Eigenschaften der Röntgenstrahlen

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1 Physikalische Grundlagen der Röntgentechnik und Sonographie Eigenschaften der Röntgenstrahlen PD Dr. Frank Zöllner Computer Assisted Clinical Medicine Faculty of Medicine Mannheim University of Heidelberg Theodor-Kutzer-Ufer 1-3 D Mannheim, Germany PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 49 I Datum Eigenschaften von Röntgenstrahlen! Schwächungseffekt! Luminanzeffekt! Ionisationseffekt! Photographischer Effekt PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 50 I Datum Seite 1 1

2 Schwächung der Röntgenstrahlung! primäre Wechselwirkung! Es treten auf: " Energieübertragung " Energieabsorption " Energieumwandlung Streustrahlen Primärstrahlung Absorption PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 51 I Datum Physikalische Prozesse Laubenberger and Laubenberger. Technik der medizinischen Radiologie, Deutscher Ärzte-Verlag physikalische Prozesse: - Photoeffekt - Streuung - Paarbildung X Kann vernachlässigt werden! PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 52 I Datum Seite 2 2

3 Photoeffekt (Absorption)! Energie des Röntgenquants wird auf ein Elektron der Atomhülle (K, L Schalen) übertragen! Elektron wird aus der Hülle geschleudert! alternativ: Anhebung eines Elektrons auf höhere Schale! tritt hauptsächlich bei Röntgenstrahlen mit niedriger Energie auf Hartmann et al, Fachwissen MTRA, Springer 2014 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 53 I Datum Photoabsorptionskoeffizient! Abhängig von " der Materiedichte " der Materiedicke " der Ordnungszahl " der Photonenenergie! Bindungsenergie = Photonenenergie Resonanzeffekt! Resonanzeffekt begünstigt Auslösen des Elektrons PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 54 I Datum Seite 3 3

4 Streuung (Compton Effekt)! Compton Effekt " Richtungsänderung des Röntgenquants mit partieller Energieänderung " äußere Atomschalen " Compton-Elektron herausgelöst! unabhängig von der Ordnungszahl! Compton- Wechselwirkungskoeffizient " Streuung + Absorption Hartmann et al, Fachwissen MTRA, Springer 2014 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 55 I Datum Klassische Streuung! Richtungsänderung des Photons ohne Energieverlust! Energieaufnahme und Abgabe " Elektron wird analog zum Photoeffekt angehoben " bei der Rückkehr in die Ausgangslage wird Photon abgestrahlt PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 56 I Datum Seite 4 4

5 Streustrahlung PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 57 I Datum Paarbildung! Bildung eines Elektrons und Positrons " nur bei hohen Strahlungsenergien (> 2* 511 kev)! Positron zerfällt in zwei 511 kev Photonen! relevant in der Radiotherapie, PET Bildgebung PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 58 I Datum Seite 5 5

6 Wechselwirkung von Strahlen mit Materie Δx I 0 Reflexion Quantifizierung der Wechselwirkung durch Schwächungsgesetz: I P Streuung Linearer Schwächungskoeffizient µ = Summe aller Teilabschwächungen I 0 = Intensität der Strahlung beim Auftreffen auf das Objekt I = Intensität der Strahlung nach dem verlassen des Objekts Δx = Dicke der Materie PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 59 I Datum Totaler linearer Schwächungskoeffizient µ Koeffizient der Photoabsorptio n τ µ = τ + σ + χ σ Streuung σ R σ C χ Morneburg. Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik 1995 η τ η τ fl Elektronen σ R η σ µ-η Photonen σ S Paarbildung PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 60 I Datum Seite 6 6

7 Schwächungskoeffizient Schwächung in Abhängigkeit der Dicke (d) Schwächungskoeffizienten und Wechselwirkungen PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 61 I Datum Weitere Schwächungskoeffizienten Massenschwächungskoeffizient µ m, Division mit Dichte der Materie ρ: Lineare Schwächungskoeffizient Dichte Massenabsorptionskoeffizient für Photonenabsorption (Näherung)! λ= Wellenlänge der Röntgenstrahlung! Z = Ordnungszahl des durchstrahlten Stoffes! C = materialunabhängige Konstante PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 62 I Datum Seite 7 7

8 Schwächung: Zusammenfassung Dössel. Bildgebende Verfahren in der Medizin 2000 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 63 I Datum Luminenszenzeffekt! Röntgenstrahlen regen bestimmte Stoffe zur Lichtemission an! Fluoreszenz " Lichtemission nur während der Bestrahlung! Phosphoreszenz " Absorbierte Energie wird gespeichert und über einen Zeitraum wieder abgegeben PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 64 I Datum Seite 8 8

9 Beispiele Kennen Sie Beispiele für Lumineszenz? Wobei könnte Lumineszenz in der Röntgentechnik wichtig sein? PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 65 I Datum Ionisationseffekt! Röntgenstrahlen bewirken beim Durchtritt durch ein Gas Ionisation! Elektron wird aus dem Gasmolekül abgetrennt, es entsteht ein Ion! u.a. auch in biologischem Gewebe PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 66 I Datum Seite 9 9

10 Ionisation! Gibt es Anwendungen für Ionisation? PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 67 I Datum Zusammenfassung! Röntgenstrahlen wechselwirken mit Materie! Schwächung Hauptanteil " Streuung, Absorption! Ionisation " Strahlen können Ionen erzeugen! Lumineszenzeffekt PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 68 I Datum Seite 10 10

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