1. Az ionizáló sugárzások és az anyag kölcsönhatása (2-34) 2. Fizikai dózisfogalmak. 3. A sugárzás mérése (42-47) Prefixumok

Átírás

1 1. Az ionizáló sugárzások és az anyag kölcsönhatása (2-34) 2. Fizikai dózisfogalak (35-41) Gondolat, A sugárzás érése (42-47) KAD levegőben (átlagosan) 1 ionpár keltéséhez 34 ev 5.4 aj energia szükséges 3 Prefixuok yotta zetta exa peta tera giga ega kilo hekto deka deci centi illi ikro nano piko feto atto zepto yocto Y Z E P T G M k h da d c μ n p f a z 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 α-részecskéjének fajlagos ionizációja (levegő esetén) a egtett út függvényében (Rontó - Tarján 3.1 ábra) α- 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 1000 α-részecske 100 proton 32 P β-spektrua (Rontó - Tarján 3.2 ábra) 10 elektron 0,01 0,1 1 Az α-, a β- és a proton sugárzás átlagos fajlagos ionizációja a részecske energia függvényében, a levegőben 16 as 9 β sugárzás axiális hatótávolsága a axiális energia függvényében (Rontó - Tarján 3.3 ábra) 10 kitérő Eloszlás sűrűségfüggvény ΔN 1 h: testagasság Δh 10c ΔH Δh H: kollektív agasság H h Spektru int speciális eloszlás sűrűségfüggvény 11 kitérő ΔN Δh Eloszlás sűrűségfüggvény 1 10c görbe alatti terület: n ΔH Δh h (c) Spektru görbe alatti terület: H 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 ΔE J P W Δt s energia ára (Power) J ΔP ΔA W 2 elegendően vékony (Δx) abszorbensre: x (akroszkopikus) vastagságú abszorbensre: μ : ΔJ μjδx ΔJ μj Δx J J 0 e μ x gyengítési együttható spektru is!? eV ev 19 pl. D 2 c 0,693 μ D D felezési rétegvastagság 20

6 A sugárintenzitás gyengülése J J 0 e μ x J J 0 e μ x ( Z, ρ ε ) μ μ ; gyengítési együttható 0,693 μ D J J 0 e μ részleges gyengítési eh.-k μx töeggyengítési együttható 0,693 D ( Z ε ) μ μ ; μ τ + σ + κ μ μ ρ 21 ( Z, ρ ε ) μ μ ; * μx μρx ε cx σnx gyengítési együttható, 1/c ( Z ε ) μ μ ; töeggyengítési együttható, c2 /g * ε σ 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 μ fotonenergiától és az abszorbens inőségétől való függése μ részfolyaatainak fotonenergiától való függése ólo esetén μ részfolyaatainak fotonenergiától való függése víz esetén 27 28

8 Z eff ( fiz ) 3 3 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 rendszá, Z Copton effektus kev 10 kev 100 kev 1 MeV 10 MeV 100 MeV 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 γ 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 protonsugárzá s behatolása vízbe (DFS 2.67 ábra) Bragg csúcsok aghasítás (>100 MeV): agtöredékek, n-ok, γ-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 elnyelt dózis D Δ E ΔE Δ ρδv érvényesség: 2. Fizikai dózis-fogalak inden ionizáló sugárzásra korlátozás nélkül régi egység:1 rad 0,01 Gy elnyelt energia töeg J kg [ D ] Gy (Gray) 35 Sugárterhelés és dózisszintek halálos dózis (LD): az a dózisennyiség, aely 30 napon belül a besugárzott szeélyek 100 %-ának a halálához vezet, LD> 8 Gy teljes test besugárzás esetén félhalálos dózis (LD 50 ): az a dózisennyiség, aely 30 napon belül a besugárzott szeélyek 50 %-ának a halálához vezet, LD 50 > 5-8 Gy teljes test besugárzás esetén 36

10 besugárzás i dózis ( létrehozott pozitív) töltés ( levegő)töeg A besugárzási és az elnyelt dózis kapcsolata levegőben átlagosan 34 ev szükséges egy ionpár keltéséhez D lev f 0 X, ahol f 0 34 J/C X ΔQ Δ levegő ΔQ ρ ΔV levegő [ X ] C kg kis részecskeenergia esetén <0.6 MeV< nagy részecskeenergia esetén érvényesség: Röntgen és gaa sugárzásra levegőben D lev? D szöv 3 MeV alatt elektronegyensúly esetén 37 töeggyengítési együttható töegfékező 38 képesség Elektronegyensúly kis fotonenergia esetén < 0.6 MeV Bragg-Gray elv nagy fotonenergia esetén > 0.6 MeV szövet (levegőekvivalens) fekete pontok: prier elektronok fekete vonalak: szekunder elektronok a V térfogatból kilépő és az abba belépő elektronok száa egegyezik 39 olyan vékony karafal, hogy az elektronok akadály nélkül behatolnak levegővel telt üreg karafal az ionsűrűség a érőüregben egyezik a szövetivel szövetekvivalens karafal 40

11 dózisteljesítény 3. A sugárzások érése dózis kiszáítása pontszerű gaa sugárforrás esetén levegőben néhány sugárforrás dóziskonstansa forrás Szcintillációs száláló Ionizációs kara 43 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) 44

12 Fildoziéter Zsebkara doziéter GM-csöves szálálók 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 hátrányok: csekély pontosság, utólagos kiértékelés (pl. 1 hónap). 45 Orvosi fizika gyakorlatok, Teroluineszcens dózisérő az elektronok csapdába kerülnek gyűrűbe foglalt TLDkapszula (a kéz sugárterhelésének detektálására), ill. a agyar fejlesztésű PILLE nevű teroluineszcens doziéter kiértékelő egysége az űrben (Sally Ride 1984). 47