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Röntgenstrahlung zur Durchleuchtung und zur Strukturanalyse.

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Präsentation zum Thema: "Röntgenstrahlung zur Durchleuchtung und zur Strukturanalyse."—  Präsentation transkript:

1 Röntgenstrahlung zur Durchleuchtung und zur Strukturanalyse

2 Das Absorptionsgesetz Strahlung zur Durchleuchtung –Medizin –Materialprüfung Strahlung für die Strukturanalyse –Beugung der Röntgenstrahlen Inhalt

3 Absorption von Röntgenstrahlen Joule/ (sm 2 ) Intensität 1/m Schwächungs- koeffizient 1 m 2 1 barn Streu- querschnitt pro Teilchen x1 mEindringtiefe 1/m 3 Anzahldichte der Teilchen

4 Anteile zum Streuquerschnitt von Röntgenstrahlen 1/m 2 Kohärente Streuung 1/m 2 Photoeffekt 1/m 2 Compton Effekt 1/m 2 Paarbildung Z1Kernladungszahl 1 Joule Energie des Photons A1 m 2 Bestrahlte Fläche

5 , Absorption von Röntgenstrahlen Photoeffekt Kohärente Streuung Compton-Effekt PaarbildungAbsorptionskante: Anregung des Kohlenstoffs auf der K-Schale

6 Aufbau einer Röntgenröhre für medizinische Durchleuchtung: 2,5 mm starkes Al-Fenster 50 kV 60 V BremsstrahlungCharakteristische Strahlung Fenster: 2,5 mm Al

7 Absorption von 2,5 (3,0) mm Aluminium in Abhängigkeit von der Energie der Röntgenstrahlung

8 , Photoeffekt Kohärente Streuung Compton-Effekt Paarbildung Röntgen mit 35 kV Filter : 2,5 mm Al Spektrum der Röntgenstrahlen nach einem 2,5 mm Al Fenster bei Anregung mit 35 kV

9 , Spektrum der Röntgenstrahlen nach einem 2,5 mm Al Fenster bei Anregung mit 100 kV Photoeffekt Kohärente Streuung Compton-Effekt Paarbildung Röntgen mit 100 kV Filter : 2,5 mm Al

10 Röntgenstrahlung zur Durchleuchtung in der Medizin Drehanode, Wolfram Anode – kV, 8 ms, 10 mA, (dünne Patienten) –Das Maximum der Bremsstrahlung liegt bei etwa 50% der Anregungsspannung Das Material im Röhrenfenster, 2,5 mm Aluminium, absorbiert die langwelligen Anteile (härtet die Strahlung) –Im zu durchleuchtenden Material würden die weichen Anteile durch den Photoeffekt (~1/ E 3 ) stark absorbiert, sie würden deshalb ohnehin nicht zur Durchleuchtung beitragen –Photoeffekt ionisiert, schadet biologischem Material

11 Spezielle Anwendung Mammographie: kV, Molybdän (Z=42) oder Rhodium (Z=45) Anode, –Al- und Kantenfilter entfernt langwellige Anteile –aber: nur Tumore mit Mikrokalken werden erkannt, erscheinen nur in langsam wachsenden Tumoren Ziel: Mit weicher Strahlung Unterschiede in der Art des Gewebes lokalisieren

12 Vergleich mit anderen Verfahren Materialunterschiede mit Photoeffekt sichtbar, wegen Z 4 Mittlere Kernladungszahl im Organismus Z=7 Strahlenbelastung 1-10 Mikrogray für eine Aufnahme ( 1000 Mikrogray = 1 Milligray pro Jahr entspricht der natürlichen Strahlenbelastung)

13 Menschen äquivalente Röntgen-Absorber 25 mm Al entsprechen einem dünnen Patienten (17, 22, 26 cm Bauchdurchmesser für Patientendicken-Klassen)

14 Weitere abbildende Verfahren in der Medizin NMR für Funktionsanalysen, Tumorsuche bei Mammographie PET 511 keV (Positronen Vernichtung bei Rekombination) –Auflösung im cm Bereich, Computer Tomographie mm

15 Aufbau einer Röntgenröhre zur Feinstrukturuntersuchung 50 kV 60 V BremsstrahlungCharakteristische Strahlung Fenster: 0,4 mm Be

16 Transmission von 0,4 mm Beryllium in Abhängigkeit von der Energie der Röntgenstrahlung

17 Cu-Anode mit Brennfleck 0,5 * 8 mm

18 Cu-Anode mit Beryllium Fenster

19 , Absorption von Röntgenstrahlen nach einem Beryllium Fenster Photoeffekt Kohärente Streuung Compton-Effekt Paarbildung Röntgen mit 45 kV Erwünscht Gefürchtet!

20 Röntgenstrahlung zur Beugung in der Feinstrukturuntersuchung Feststehende Röhren oder Drehanoden aus Kupfer (E=8keV, λ Kα = 0,154 nm) oder Molybdän (E=16 keV, (E=8keV, λ Kα = 0,07 nm) Das Material im Röhrenfenster, 0,4 mm Berylliumium, absorbiert praktisch nicht, denn die weiche Strahlung ist erwünscht: –Weiche Strahlung zeigt einen hohen Streuquerschnitt für kohärente Streuung –Allerdings: die weichen Anteile ionisieren durch den Photoeffekt (~1/ E 3 ), schädigen organisches Material –Diese Strahlung ist deshalb zur medizinischen Durchleuchtung völlig ungeeignet

21 Medizinisches Röntgen nur mit 2,5 mm Al Filter, absorbiert die langwellige Strahlung E<20keV, Strahlung mit Energie unter 20 keV wird in organischem Material -praktisch ausschließlich durch Photoeffekt- –stark absorbiert –ionisiert die Atome und kann Bindungen ändern (Auslöser für Mutationen) –trägt – wegen der hohen Absorption – nicht zur Durchleuchtung bei Röntgen zur Feinstrukturuntersuchung praktisch ohne Filter (0,4 mm Be-Fenster) –Langwellige Anteile sind erwünscht, wegen starker Anregung kohärenter Streuung –Aber: Wegen der ionisierender Wirkung und hohen Absorption ist diese Strahlung zur medizinischen Durchleuchtung völlig ungeeignet Zusammenfassung Äußerste Vorsicht beim Umgang mit Feinstrukturröhren! Schwere Strahlenschäden drohen!

22 finis


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