Sugárzás kölcsönhatása az anyaggal 1. Fény kölcsönhatása az anyaggal 2. Ionizáló sugárzás kölcsönhatása az anyaggal KAD 2012.10.03 1976 2 1. 3 4
n 1 >n 2 5 6 7 8
9 10 11 12
13 14 2. Az ionizáló sugárzások és az anyag kölcsönhatása Osztályozási lehetőségek agsugárzások az energia az atoagból szárazik. α, β, γ, p, n, részecskesugárzás pozitív nyugali töeg α, β, p, n, direkt ionizáló sugárzás töltött részecskék α, β, p, röntgensugárzás az energia az elektronfelhőből szárazik Rtg EM sugárzás nincs nyugali töeg Rtg, γ indirekt ionizáló sugárzás töltés nélküli részecskék Rtg, γ, n Ionizációnak nevezzük azt a folyaatot, aikor egy atoból vagy olekulából elektroos töltéssel rendelkező ion keletkezik elektroosan töltött részecskék (elektronok vagy ionok) elvételével vagy hozzáadásával. levegőben (átlagosan) 1 ionpár keltéséhez 34 ev = 5.4 aj energia szükséges
Gaa/röntgen-sugárzás anyaggal való kölcsönhatása 17 18 (találkozik egy elektronnal) annihiláció PET/MRI 19 20
A sugárzás leírására használható fizikai ennyiségek energia teljesítény intenzitás E [] J ΔE J P = = W Δt s J ΔP ΔA W = 2 energia ára (Power) spektru is!? 21 2.6 10 1eV = 2.6 10 21 22 17 10 4 ev A sugárintenzitás gyengülése A sugárintenzitás gyengülése elegendően vékony (Δx) abszorbensre: x (akroszkopikus) vastagságú abszorbensre: μ : ΔJ = μjδx ΔJ = μj Δx J = J 0 e μ x gyengítési együttható J = J 0 e μ x ( Z, ρ ε ) μ = μ ; gyengítési együttható J = J 0 e μx töeggyengítési együttható ( Z ε ) μ μ ; = μ μ = ρ 0,693 μ = D 0,693 μ = D μ = 0,693 D pl. D = 2 c D felezési rétegvastagság 23 részleges gyengítési eh.-k μ = τ + σ + κ 24
J = J 0 e μ x Gyengítési együttható a kitevő: * μx = μρx = ε cx = σnx ( Z, ρ ε ) μ μ ; sűrűség oláris konc. = gyengítési együttható, 1/c részecske konc. ( Z ε ) μ = μ ; töeggyengítési együttható, c2 /g * ε σ oláris extinkciós együttható, L/(ol*c) hatáskeresztetszet, c 2 25 26 Töeggyengítési együttható Gyengítési/töeggyengítési együttható 27 28
μ fotonenergiától és az abszorbens inőségétől való függése μ részfolyaatainak fotonenergiától való függése ólo esetén μ részfolyaatainak fotonenergiától való függése víz esetén 29 30 Z eff 3 3 = w izi Vezető kölcsönhatás Effektív rendszáok 80 fotoeffektus párképződés anyag Z eff zsír 6-7 levegő 7.26 víz 7.5 lágy szövet 7-8 csont 12-14 jód 53 báriu 56 ólo 82 60 40 20 Copton effektus 31 32 1 kev 10 kev 100 kev 1 MeV 10 MeV 100 MeV rendszá, Z
echanizus Sugárgyengítési echanizusok μ függése a fotonenergiától (ε) μ függése a rendszától (Z) lágyszövet esetén elyik fotonenergiatartoányban doináns rugalas szórás ~1/ε 2 ~Z 2 fotoeffektus ~1/ε 3 ~Z 3 10-30 kev Copton enyhén ~Z/A (A: effektus csökkenő töegszá) 30 kev - 20 MeV párkeltés enyhén növekvő ~Z 2 > 20 MeV Alfa-sugárzás és az anyag kölcsönhatása 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 34 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) = 10-100 µ α- forrás árnyékolás pályája egyenes (v. atoagon szóródás) 214 Po α-részecskéjének fajlagos ionizációja (levegő esetén) a egtett út függvényében 35 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) 36
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 37 Neutronsugárzás egyes agreakciók teréke, bobázott atoagok gerjesztett állapotba kerülnek, felesleges energiájuktól neutronkibocsátással szabadulnak eg elektroos töltéssel ne rendelkezik, közvetve ionizál 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 aghasítás (>100 MeV): agtöredékek, n-ok, γ-sugárzás 38 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 39 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.. 40