Röntgenstrahlung zur Durchleuchtung und zur Strukturanalyse

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

1 Röntgenstrahlung zur Durchleuchtung und zur Strukturanalyse

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

3 Absorption von Röntgenstrahlen
Joule/ (sm2) Intensität 1/m Schwächungs-koeffizient 1 m2 1 barn Streu-querschnitt pro Teilchen x 1 m Eindringtiefe 1/m3 Anzahldichte der Teilchen

4 Anteile zum Streuquerschnitt von Röntgenstrahlen
Kohärente Streuung Photoeffekt Compton Effekt Paarbildung Z 1 Kernladungszahl 1 Joule Energie des Photons A 1 m2 Bestrahlte Fläche

5 Absorption von Röntgenstrahlen
Absorptionskante: Anregung des Kohlenstoffs auf der K-Schale Absorption von Röntgenstrahlen Photoeffekt 106 103 1 0, Paarbildung Kohärente Streuung Compton-Effekt

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

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

8 Spektrum der Röntgenstrahlen nach einem 2,5 mm Al Fenster bei Anregung mit 35 kV
Photoeffekt 106 103 1 0, Filter: 2,5 mm Al Röntgen mit 35 kV Paarbildung Kohärente Streuung Compton-Effekt

9 Spektrum der Röntgenstrahlen nach einem 2,5 mm Al Fenster bei Anregung mit 100 kV
Photoeffekt 106 103 1 0, Filter: 2,5 mm Al Röntgen mit 100 kV Paarbildung Kohärente Streuung Compton-Effekt

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/ E3) 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 Z4 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
Bremsstrahlung Charakteristische Strahlung Fenster: 0,4 mm Be 60 V 50 kV

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 106 103 1 0, Gefürchtet! Röntgen mit 45 kV Paarbildung Kohärente Streuung Compton-Effekt Erwünscht

20 Röntgenstrahlung zur Beugung in der Feinstrukturuntersuchung
Feststehende Röhren oder Drehanoden aus Kupfer (E=8keV, λKα = 0,154 nm) oder Molybdän (E=16 keV, (E=8keV, λKα = 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/ E3), schädigen organisches Material Diese Strahlung ist deshalb zur medizinischen Durchleuchtung völlig ungeeignet

21 Zusammenfassung 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 Äußerste Vorsicht beim Umgang mit Feinstrukturröhren! Schwere Strahlenschäden drohen!

22 finis