1. Az ionizáló sugárzások és az anyag kölcsönhatása

Átírás

1 Az ionizáló sugárzások és az anyag kölcsönhatása. A sugárzások érése KAD Az ionizáló sugárzások és az anyag kölcsönhatása Gondolat, levegőben (átlagosan) 1 ionpár keltéséhez 34 ev = 5.4 aj energia szükséges 3 Prefixuok yotta Y zetta Z exa E peta P tera T giga G 10 9 ega M 10 6 kilo k 10 3 hekto h 10 2 deka da 10 1 deci d 10-1 centi c 10-2 illi 10-3 ikro 10-6 nano n 10-9 piko p feto f atto a zepto z yocto y nagyságrendenként külön prefixu inden nagyságrendre külön prefixu 3 nagyságrendenként külön prefixu 4

2 Alfa-sugárzás és az anyag kölcsönhatása pályája egyenes (v. atoagon szóródás) alfa-részecske: He atoag elektroos töltése: 2e + kezdő sebesség több int 1000 k/s kinetikus energia néhány MeV ionizálóképesség jellezése lineáris ionsűrűség (fajlagos v. specifikus ionizáció) l hosszúságú úton n db ionpárt hoz létre Po -részecskéjének fajlagos ionizációja (levegő esetén) a egtett út függvényében (Rontó - Tarján 3.1 ábra) - forrás árnyékolás 6 hatótávolság (R, Reichweite): az a távolság, ait egy részecske a közegben befut, íg energiája a terikus értékre ne csökken pl. Ra: R (levegőben) = 3.4 c, R (folyadékban) = µ fékezőképesség: egységnyi úthosszra vonatkoztatott energia veszteség (a közeg szepontjából) lineáris energia átadás (LET, Linear Energy Transfer) (a részecske szepontjából) LET = (lineáris ionsűrűség). (1 ionpár keltésére jutó energia) egyéb hatások: (ionizáció/gerjesztések) karakterisztikus röntgen-sugárzás szcintilláció biológiai: funkcionális és orfológiai elváltozások végül: hő atoaggal való ütközés: agreakció (kis valószínűséggel) 7 Béta-sugárzás és az anyag kölcsönhatása béta-részecske: elektron (vagy pozitron) elektroos töltése: 1e (vagy 1e + ) lineáris ionsűrűség: az alfáénál 1000-szer kisebb pályája zegzugos (az elektron szóródik az elektronokon), visszaszórás is lehet spektrua folytonos (antineutrinó!), így nincs egységes hatótávolság levegőben: 10 c- 1 víz (szövet): 1-1c 8

3 ionpár/1 levegő Töltéssel rendelkező részecskék Sugárzás fajlagos ionizációja és anyag kölcsönhatása levegőben részecske 100 proton 32 P -spektrua (Rontó - Tarján 3.2 ábra) 10 elektron 0,01 0,1 1 Az -, a - és a proton sugárzás átlagos fajlagos ionizációja a részecske energia függvényében, a levegőben 16 as 9 sugárzás axiális hatótávolsága a axiális energia függvényében (Rontó - Tarján 3.3 ábra) 10 kitérő kitérő Eloszlás sűrűségfüggvény Eloszlás sűrűségfüggvény Spektru N h 10c 1 h: testagasság H: kollektív agasság N h 1 10c H h H h H görbe alatti terület: n görbe alatti terület: H h Spektru int speciális eloszlás sűrűségfüggvény 11 h (c) h (c) 12

4 Gaa/röntgen-sugárzás anyaggal való kölcsönhatása

5 (találkozik egy elektronnal) annihiláció A sugárzás leírására használható fizikai ennyiségek A sugárintenzitás gyengülése energia teljesítény intenzitás E J E P t J W s energia ára (Power) J P A W 2 elegendően vékony (x) abszorbensre: x (akroszkopikus) vastagságú abszorbensre: : J Jx J J x J J 0 e x gyengítési együttható spektru is!? eV ev 19 pl. D = 2 c 0,693 D D felezési rétegvastagság 20

6 A sugárintenzitás gyengülése J J 0 e x J J 0 e x Z, ; gyengítési együttható 0,693 D J J 0 e részleges gyengítési eh.-k x Z; töeggyengítési együttható 0,693 D 21 Z, ; * x x cx nx gyengítési együttható, 1/c Z; töeggyengítési együttható, c2 /g * a kitevő: sűrűség oláris konc. oláris extinkciós együttható, L/(ol*c) hatáskeresztetszet, c 2 részecske konc. 22 Gyengítési együttható Töeggyengítési együttható 23 24

7 Gyengítési/töeggyengítési együttható fotonenergiától és az abszorbens inőségétől való függése részfolyaatainak fotonenergiától való függése ólo esetén részfolyaatainak fotonenergiától való függése víz esetén 27 28

8 Z eff f Z 3 3 i i vezető kölcsönhatás Effektív rendszáok 80 fotoeffektus párképződés anyag Z eff zsír 6-7 levegő 7.26 víz 7.5 lágy szövet 7-8 csont jód 53 báriu 56 ólo Copton effektus kev 10 kev 100 kev 1 MeV 10 MeV 100 MeV rendszá, Z Neutronsugárzás egyes agreakciók teréke, bobázott atoagok gerjesztett állapotba kerülnek, felesleges energiájuktól neutronkibocsátással szabadulnak eg elektroos töltéssel ne rendelkezik, ezért csak közvetve ionizál; a kölcsönhatások fajtái: rugalas szóródás (rugalas ütközés, proton és neutron töege egyenlő), a proton ionizál rugalatlan szóródás (jellezően 5 MeV felett): a neutronnal kölcsönható atoag gerjesztett állapotba kerül, ajd vagy alfa kibocsátás neutronbefogás (a terikus neutron beépül az atoagba): radioaktív izotóp keletkezik protonok közegbeli kölcsönhatása nagyon hasonló az alfa sugárzáséhoz a felülethez közeli rétegekben csak kicsi a lefékeződés a Bragg csúcshoz tartozó behatolási élység: hatótávolság terápiás felhasználás! Protonsugárzás különböző energiájú protonsugárzás behatolása vízbe (DFS 2.67 ábra) Bragg csúcsok aghasítás (>100 MeV): agtöredékek, n-ok, -sugárzás 31 32

9 alfa béta gaa neutron áthatolóképesség nagyon kicsi kicsi nagyon nagy nagyon nagy veszélyesség belső belső/ külső külső külső védele papír űanyag ólo, beton víz, beton A sugárzások érése Szcintillációs száláló 35 36

10 Ionizációs kara Fildoziéter fil fényzáró tokban egfeketedése arányos az ionizáló sugárzás dózisával két réteg: érzékenyebb (50 Sv-50 Sv) érzéketlenebb (50 Sv-10 Sv). szűrők: űanyag, Al, Pb, stb. lehetővé teszik a sugárzás fajtájának és energiájának egállapítását, Orvosi fizika gyakorlatok, 2005 A:rekobináció B:ionizációs kara (összegyűjti az összes iont, a sugárzás ionizáló hatását éri) C: proporcionális tartoány D:Geiger tartoány (lavina effektus) 37 Orvosi fizika gyakorlatok, 2005 hátrányok: csekély pontosság, utólagos kiértékelés (pl. 1 hónap). 38 Zsebkara doziéter GM-csöves szálálók Teroluineszcens dózisérő az elektronok csapdába kerülnek Orvosi fizika gyakorlatok, Gyűrűbe foglalt TLDkapszula (a kéz sugárterhelésének detektálására), ill. a agyar fejlesztésű PILLE nevű teroluineszcens doziéter kiértékelő egysége az űrben (Sally Ride 1984). 40