Wechselwirkung von Strahlung mit Materie

Präsentation zum Thema: "Wechselwirkung von Strahlung mit Materie"—  Präsentation transkript:

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

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

4 Bethe-Bloch Bethe-Bloch Formel:

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

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

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9 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:

10 Energieverlust und Reichweite geladener Teilchen

11 Tumortherapie mit Ionen Beam energy variation
Online positron emission tomography Rasterscan

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

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

15 Energieverlust von Elektronen in Materie

16 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)

17 Übergangsstrahlung Θ = 1 /γ

18 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

19 Strahlungslängen und kritische Energien für verschiedene Materialien
Z A X0 [g/cm2] X0/ [cm] Ec [MeV] Wasserstoff 1 1.01 63 350 Helium 2 4.00 94 250 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

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21 Wechselwirkung von Photonen mit Materie
Photoeffekt Compton-Streuung Paarbildung

22 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

23 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

24 Totaler Photonen Wirkungsquerschnitt

25 Neutronen Wirkungsquerschnitte