Wechselwirkung von Strahlung mit Materie Geladene Teilchen 1.1 schwere Teilchen 1.2 Elektronen Neutrale Teilchen 2.1 Photonen 2.2 Neutronen

Central Au+Au collision at 25 AGeV: URQMD + GEANT4 160 p 400 - 400 + 44 K+ 13 K-

Bethe-Bloch Bethe-Bloch Formel:

Energieverlust geladener Teilchen in Materie Notation: „dE/dx“ = dE/(ρdx) mit ρ als Dichte

Reichweite geladener Teilchen in Materie Notation: „R/M“ = Rρ/M mit ρ als Dichte. M ist Masse des Projektils.

Reichweite und Energieverlust-Streuung Energieverlust ist statistischer Prozess. Bethe-Bloch: mittlerer Energieverlust Landau Verteilung: dE in dünnem Absorber Der Energieverlust geladener Teichen ist am Ende ihrer Reichweite am größten:

Energieverlust und Reichweite geladener Teilchen

Tumortherapie mit Ionen Beam energy variation Online positron emission tomography Rasterscan

Simulation of the applied dose before radiation Positron emission tomography after radiation

Tumortherapie mit Ionenstrahlen an der Universitätsklinik in Heidelberg (im Bau)

Energieverlust von Elektronen in Materie

Cherenkov-Licht Cherenkov-Effekt: Bewegt sich ein geladenes Teilchen durch ein Medium schneller als Licht, emittiert es Cherenkov-Strahlung: v > c/n (n ist Brechungsindex des Mediums) Emission einer kohärenten Wellenfront: cosθ = 1/(βn)

Übergangsstrahlung Θ = 1 /γ

Vielfachstreuung geladener Teilchen in Materie Wechselwirkung geladener Teilchen mit Elektronen der Materie:  Inelastische Streuung: Energieverlust  Elastische (Rutherford) Streuung: Ablenkung  Viele elastische Streuungen: Ablenkwinkel näherungsweise Gauss-verteilt um Mittelwert 13.6 MeV

Strahlungslängen und kritische Energien für verschiedene Materialien Z A X0 [g/cm2] X0/ [cm] Ec [MeV] Wasserstoff 1 1.01 63 700 000 350 Helium 2 4.00 94 530 000 250 Lithium 3 6.94 83 156 180 Kohlenstoff 6 12.01 43 18.8 90 Stickstoff 7 14.01 38 30 500 85 Sauerstoff 8 16.00 34 24 000 75 Aluminium 13 26.98 24 8.9 40 Silizium 14 28.09 22 9.4 39 Eisen 26 55.85 13.9 1.76 20.7 Kupfer 29 63.55 12.9 1.43 Silber 47 109.9 9.3 0.89 11.9 Wolfram 74 183.9 6.8 0.35 8.0 Blei 82 207.7 6.4 0.56 7.4 Luft 7.3 14.4 37 30 000 84 Wasser 7.5 14.2 36 Plastik Aeff =  fiAi mit fi = Ai/Atot

Wechselwirkung von Photonen mit Materie Photoeffekt Compton-Streuung Paarbildung

Wechselwirkung von Photonen mit Materie 1. Mehrfache Comptonstreuung, unvollständiger Energieverlust. 2. Mehrfache Comptonstreuung + Photoeffekt, vollständiger Energieverlust. 3. Paarbildung, Positronen-Vernichtung, Comptonstreuung, Photoeffekt. Vollständiger Energieverlust. 4. Paarbildung, Verlust eines Vernichtungsquants . 5. Paarbildung, Verlust beider Vernichtungsquanten

Gamma-Spektroskopie Photolinie: Photoeffekt deponiert Gesamtenergie im Detektor Comptonkante: Maximaler Energieübertrag auf das Elektron, gestreutes Photon verlässt Detektor Single und Double Escape: Verlust eines oder beider Photonen der Elektron-Positron Vernichtungs- Strahlung nach Paarbildung Rückstreulinie (backscatter peak): Comptoneffekt außerhalb des Detektors, rückgestreutes γ-Quant im Detektor deponiert Photolinie

Totaler Photonen Wirkungsquerschnitt

Neutronen Wirkungsquerschnitte