zanedbatelné, dráha přímočará

9 Dosah částic  - R R - vzdálenost, do níž částice pronikne v dané látce; u záření  udáváme střední lineární dosah E [MeV] Vzduch [cm] Biologická tkáň [10 -4 cm] Hliník [10 -4 cm]

10 Dosah částic  •R roste s rostoucí energií •R klesá s rostoucím Z materiálu *R  (tkáň)  R  (vzduch)/800 *R  (hliník)  R  (tkáň)/2 *R  (hliník)  R  (vzduch)/1500

11 Interakce přímo IZ - II •Lehké nabité částice (elektrony, pozitrony) *Mechanismy interakce: dvě možnosti *pružné srážky s elektrony atomového obalu  ionizace, excitace *rozptyl v poli atomového jádra  brzdné záření

12 Interakce přímo IZ - III •První možnost: srážky s elektrony atomového obalu : jedná se o srážku dvou stejně těžkých částic, jejich dráha je klikatá a podstatně méně ionizují (řídce ionizující záření) •U nich mluvíme o maximálním dosahu

13 Dosah částic  - R R - vzdálenost, do níž částice pronikne v dané látce; u záření  udáváme maximální lineární dosah E [MeV] Vzduch [mm] Biologická tkáň [mm] Hliník [mm]

14 Dosah částic  •R roste s rostoucí energií *R  (tkáň)  R  (vzduch)/800 *R  (hliník)  R  (tkáň)/2 *R  (hliník)  R  (vzduch)/1500

15 Interakce přímo IZ •Druhá možnost:Rozptyl v poli atomového jádra Jádro + Foton brzdného záření Elektron

16 Ztráty energie brzdným zářením - I •úměrné energii dopadající částice •úměrné A 2 prostředí •nepřímo úměrné druhé mocnině hmotnosti částice

17 Ztráty energie brzdným zářením - II •  A 2 *důležitá pro stínění záření  *př.: E  max = 2 MeV v plexi ztratí 0.7 % své energie, v olovu 8 %  při stínění dávat přednost lehkým materiálům (plexi, hliník)

18 Ztráty energie brzdným zářením - III •  1/ (m částice) 2  u těžkých částic jsou ztráty energie brzdným zářením zanedbatelné

19 Pozitrony  + •Na rozdíl od  - jsou pozitrony nestabilní •Po ztrátě energie v látce se spojí s volným elektronem. Jejich klidové hmotnosti (2x0.511MeV) se přemění ve 2 fotony anihilačního záření: *každý s energií MeV *letící opačným směrem

20 Vlastnosti fotonového záření - I •Elektromagnetické záření •Nulový elektrický náboj •Nulová klidová hmotnost •Energii předává látce prostřednictvím sekundárních elektronů

21 Vlastnosti fotonového záření - II •Některé jevy v kvantové mechanice lze vysvětlit pouze na základě *vlnových vlastností, tj. elmag.záření se chová jako vlnění *korpuskulárních vlastností, tj. elmag záření se chová jako částice •Při interakci s látkou se více projevují korpuskulární vlastnosti

22 Interakce fotonového záření s látkou •OBECNĚ: existuje mnoho typů interakcí (s elektrony atomového obalu, s atomovým jádrem, s coulombovským polem elektronů nebo jádra

23 Interakce fotonového záření s látkou •Z hlediska lékařských aplikací dominantní 3 interakce: •Fotolelektrický jev •Comptonův rozptyl •Tvorba elektron - pozitronových párů

24 Fotoelektrický jev - I •Foton předá v jediné interakci svoji energii elektronu z vnitřní slupky atomového obalu, elektron je emitován. Tento tzv. fotoelektron na své dráze ionizuje a excituje atomy prostředí

25 Fotoelektrický jev - II •Kinetická energie fotoelektronu • E = 1/2 mv 2 = h  - W b  h  ……….. energie dopadajícího fotonu  W b ……….. vazbová energie elektronu

26 Fotoelektrický jev - III •Místo na vnitřní slupce za zaplní elektronem z vyšší slupky  emise charakteristického záření nebo Augerova elektronu. •Pravděpodobnost fotoefektu vztažená na 1 atom: *Úměrná Z 5 *Nepřímo úměrná (h  ) 3

27 Fotoelektrický jev - IV hh Fotoelektron • Interakce na vnitřních slupkách • Absorbována veškerá energie • E = h  = W b +1/2 mv 2 • Pravděpodobnost  Z 5 /E 3

28 Comptonův rozptyl - I •Foton předává pružným rozptylem část své energie elektronu na vnější slupce atomového obalu •Výsledek interakce: *Rozptýlený foton e energií < primární foton; další interakce Comptonovým rozptylem tak dlouho, až převládne pravděpodobnost zániku fotoefektem *Odražený (Comptonův) elektron  ionizace a excitace atomů okolí

29 Comptonův rozptyl - II •Pravděpodobnost Comptonova rozptylu vztažená na 1 atom: *úměrná Z *nepřímo úměrná h 

30 Comptonův rozptyl - III hh Comptonův elektron • Interakce na vnějších slupkách • Absorbována jen část energie • E = h  = h  ´ + 1/2 mv 2 • Pravděpodobnost  Z /E h´h´

31 Tvorba elektron - pozitronových párů - I •Foton je pohlcen v elektrickém poli atomového jádra. Jeho energie h  se přemění na: *Energii odpovídající klidovým hmotnostem  - a  + *Kinetickou energii  - a  + •TEDY: může nastat pouze tehdy,kdy h  > 2 x MeV = 1.02 MeV (prahová reakce)

32 Tvorba elektron - pozitronových párů - II •Pravděpodobnost tvorby elektron - pozitronových páru vztažená na 1 atom: *Úměrná Z 2 *Úměrná h 

33 Tvorba elektron-pozitronových párů - III hh • Interakce fotonu v poli jádra • Absorbována veškerá energie • E = h  = e + + e mc 2 • Pravděpodobnost  Z E 2 haha Elektron Pozitron haha

34 Lineární součinitel zeslabení •Nabité částice  určitý dosah v látce R •Fotony  lineární součinitel  - střední počet fotonů, které budou na určité dráze interagovat •Definice  :  = (1/N). (dN/dx), kde dN je počet částic, u nichž došlo k interakcím při průchodu celkového počtu částic N dopadajícího na vrstvu o tloušťce dx

35 Polotoušťka •Poloušťka = vrstva látky zeslabující počet fotonů na polovinu původní hodnoty: •N 0 /2 = N 0.e -  d  d = ln(2)/  •Polotloušťka: *roste s rostoucí energií fotonového záření *klesá s rostoucím Z materiálu

36 Polotloušťka různých materiálů pro různé energie fotonů d - vrstva látky zeslabující počet fotonů na polovinu původní hodnoty

37 Geometrie úzkého svazku absorpční vrstvy zdroj kolimátor detektor N=N 0 e -  x

38 Geometrie širokého svazku absorpční vrstvy zdroj detektor N=N 0 Be -  x b a

39 Hodnoty polotloušťky Energie fotonů [MeV] A (B) hodnoty pro úzký (široký) svazek záření


Stáhnout ppt "Interakce ionizujícího záření s látkou. Interakce IZ s látkou •Záření: *přímo ionizující - nabité částice ( ,  -,  +, p,d) - předává svou energii prostředí."

Podobné prezentace


Reklamy Google