•RTG je nepostradatelné v dnešní medicíně. •Jak ovšem vzniká? •Jak je detekujeme? •Jak interaguje s látkou? •Jaké veličiny jsou s ionizujícím zářením spjaté? •O všem bude řeč… •Ze zákona elektromagnetické indukce vyplývá, že při pohybu el. náboje se indukuje magnetické pole. •Pokud je náboj prudce zpomalen, přebytečná energie se přemění v elektromagnetické záření. •Intenzita a energetické spektrum záření je obvykle značně široké, ale má své fyzikální limity. Závislost intenzity rtg záření na vlnové délce při dopadu elektronů s kinetickou energii Ek,0=35 keV na molybdenový terč (urychlovací napětí 35 kV). Na x ose vlnová délka (lambda min = energie max) https://miac.unibas.ch/PMI/01-BasicsOfXray-media/figs/xray_spectrum.png Na ose x je tentokrát energie fotonů! Tungsten = wolfram Brzdné záření má spojité spektrum. Je to dáno různými směry dopadů, při kterých dochází k různým ohybům drah dopadajících elektronů. Čím větší je ohyb, tím větší je změna E a p elektronu a tím větší E a p má emitovaný foton. Vše plyne ze zákonů zachování energie a hybnosti. Charakteristické záření nemá spojité spektrum, protože vzniká jinak než brzdné záření. Char. RTG vzniká při deexcitaci elektronů u těžších atomů ve vrstvách blízkých jádru (n= 1-3), kdy se emituje foton o energiích RTG. Pro přeskoky mezi danými dvěma hladinami el. obalu je energie u daného prvku vždy stejná a proto i frekvence vyzářeného fotonu je stejná a výsledné spektrum je diskrétní. E [keV] 2823,9 2505,7 1332,5 0 γ γ γ γ J P 5 + 4 + 2 + 0 + 99,88% 0,12% > 99,9% < 0,1% Protože jsou protony a neutrony fermiony, mohou se nacházet pouze na přesně daných energetických hladinách (podobně jako elektrony - viz Pauliho vylučovací princip), proto i energie celého jádra může nabývat pouze daných hladin. Při štěpení se energie jádra zmenšuje a přebytek energie je buď předáván nově vnikajícím částicím a nebo je vyzářen formou fotonů. Zde Co přechází beta-rozpadem na excitovaný Ni (existují 2 různé cesty), který posléze deexcituje (jeho jádro deexcituje) a vyzáří se fotony. E [keV] 1357,2 920,6 509,1 0 γ γ γ J P 1/2 + 9/2 + 142,7 1/2 + 3/2 – 1/2 – 82,5% 16,5% 1,0% Δx x x + Δx I I - ΔI D1/2 je polotloušťka a m je lineární koeficient útlumu. Zavádí se hmotnostní koeficient útlumu, který je nezávislý na hustotě látky a atomový koeficient útlumu, který je nezávislý jak na hustotě tak i na látkovém množství. •Foton předává energii částicím látky. •Energie částic je buď absorbována nebo opětovně vyzářena (rozptýlena). •Zavádí se koeficient útlumu a koeficient absorpce. Pokud lineární koeficient útlumu vynásobíme poměrem střední hodnoty absorbované energie a energie původního záření (ħw) dostáváme koeficient absorpce. (ħ = h/2p) Koeficienty popisují jak moc je záření utlumeno/absorbováno. •Fotoelektrický jev Ø Lin. Koeficient útlumu - τ •Rayleighnův rozptyl Ø Lin. Koeficient útlumu - σR •Comptonův jev Ø Lin. Koeficient útlumu - σC •Tvorba elektron-pozitronový pár Ø Lin. Koeficient útlumu - κ Každý z těchto jevů má svůj vlastní lineární koeficient útlumu, který se podílí na celkovém útlumu záření!!! •Energie fotonu je absorbována elektronem a následně je využita k jeho ionizaci. •Energie musí být dostatečná k ionizaci. Ø Vnitřní: Ø Elektron je vytržen z elektronového obalu. Ø Neopouští ovšem látku, ale není vázán na konkrétní atom. Ø Stává se z něj vodivostní elektron a podílí se na lepším vedení elektrického proudu látkou, např. polovodiče. Ø Vnější: ØElektron je vytržen z el. obalu. Ø Opouští látku a je zcela volným. Ø Vzniklou „díru“ může zaplnit elektron z vyšší vrstvy a vyzářit foton. Ø Vyzářený foton může okamžitě způsobit vnější fotoelektrický jev a vyrazit další (tzv. Augerův) elektron. Druhy fotoelektrického jevu a jejich stručný popis. Fluorescenční výtěžek ωK(L) udává podíl pravděpodobností emise fotonu a Augerova elektronu při zaplnění dané volné hladiny (K nebo L). Ø Je patrné, že Augerovy elektrony mají větší pravděpodobnost emise u lehčích atomů. U těžších převažuje fotoemise (pro vrstvu K velmi výrazně) Pro hladinu L je poměr výrazně nižší, takže při absorpci fotonu elektronem z hladiny L je větší pravděpodobnost emise Augerova elektronu než při absorpci na K hladině i pro těžší atomy. •Foton interaguje s elektronem z obalu. •Dojde pouze k rozptylu fotonu, což nemá za následek ztrátu jeho energie. •Foton interaguje s elektronem z vyšší vrstvy obalu. •Dojde k rozptylu fotonu i vyražení elektronu z obalu. •V blízkosti těžkého jádra se může foton přeměnit na elektron a pozitron. •Důkaz, že hmota a energie jedno jest. •Je tok částic, které mohou ionizovat atomy či excitovat jádra. •Rozlišujeme dva typy: Ø Přímo ionizující záření. Ø Nepřímo ionizující záření. •Je tvořeno elektricky nabitými částicemi (α,β+,β--záření, protony…). •Mohu mít dostatečnou energii k ionizaci atomů. •Při průchodu absorbujícím prostředím dochází k ionizačním ztrátám (záření předává energii okolním částicím), čímž dochází k narušení rovnováhy. •Čím větší hmotnost nebo náboj tím větší je ionizační ztráta. •Větší ionizační ztráta znamená předání víc energie na malé dráze letu. •Tudíž záření má malou pronikavost, ale na malé ploše dochází k velkému počtu ionizací. •Tento stav popisuje veličina lineární přenos energie (L). •Je tvořeno elektricky neutrálními částicemi jako jsou fotony a neutrony. •Jejich průchod látkou téměř neionizuje prostředí. •Ovšem po interakci s látkou se mohou uvolnit sekundární, přímo ionizující částice, které již mohou prostředí ionizovat (pokud mají dostatečnou energii). •Z logiky věci se dělí na čtyři skupiny. Ø Popisující zdroj ionizujícího záření. Ø Popisující ionizující záření v prostoru. Ø Popisující interakci s hmotou. Ø Popisující interakci s živou hmotou. Dříve curie. 1 Ci = 3,7 10^10 Bq Fluence částic udává podíl počtu částic dN, které dopadly na plochu da. Příkon fluence částic již uvažuje i časovou složku a dá se mluvit o „rychlosti fluence částic“ Zbylé dvě veličiny jsou obdobné, jen se nezabývají počtem částic, ale celkovou energií dR, která dopadla na plochu da. •Pravděpodobnost interakce ionizujícího záření je charakterizována účinným průřezem σ. •Pokud již k interakci dojde, tak nás zajímá, kolik energie látka absorbuje, což můžeme popsat veličinami dávka (D) a kerma (K). • Stará jednotka rad (1 Gy = 100 rad) Umělé zdroje např. rentgenka, urychlovače atp… •Při interakci ionizujícího záření s živou hmotou závisí nejen na dávce, ale také na druhu záření a na tkáni, kterou ionizující záření prochází. •Existuje několik veličin. •Dávkový ekvivalent vyjadřuje biologický účinek záření na člověka, které je charakterizováno veličinou L (lineární přenos energie). •Atd……… příště podrobněji • Tento ekvivalent byl stanoven opravdu pouze pro člověka