Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása."

Marika Gál
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása. Magsugárzások (α, β, γ) kölcsönhatása atomi rendszerekkel ( , o.) Direkt és indirekt ionizáció, LET/QF áthatólóképesség, terápiás vonatkozások Ismétlés: - Fotoeffektus ( o.) - Compton-effektus (163. o.) - Párképződés (172. o.) Ionizáló sugárzások detektálása (178. o.) -Ionizációs kamra / gáztöltésű detektorok ( o.) -Szcintillációs detektor (486. o.) -Ködkamra, buborékkamra -Filmdoziméterek, termoluminszcens doziméterek (190. o.) Vereb György DE OEC BSI, 2010

2 Különböző sugárzások tulajdonságai Típus töltés Energia hordozó E spektrum a-sugárzás 2 pozitív töltés a részecske vonalas (He atommag) g- sugárzás töltés nélküli nagy energiájú vonalas foton b - sugárzás egységnyi negatív nagy energiájú folytonos töltés elektron b + - sugárzás egységnyi pozitív nagy energiájú folytonos töltés pozitron

3 a-sugárzás: az a részecskék energiája jellemző az adott bomlásra 226 Ra E a részecskék MeV kinetikus energiával (1 ev = J) 222 Rn

4 Töltött részecskék és anyag kölcsönhatása: A nagy energiájú töltött részecskék kinetikai energiájuk jelentős részét az elnyelő közeg elektronjaival történő elektrosztatikus kölcsönhatás révén veszítik el. Átadott energia gerjesztés ionizáció Nehéz töltött részecskék (p.l. a részecske, M>>m 0 ): M, +ze, E=1/2 M v 2 v F b E 2 zm 2 be F=kze 2 r 2 m 0, -e

5 ionpár / cm 2 z M b E E 2 d sugár (ionizációra képes elektron) másodlagos ionizáció A kölcsönhatás során átadott energia fordítottan arányos a részecske kinetikai energiájával (E). Nagy E nagy v rövidebb idő a kölcsönhatásra kisebb energia átadás. A részecske töltésének négyzete szerepel az összefüggésben Bragg csúcs becsapódó α/β részecske pályája ionizáció gerjesztés behatolási mélység

6 b sugárzás: nagy kinetikus energiával bíró e, folytonos energia spektrum magyarázat: e és egy másik elemi részecske, m (anti-neutrino) osztozik a b bomlás során felszabaduló fölös energián E 1 E = E b +E m E 2 N (E b ) b max E b [kev]

7 A b sugárzás kölcsönhatása az elnyelő közeggel: az a sugárzás elnyeléséhez hasonló alapelvek DE 1, a nagy energiájú elektron a vele megegyező tömegű atomi elektronnal lép kölcsönhatásba a kölcsönhatás nagy mértékű energia vesztéshez és a mozgás irány jelentős változásához vezethet. 2, az atommagok elektromos erőterével a kölcsönhatás nagymértékű lassulást okozhat Bremsstrahlung (fékezési rtg. sugárzás) 1, és 2, következménye a b részecskék pályája zegzugos d sugár I I e 0 m x becsapódó részecske pályája ionizáció gerjesztés fékezési rtg. sugárzás

8 A b és a sugárzás ionizáló képességének összehasonlítása 1, azonos kinetikai energiák mellett (1/2mv 2 ) a b részecskék sebessége sokkal nagyobb mint az a részecskéké (8000 m b ~ m a ) 2, az a részecske töltése a b kétszerese 3, E 2 zm 2 be 1, 2 és 3 eredményeképp azonos kinetikai energiák mellett a b részecskék áthatoló képessége sokkal nagyobb mint az a részecskéké. (pl. 2 MeV a részecske vízben ~8 mm, ugyanilyen energiájú b részecske vízben 2 cm behatolási mélységgel jellemezhető).

9 a g foton emissziója a bomlást követő igen rövid időn belül megtörténik (10 13 s-on belül, kivéve a metastabil magokat lásd későbbi előadások, pl 99 Tc) A g sugárzás jellemzői a és b bomlás kísérő jelensége a g energia jellemző az adott bomlásra (vonalas spektrum) amikor a leánymag a bomlást követően gerjesztett állapotba kerül, akkor a fölös energia g sugárzás formájában emittálódik.

10 A g sugárzás kölcsönhatása az anyaggal: az energia átadás mechanizmusa a rtg. sugárzás abszorpciójához vezető folyamatokkal egyezik meg: Fotoeffektus Compton effektus Pár képződés A károsítás mechanizmusa:az ionizációk szinte teljes egészéért az elsődleges interakciók során keletkezett nagy energiájú elektronok a felelősek. EMIATT a g és rtg. sugárzásokat INDIREKTEN IONIZÁLÓ sugárzásoknak hívjuk, töltött részecskéket kell mozgásba hozniuk. Elnyelési törvény: az rtg. elnyeléséhez hasonló: I=I 0 e mx

11 Átmenő intenzitás Az g sugárzás exponenciális gyengülése anyagi rétegen való áthaladás során rétegvastagság I=I 0 e mx

12 A fotoeffektus mechanizmusa kötési energia (kev) 66 kev fotoelektron 100 kev foton hf=a+1/2mv 2

13 Compton szórás Vegyérték elektronok hf=a + 1/2mv 2 + hf Compton el. E = 1/2m e v 2 p = m e v beérkező foton E = hf p = hf/c szórt foton E = hf p = hf /c

14 Párképződés, annihiláció Beérkező foton elektron pozitron hf = m e c 2 = MeV annihilációs sugárzás hf = m e c 2 = MeV

15 Direkten és indirekten ionizáló sugárzások: a károsítás (ionizáció) összehasonlítása b sugárzás BŐR A becsapódó részecske pályája ionizáció gerjesztés ionizáció g foton (E=hf) mozgásba hozott elektronok ionizáció gerjesztés

16 Sugárzások ionizáló (energiaátadó) képessége LET = Linear Energy Transfer QF = Quality Factor LET-tel arányos, a biológiai hatás erősségét adja meg típus LET QF gamma és röntgensugárzás béta sugárzás neutron sugárzás alfa sugárzás

17 Energia leadás egységnyi hosszon dózis Áthatolási képesség sugárterápiás vonatkozásai Alfa sugázás mm szövetekben Antitesthez konjugálva adják be Béta sugárzás cm hatótávolság (3 MeV 1 cm) Távolság lineáris az energiával. Izotópok: energia eloszlás egyenetlen behatolás Gyorsítók (20 MeV) 7 cm felszíni tumorok Távolság a bőr felszíntől Távolság levegőben Proton sugárzás 100+ MeV cm Ideális mély tumornál drága Gamma sugárzás Mélyen behatol A kiszórás csökkenti a felszíni dózist Nagy energiájú Rtg sugárzás jobb water

18 Gamma kés Forgatható besugárzás és a gamma kés

19 Ionizációs áram A sugárzás detektálása: gáz töltésű detektorok részecske anód + A B C D E GM a b Feszültség (V) A: rekombináció B: telítés (minden primer ionpár eléri az elektródákat) C: Proporcionális tartomány (másodlagos ionizációk száma arányos a belépő részecske ionizáló képességével) D: Geiger-Müller tartomány (a teljes cső ionizálódik, áram független a belépő részecskétől) E: Önfenntartó kisülés

20 A sugárzás detektálása: szcintillációs detektor becsapódó részecske kristály foton fotokatód becsapódó részecske fotoelektron dinódák NaI(Tl) NaI(Tl) hf fotoelektron számláló kimenet vákuum

21 Wilson féle ködkamra

22 Buborékkamra Elavult technológia látványos Hűtött folyékony H 2 maga a céltárgy és a detektor is. A folyadék túlhevített, és az ionizációk a forráshoz nukleációs pontokat képeznek

23 Buborékkamra Folyékony hidrogén

24 Dózismérők: filmdoziméter, termolumineszcens doziméter Filmdoziméter: Az ionizáció a fényérzékeny film megfeketedését okozza Kis dinamikus tartomány Sugárzás fajtája nem azonosítható Termolumineszcens doziméter: Az ionizáció metastabil, tiltott állapotú gerjesztett elektronokat halmoz fel bizonyos kristályokban (pl. Mg+Ti szennyezett LiF) Kiolvasáskor melegítésre ezek visszakerülnek magasabb, de megengedett gerjesztett állapotba, ahonnan fénykibocsátással relaxálnak

Hasonló dokumentumok

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása. Különböző sugárzások tulajdonságai Típus töltés Energia hordozó E spektrum Radioaktí sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktí sugárzások detektálása. α-sugárzás pozití