Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)"

Frigyes Vass
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Röntgensugárzás az orvostudományban Röntgen kép és Komputer tomográf (CT) Orbán József, Biofizikai Intézet, 2008

Zehnder of the Physik Institut, University of Freiburg, on 1 January

2 Hand mit Ringen: print of Wilhelm Röntgen's first "medical" x-ray, of his wife's hand, taken on 22 December 1895 and presented to Professor Ludwig Zehnder of the Physik Institut, University of Freiburg, on 1 January 1896[1][2] Röntgen sugárzás = X-ray (angol)

3 Előadás vázlata Röntgen sugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás

Wilhelm Conrad Röntgen; 1895 (1845-1923, fizikai Nobel-díj: 1901.) katódsugárcsőből kilépő sugárzás: Hatására a sókristály fluoreszkál, Elektromos és mágneses mezővel nem téríthető el.

4 Wilhelm Conrad Röntgen; 1895 ( , fizikai Nobel-díj: 1901.) katódsugárcsőből kilépő sugárzás: Hatására a sókristály fluoreszkál, Elektromos és mágneses mezővel nem téríthető el. Különböző anyagokban különböző mértékben nyelődik el. Ismeretlen forrása miatt X-sugárzásnak (X-ray) nevezte el. Sugárzás hullámhossza: 0,01-10 nm ( m) Sugárzás energiája: 0,1-100 kev (~ J) Erős ionizációs hatással rendelkezik!

5 Energia 1 ev = 1,6*10-19 J Hullámhossz Frekvencia E= hn = hf Röntgen UV IR c= ln = lf g és X Jellemző folyamat g és X Spektroszkópia

6 Röntgen sugárzás keltése: Röntgencső, mint sugárforrás

7 Röntgen katódsugárcső izzókatód olajhűtéses rotor anód (Wolfram-Rhenium ötvözet) - alacsony nyomású gáztöltésű röntgencső (üvegcső, 10-6 bar = 0,13 Pa) - az anód és a katód közti nagy feszültség hatására a katódból elektronok lépnek ki - amelyek a feszültésg hatására felgyorsulva - az antikatódba (anód) csapódnak be - és röntgensugárzást indukálnak.

8 Karakterisztikus sugárzás elektron n = 3 M héj n = 2 L héj 1. Belső elektron kilökése: ΔE kin E ionizáció 2. Külső(bb) elektron átrendeződik 3. Energia felesleg kisugárzása: ΔE n 1 E foton =hf n = 1 K héj Figyelem! Minden átmenetnek eltér az energiája: 3 1 E E E 3-2 ahol E 3-1 > E 2-1 > E 3-2

9 elektron A kiindulási (i) és a végső (j) energiaszint határozza meg a kibocsátott foton energiáját: ΔE i j E foton = hf i-j Figyelem! Minden átmenetnek eltér az energiája: 3 1 E E E 3-2 ahol E 3-1 > E 2-1 > E 3-2

10 Energia Atomi energia szintek 0 N M L K hf M sorozat emisszió L sorozat emisszió K sorozat emisszió Csak meghatározott energia értékek! Vonalas emissziós spektrum 2 1: K α 3 1: K β 4 1: K γ 5 1: K δ 2 2: - 3 2: L α 4 2: L β 5 2: L γ 3 3: - 4 3: M α 5 3: M β

11 Fékezési sugárzás elektron Az atommaggal kölcsönhatásba lépő elektron letér pályájáról, lassul! A kezdeti (E kezd ) és a végső (E vég ) mozgási energia különbsége határozza meg a kibocsátott foton energiáját: ΔE kezd vég = E kezd - E vég E foton = hf Folytonos emissziós spektrum

12 Röntgen katódsugárcső Kilépő rés A betáplált energia kevesebb, mint 1%-a alakul RTG sugárzássá. 99% hő! Hűtést igényel! forgatás 2 P Rtg cu IZ c: 1, V -1 (konstans) U: gyorsító fesz. (több kv) I: áramerősség (~ ma) Z: rendszám (W:74)

Relatív intenzitás Duane-Hunt törvény l 0 U 1,2345 l 0 U hc e 34 6,6x10 x3x10 19 1,6x10 8 12,345x10 7 Vm U kv l 0

13 Relatív intenzitás Duane-Hunt törvény l 0 U 1,2345 l 0 U hc e 34 6,6x10 x3x ,6x ,345x10 7 Vm U kv l 0 nm E Hullámhossz (nm) ev 1, J Ha növeljük a gyorsító feszültséget: l 0 csökken I, intenzitás nő (minden l-n)

14 Relatív intenzitás Fékezési: folytonos emissziós sugárzás Karakterisztikus: vonalas em. sugárzás Hullámhossz (nm)

15 Röntgen-, mint elektromágneses sugárzás Bevezető

16 Sugárzások Egyenes vonalú terjedés (kölcsönhatás mentes esetben) Távolságfüggő intenzitás I I 0 1 r 2

17 Fény anyag kölcsönhatás DETEKTÁLÁS I 0 minta I I ~ A 2 I: intenzitás A: amplitúdó I ~ n n: fotonszám Reflexió Transzmisszió Abszorpció Szórás Jelentősége kicsi! Fontos a képalkotáshoz! Képalkotási hibaforrás! Jelentős!

18 Az EM-sugárzás kölcsönhatása anyaggal (makroszkópikus leírás) Az EM-sugárzás intenzitása az anyagon való áthatolása közben csökken, az egyes fotonok energiája nem. A fotonok száma Az intenzitás csökkenését exponenciális törvény írja le. I( x) I(0) e x I(0) = I 0 : a kezdeti intenzitás μ: lineáris gyengülési tényező x: a behatolás mélysége lin. attenuációs koefficiens

19 Intenzitás-csökkentő fizikai jelenségek Abszorpció: l: elemfüggő n=n/v: sűrűségfüggő A ~ λ 3 Z 4 dd Fotoeffektus -> másodlagos RTG sugárzás (karakterisztikus) -> Auger elektron Compton effektus: - energia -> nem érzékeny a detektor - szórás -> intenzitás csökkenés, életlen kép/kontraszt csökkenés

20 Fotoeffektus (fotoelektromos jelenség) Az elektromágneses sugárzás (gamma-, röntgensugárzás) energiáját teljesen elnyeli egy atomi elektron. A foton lendületét (impulzusát) az atom veszi át. Ha a gamma kvantumnak elegendő energiája van, ki tudja szabadítani az elektront a mag vonzásából. hν: az elnyelt foton energiája E: az elektron kötési energiája 1/2m 0 v 2 : az elektron mozgási energiája

21 Compton-szórás Elektromágneses sugárzás kölcsönhatása szabad, vagy gyengén kötött elektronokon. A Compton-effektus során egy energiájú és impulzusú foton rugalmasan ütközik egy elektronnal. impulzus- és energiamegmaradás

Hasonló dokumentumok

Röntgensugárzás 9/21/2014. Röntgen sugárzás keltése: Röntgen katódsugárcső. Röntgensugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás

Röntgensugárzás 9/21/2014. Röntgen sugárzás keltése: Röntgen katódsugárcső. Röntgensugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás 9/1/014 Röntgen Röntgen keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás Hand mit Ringen: print of Wilhelm Röntgen's first "medical" x-ray, of his wife's hand, taken on December 1895 and presented