Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Absorption von Röntgenstrahlung Absorptionsgesetz, Halbwertsdicken.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Absorption von Röntgenstrahlung Absorptionsgesetz, Halbwertsdicken."—  Präsentation transkript:

1 Absorption von Röntgenstrahlung Absorptionsgesetz, Halbwertsdicken

2 Das Absorptionsgesetz Der Absorptionkoeffizient Der Streuquerschnitt Absorption von –Monochromatischer und –Weißer Strahlung Halbwertsdicken Inhalt

3 Absorption eines monochromatischen Strahls 1 Joule/(sm 2 )Intensität x cm Materialstärke Einfallender Strahl Intensität I 0 Ausfallender Strahl Intensität I

4 Der Absorptionskoeffizient 1 Joule/(s·m 2 ) Intensität nach Weg x in Materie I0I0 1 Joule/(s·m 2 )Einfallende Intensität x1 cmEindringtiefe μ 1/cmAbsorptionskoeffizient Der Absorptionskoeffizient variiert mit der Energie (~1/Wellenlänge) der Strahlung Quelle zur Berechnung der Absorptionskoeffizienten und Streuquerschnitte:

5 Schwächungskoeffizient, Dichte und Streuquerschnitt μ = σ ·ρ 1/cm Schwächungskoeffizient: Produkt aus Streuquerschnitt und Dichte ρ 1 g/cm 3 Dichte σ = σ Koh + σ Photo +σ Compton +σ Paar 1 cm 2 /g Streuquerschnitt pro Masseneinheit Der Streuquerschnitt jedesTeilchens enthält vier Anteile: σ Koh Anregung kohärenter Streuung σ Photo Photoeffekt σ Comton Compton-Effekt σ Paar Paarbildung Diese Effekte führen zur Schwächung (Absorption) der Strahlung auf ihrem Weg durch Materie Quelle zur Berechnung der Absorptionskoeffizienten und Streuquerschnitte:

6 , Wechselwirkung eines Kohlenstoff Atoms mit Röntgenstrahlen durch kohärente Streuung Photoeffekt Kohärente Streuung Compton-Effekt Paarbildung Die ganze Ladungswolke schwingt im Takt der einfallenden Strahlung und sendet in Phase Strahlung gleicher Energie: Rayleigh Streuung für alle Frequenzen unterhalb harten Röntgenlichts Kohärente Streuung bei W<500 keV:

7 , Wechselwirkung eines Kohlenstoff Atoms mit Röntgenstrahlen durch Photoeffekt Photoeffekt Kohärente Streuung Compton-Effekt Paarbildung Photoeffekt: Ein Photon ionisiert ein Atom, hier: Kohlenstoff

8 , Wechselwirkung eines Kohlenstoff Atoms mit Röntgenstrahlen durch Photoeffekt mit Anregung Photoeffekt Kohärente Streuung Compton-Effekt Paarbildung Photoeffekt an- und hinter der Absorptionskante : Die Energie des Photons genügt zur Ionisation auf einer inneren Schale Die Lücke wird unter Emission von Fluoreszenz-Strahlung aufgefüllt

9 , Wechselwirkung eines Kohlenstoff Atoms mit Röntgenstrahlen durch Comptoneffekt Photoeffekt Kohärente Streuung Compton-Effekt Paarbildung Compton-Effekt: Elastischer Stoß zwischen Photon und Elektron (Billard)

10 , Wechselwirkung eines Kohlenstoff Atoms mit Röntgenstrahlen durch Paarbildung Photoeffekt Kohärente Streuung Compton-Effekt Paarbildung Paarbildung: Photon verwandelt sich in Elektron und Positron

11 Absorption eines weißen Strahls x cm Materialstärke Einfallender weisser Strahl, Intensität I 0 Ausfallender gehärterer Strahl, Intensität I In einem weißen Strahl verändert der Absorber die Zusammensetzung des Spektrums, weil der Absorptionskoeffizient μ von der Wellenlänge abhängt Im weißen Strahl mit Energie 1 < W < 120 keV werden nieder energetische, langwellige Anteile stärker absorbiert, deshalb enthält die Strahlung nach dem Filter mehr Anteile hoher Energie (mit kürzerer Wellenlänge), die Strahlung wird härter

12 Transmission von 2,5 mm Aluminium in Abhängigkeit von der Energie der Röntgenstrahlung 2,5 mm Al Ursprünglich weiße Strahlung mit Energie zwischen 1 und 65 keV enthält hinter dem Al Fenster praktisch nur noch Anteile mit Energie zwischen 25 und 65 keV

13 , Absorption durch ein 2,5 mm Al-Fenster Photoeffekt Kohärente Streuung Compton-Effekt Paarbildung 2,5mm Al- Filter Röntgen mit 65 kV In Röhren zur Durchleuchtung filtert ein Fenster aus 2,5mm Al die weichen Anteile aus dem Strahl, die einerseits über den Photoeffekt ionisieren, andererseits nicht zur Durchleuchtung beitragen, weil sie schon in dünnen Schichten absorbiert werden

14 Anwendung: Röntgenröhre mit Al Filter Langwellige Anteile der Strahlung werden schon im 2,5 mm Al Filter absorbiert und nicht erst im durchleuchteten Objekt 120 kV 20 mA 2,5 mm Al Filter Heizstrom 4 A

15 Halbwertsdicke 1 Joule/(sm 2 )Intensität 1 Joule/(sm 2 ) Halbe Intensität nach der Halbwertsdicke x H 1Dividiert durch I 0 cmHalbwertsdicke x H (ln 2 = 0,7) μ 1/cmSchwächungskoeffizient Nach der Halbwertsdicke ist die Intensität auf die Hälfte ihres Wertes bei Eintritt in das Material abgeklungen

16 Wichtige Elemente für die Röntgenabsorption in der Medizin Link zum Periodensystem:

17 Halbwertsdicke in Luft als Funktion der Energie Die Luftschicht um unserer Erde absorbiert die kosmische Röntgenstrahlung und schützt auf diese Weise das Leben an der Erdoberfläche vor ionisierender Strahlung Bei 10 keV Halbwertsdicke 1 m Betrieb mit 120 kV 20 m

18 Halbwertsdicke in Wasser als Funktion der Energie Die mittlere Absorption unseres Körpers entspricht in etwa der des Wassers Betrieb mit 120 kV Bei 120 keV: 6 cm Bei 20 keV Halbwertsdicke 1 cm

19 Halbwertsdicke in Aluminium als Funktion der Energie Ein 2,5 cm starker Aluminium Absorber (nicht zu verwechseln mit dem 2,5 mm starken Fenster) dient der Kalibrierung medizinischer Röntgengeräte Betrieb mit 120 kV Bei 120 keV: 2,5 cm Filter: 2,5 mm Bei 20 keV Halbwersdicke 1 mm

20 Halbwertsdicke in Blei als Funktion der Energie Blei mit 3 mm Stärke schirmt Röntgenstrahlung bis zur Energie 150 keV ab Betrieb mit 120 kV Bei 120 keV: 1/10 mm Bei 20 keV Halbwerstdicke 1/100 mm

21 Halbwertsdicken als Funktion der Energie für Luft, Wasser, Aluminium, und Blei für Photonenenergie zwischen 1 und 1000 keV

22 Das Absorptionsgesetz: Die Intensität I 0 wird nach einem Weg der Länge d [1/cm] durch Materie mit Absorptionskoeffizienten μ [1/cm] zur Intensität I abgeschwächt - unabhängig vom Aggregatzustand –I = I 0 ·exp(-μd) Der Absorptionskoeffizient μ steigt mit der –Elektronenzahl und Dichte des Absorbers –Bei Energie der Strahlung zwischen 1 und 120 keV mit der Wellenlänge der einfallenden Strahlung Blei absorbiert sehr gut: – 3 mm Pb absorbiert Strahlung bis zu 120 keV praktisch vollständig Aluminium –2,5 mm dickes Aluminium absorbiert weiche Strahlung unter 20keV praktisch vollständig ist für Strahlung höherer Energie praktisch transparent ist deshalb Standard-Filter an Röntgenröhren zur Durchleuchtung –Ist für Abschirmungen - wegen der Transparenz für Strahlung mit Energie über 20keV - ungeeignet Zusammenfassung /Xcom/Text/XCOM.html Berechnung der Streuquerschnitte und Absorptions- Koeffizienten

23 Einfluss des Aggregatzustandes? Q: Wo bleibt der Einfluss des Aggregatzustandes und der chemischen Bindung bei der Berechnung der Röntgenabsorption? A: An der Röntgenabsorption sind– vor allem – die inneren Elektronen beteiligt –Chemischen Bindung und Bindung in unterschiedlichen Aggregatzuständen betreffen die Valenzelektronen


Herunterladen ppt "Absorption von Röntgenstrahlung Absorptionsgesetz, Halbwertsdicken."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen