Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Radiologická fyzika Rentgenové a γ záření 4. listopadu 2013, úpravy říjen 2014.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Radiologická fyzika Rentgenové a γ záření 4. listopadu 2013, úpravy říjen 2014."— Transkript prezentace:

1 Radiologická fyzika Rentgenové a γ záření 4. listopadu 2013, úpravy říjen 2014

2 Elektromagnetické záření Typ zářeníVlnová délka [m]Energie fotonu [eV] gama – – 10 8 rentgenové10 -8 – – 10 5 ultrafialové – ,1 – 10 2 viditelné – ,55 – 3,1 infračervené10 -3 – – 1,55 mikrovlnné1 – – MRI25 – 0, – 2, rádiové> 1< 10 -6

3 Viditelné světlo ,533,5 λ [nm] E [eV] vlnová délka energie infračervané záření ultrafialové záření

4 Rentgenové záření Závislost intenzity rentgenového záření na vlnové délce při dopadu elektronů s kinetickou energii E k,0 =35 keV na molybdenový terč (urychlovací napětí 35 kV).

5 Rentgenové záření (tungsten = wolfram) https://miac.unibas.ch/PMI/01-BasicsOfXray.html radiation-physics-particle-interactions-and- x-ray-production-flash-cards/ Pozor: grafy se liší proměnnou na ose x

6 Tzv. rentgenová fluorescence – charakteristické záření ve „směsi prvků“ k vybuzení dojde tvrdším rtg zářením – využití v analytické chemii

7 Brzdné záření Kratší vlnové délky, než je hodnota λ min, nejsou ve spojitém spektru zastoupeny. Hodnota λ min odpovídá jediné srážce elektronu s atomem terče, při které elektron ztratí veškerou svou počáteční kinetickou energii E k,0.

8 Brzdné záření nabité částice I Částice hmotnosti m a s nábojem e vyzařuje výkon V tomto vztahu vystupuje hybnost, energie a Lorentzův faktor Pro částici na kruhové trajektorii o poloměru R v magnetickém poli indukce B platí

9 Brzdné záření nabité částice II (synchrotronové záření, elektron v magnetickém poli B) Pro rychlosti částice blízké rychlosti světla má záření výkon přibližně P, je soustředěno dopředu do malého kužele s vrcholovým úhlem Δθ a frekvencí s maximem kolem ω

10 Charakteristické záření Zjednodušený diagram hladin energie atomu molybdenu znázorňuje přechody (děr, nikoli elektronů), odpovídající vzniku některé z charakteristických čar rentgenového spektra tohoto atomu. Každá z vodorovných čar odpovídá energii atomu s dírou (tj. scházejícím elektronem) v označené slupce.

11 Moseleyův zákon [mouzli-], lineární závislost mezi odmocninou z frekvence spektrální čáry charakteristického rtg. záření atomu a jeho protonovým číslem Z

12 Nuklidy Doba života Z N

13 Schema přechodu 60 Co - 60 Ni E [keV] 2823,9 2505,7 1332,5 0 γ γ γ γ J P ,88% 0,12% > 99,9% < 0,1% Pro úplný popis stavu jádra se udává kromě energie také celkový moment hybnosti J (a parita P)

14 Schema přechodu 99 Mo – 99 Tc E [keV] 1357,2 920,6 509,1 0 γ γ γ J P 1/2 + 9/ ,7 1/2 + 3/2 – 1/2 – 82,5% 16,5% 1,0%

15 Positronová emise E [keV] J P 1/2 – 2754, ,5 J P Energie se dělí mezi positrony a neutrina. Je tedy možné udávat jen ‹střední hodnotu› energie positronů.

16 Positronová emise Obvyklé rozložení energie mezi částici beta a neutrino

17 Útlum záření ΔxΔx x x + Δx I I + Δ I d 1/2 je polotloušťka a μ=μ(ħω,Z) je lineární koeficient útlumu. Zavádějí se také hmotový a atomový koeficient útlumu ρ je hustota, m mol je molární hmotnost, N A je Avogadrova konstanta

18 Další koeficienty útlumu Foton předává energii nabitým částicím látky (elektronům, případně dvojici elektron – positron). Energie těchto částic je absorbována látkou nebo v části opět vyzářena. Zavedeme pro charakteristiku těchto jevů koeficient energiového útlumu a koeficient energiové absorpce kde je průměrná hodnota energie předaná fotonem nabitým částicím a je průměrná energie, kterou uloží tyto částice v látce. S definicí koeficientu zpětného vyzáření g máme (do definice g dosadíme střední hodnoty energie)

19 Možné interakce fotonů s látkou  Fotoelektrický jev  Rayleighův rozptyl  Comptonův jev  Vytváření párů elektron - positron

20 Fotoelektrický jev Dopadající foton je absorbován, jeho energie postačuje k uvolnění elektronu

21 Fotoelektrický jev Foton interaguje scelým atomem Co se stane s fotonemzmizí Závislost na energii~ 1/(ħω) 3 Práh jevunení Lineární koeficient útlumuτ Uvolněná částiceelektron Závislost na Z a τ ~ Z 4, τ/ρ ~ Z 3 Střední předaná energieħω – P K ω K E B (K) Následný jevcharakteristické rtg záření nebo Augerův elektron Významná oblast pro vodu< 20 keV

22 (střední předaná energie při fotoefektu) The general expression of the mean energy transfer is: E tr = hν − P K ω K hν K, where P K is the probability that the photon with an energy greater than E B (K) creates a vacancy on the K shell. P K is typically between 0.8 and 1; ω K is the fluorescent yield of the K shell; hν K is the weighted mean value of all possible fluorescent transition energies down to the K shell. Typically, we usually have hν K ≈ 0.86E B (K). E B (K) je vazebná energie elektronu na hladině K

23 Rayleigho rozptyl Dopadající foton interaguje s některým z pevně v atomu vázaným elektronem

24 Rayleigho rozptyl Foton interaguje svázaným elektronem atomu Co se stane s fotonemrozptýlí se Závislost na energii~ 1/(ħω) 2 Práh jevunení Lineární koeficient útlumuσRσR Uvolněná částicežádná Závislost na Z a σ R ~ Z 2, σ R /ρ ~ Z Střední předaná energie0 Následný jevžádný Významná oblast pro vodu< 20 keV

25 Comptonův jev Dopadající foton je interaguje s některým téměř volným elektronem

26 Comptonův jev Foton interaguje svolným elektronem Co se stane s fotonemrozptýlí se Závislost na energiis rostoucí energií klesá Práh jevunení Lineární koeficient útlumuσCσC Uvolněná částiceComptonův elektron Závislost na Z a σ C ~ Z, σ C /ρ ~ 1 Střední předaná energierelativní část roste s energií Následný jevcharakteristické rtg záření nebo Augerův elektron Významná oblast pro vodu20 keV – 10 MeV

27 Vytváření párů elektron - positron Dopadající foton při interakci s velmi silným polem jádra vytvoří dvojici elektron + positron

28 Vytváření párů elektron - positron Foton interaguje sCoulombovým polem jádra Co se stane s fotonemzmizí Závislost na energiis rostoucí energií roste Práh jevu2mec22mec2 Lineární koeficient útlumuκ Uvolněná částicePár elektron - positron Závislost na Z a κ ~ Z 2, κ /ρ ~ Z Střední předaná energieħω – 2m e c 2 Následný jevanihilační záření Významná oblast pro vodu> 10 MeV

29 Detaily k fotoelektrickému jevu Fluorescenční výtěžek ω K(L) udává podíl pravděpodobností emise fotonu a Augerova elektronů při zaplnění dané volné hladiny. Zlomek P K(L) pak určuje podíl dané hladiny na všech fotoelektrických jevech, a to P K pro energii fotonu větší než vazebná energie na K – hladině, tj. ħω > E B (K), P L pro E B (L) < ħω < E B (K).

30 Detaily ke Comptonovu jevu Maximální a střední podíl energie předané fotonem comptonovskému elektronu

31 Dominance jednotlivých jevů

32 Přehled vztahů Lineární koeficient útlumu a koeficient energiové absorpce Střední hodnota předané energie pro fotoelektrický jev a tvorbu párů elektron - positron Střední hodnota předané energie pro Comptonův jev nezávisí na látce, její hodnotu můžeme odečíst z universálního grafu.

33 Otázky 1.Spektrum elektromagnetického záření 2.Brzdné a charakteristické rentgenové záření 3.Energiové přechody jader (gama a beta – zvláštnosti) 4.Útlum fotonového záření a jeho popis 5.Srovnání základních interakcí fotonového záření (Fotoefekt, Rayleigh, Compton, tvorba párů)


Stáhnout ppt "Radiologická fyzika Rentgenové a γ záření 4. listopadu 2013, úpravy říjen 2014."

Podobné prezentace


Reklamy Google