Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie I

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Monika Lang
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1 Wchslwirung ionisirnr Strahlung mit Matri I Lornz von Smal Institut für Mizinisch Physi Univrsität Erlangn Biologisch Strahlnwirung Physialisch Primärprozss (Ionisation, Anrgung) Molular Vränrungn (Protin, Enzym, Nulinsäurn) Zllulär Vränrungn Körprzlln Kimzlln Dtrministisch Schän Stochastisch Schän Enrgibrich hir: V 00 MV irt ionisirn Strahlung: inirt ionisirn Strahlung: ± ± ±, µ, π, p, α,... γ, π 0, n,... Sit

2 Wirungsqurschnitt Intnsität : I Zahl.Tilchn Fläch Zit Grunlagn π sin θ θ Stoßparam.b ( Ω) Zahl. Tilchn in Zit Intnsität lassisch : I π b b I π sinθ θ b b iff. Wirungsqurschnitt:, sinθ θ ZZ z.b.coulomb: V(r) -, r Struwinlθ b b( θ, E) Ruthrfor ZZ 4E sin 4 θ Totalr Wirungsqurschnitt Grunlagn tot π π 0 sinθ θ fftiv Fläch s Struzntrums (ivrgirt für Ruthrfor) Wchslwirungswahrschinlichit in [ x, x + x] : x Nx µ N Struzntrn/Volumn in WW: P ( x + x) P( x)( µ x) P µ x, P( x) xp( µ x) Massnschwächungsoffizint [cm /g] µ x Flächnicht [g/cm ]: µ ρ ρ x Sit

3 Wchslwirungn von Photonn Schwächung von Photonn Photo- un Comptonfft: Enrgiposition Dosis Compton- un Raylighfft: Struung Bilqualität I ( E) I0 ( E) µ ( E) 00% µ 0,9/cm 4 cm 6.6 HWD Absorption Struung ln Halbwrtschichtic: HWD µ 0 HWD: 0 04 % 70 V HWD 3.6 cm Sit 3 3

4 Kohärnt (Rayligh)Struung Thomson: Ra T ( F( x, Z) ) ( + cos θ ) T r r m c cm Ra 8π r Z, 3, E E 0 E 0 8 cm θ x sin λ Photonn, Allgmins Tilchncharatr von Licht: rlativistisch: E photon ω 4 E p c + m c E p c v p p + m c Einstin 905 (Photofft) Disprsionsrlation π für Licht : ω c c λ v c mphoton 0 bzw. E pc ω c un v p p µ E c P µ P P P P lichtartig Enrgi-Impuls-Virrvtor für Photonn: µ ( ) 0 0 Sit 4 4

5 Enrgi-Impuls-Erhaltung: Compton-Efft m c ' p + m c ' p Norm (infinit, Minowsi): bzw. ( ' + m c ) ( ') m c ' m c ( cosθ ) π λ : λ' λ 4π λ sin θ C Compton 95 mit λc m c Comptonwllnläng - cm Unpolarisirt: Compton-Struung (QED) totalr WQ: r ' ' + sin ' θ ', ε ' Klin-Nishina 99 p f, s f ', ε ' p f, s f π r z + z 3 ( + γ ( z) ) + γ ( z) ( + γ ( z) ) m c, γ ω,ε 8π r (Thomson), γ E 0 3 π r ln E ln γ +, E γ E,ε p i, s i p i, s i Sit 5 5

6 Compton-Struung (total) Strunrgi-WQ: + sc tr sc ' total cross sction [π r ] 0. Enrgitransfr-WQ: tr ' tot (E) sc (E) 0.0 tr (E) E [MV] Compton-Struung (atomar) / [r ] S(x,Z)/Z H C O V 00 V MV Co S( x, Z) 0.0 Pb θ / [Z r ], E 00 V x 0 8 cm θ x sin λ H C O Pb θ Sit 6 6

7 Compton-Struung, Zusammnfassung Enrgiabhängigit schwach, z.b. (ln E) E bi hohn Enrgin Z-Abhängigit schwach, 0. H C O Pb Co (E)/Z [ barn 0-4 cm ] Co Z hauptsächlich ichtabhängig, ( µ ρ ) Z A Co E [MV] Kontrast bi Thoraxröntgn: Luft in Alvoln ggn Lungngwb ohn Finstrutur: ( Z zn ) En Ry, n mc Ry α 3.6 V Photofft Augr-Efft: äußrs Eltron statt Fluorsznzphoton K-Fluorsznzausbut Z Sit 7 7

8 In Näh von Absorptionsant nk, L, ( n ) ph 4 Z Z n 4 3 n ( n + ) E (Kramrs) Photofft +07 ph (E) [barn] C F Pb E [V] E K Kant Ry star Enrgi- u. Z-Abhängigit: Z ( µ ρ 3 ) ( Z E) ph Diagnosti: Kontrast Knochn/Gwb + Paarrzugung Z mit Brmsstrahlung vrwant pp (E)/Z [barn] E [MV] H C F Pb E >.0 MV schwach Enrgiabhängigit u. pp α 3 Z atomar Efft: Abschirmung, Formfator Bth, Hitlr Sit 8 8

9 Massnschwächungsoffizint Massnschwächungsoffizint Sit 9 9

10 Massnschwächungsoffizint Litratur: En W. R. Lo, Tchniqus for Nuclar an Particl Physics Exprimnts, n Eition, Springr 994 Pnlop A Co Systm for MC Simulation of Elctron an Photon Transport, Procings, Issy-ls-Moulinaux, Franc, Nov. 00, Datn: Evaluat Photon Data Library (EPDL), Lawrnc Livrmor National Laboratory, May 00, or Sit 0 0

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