Röntgenvorlesung. Sommersemester

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1 Röntgenvorlesung Sommersemester I. Röntgenvorlesung SS

2 Röntgenvorlesung SS

3 Röntgenvorlesung SS

4 Röntgenvorlesung SS

5 Röntgenvorlesung SS

6 Röntgenvorlesung SS

7 Röntgenvorlesung SS

8 Röntgenvorlesung SS

9 Röntgenvorlesung SS

10 Röntgenvorlesung SS

11 Röntgenvorlesung SS

12 Röntgenvorlesung SS

13 Röntgenvorlesung SS

14 Röntgenvorlesung SS

15 Röntgenvorlesung SS

16 Wellenlänge - Frequenz - Energie Quantentheorie: Dualer Charakter der elektromagnetischen Strahlung Elektromagnetische Strahlung ist beides, Welle und Korpuskel (Teichen) Photon = "Wellenpaket" Zusammenhang Wellenlänge - Frequenz: c0 = ν λ c0 = km/s Zusammenhang Frequenz - Energie: E=h ν h = Js = evs 1 ev: Energiegewinn eines Elektrons nach Beschleunigung durch eine Spannung von 1V. Berechnung der Energie eines Röntgenquants mit der Wellenlänge von λ = 0.02 nm: E = h ν = h c0 / λ = 1.24 / 0.02 kev = 62 kev diagnostische Röntgenstrahlung sichtbares Licht: E = ev Röntgenvorlesung SS

17 Röntgenvorlesung SS

18 Röntgenvorlesung SS

19 Röntgenvorlesung SS

20 Röntgenvorlesung SS

21 Gesetzmäßigkeit für die Schwächung von Röntgenstrahlen gültig für die Summe aller auftreffenden Quanten I1 = I0 e - d Lambert-Beersches Gesetz I1: Intensität nach der Durchstrahlung I0: Intensität vor der Durchstrahlung : Schwächungskoeffizient, abhängig von Material und Wellenlänge d: Dicke der durchstrahlten Schicht in dieser Form gültig nur für monoenergetische Strahlung I1 / I0 ist der Anteil der unbehelligt durchgehenden Photonen Röntgenvorlesung SS

22 Schwächungskoeffizient Der Schwächungskoeffizient setzt sich aus den verschiedenen Anteilen für die Wechselwirkungsprozesse zusammen: = τ + σ + σc τ : σ: σc : mit Absorptionskoeffizient klassischer Streukoeffizient Compton-Streukoeffizient nimmt zu mit der Dichte (ς3) und mit der Kernladungszahl (Z3), d.h. mit ς und Z wächst die Wahrscheinlichkeit, Elektronen für Wechselwirkungsprozesse in Materie anzutreffen. Der Schwächungskoeffizient bzw. der Massenschwächungskoeffizient /ς ist abhängig von der Strahlenenergie (= der Wellenlänge). Generell gilt: sinkt stark mit steigender Photonenenergie Bei steigender Photonenenergie hat die Strahlung besseres Durchdringungsvermögen, sie wird härter oder: Röntgenvorlesung SS

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24 Röntgenvorlesung SS

25 Halbwertschichtdicke Eine ausgezeichnete (besondere) Schichtdicke ist diejenige Dicke eines Stoffes, welche die Intensität der Strahlung auf die Hälfe abschwächt: I1 = I0 e - d h = I0 1/2 Beim Durchgang der Strahlung durch zwei Schichten derselben Dicke dh wird sie auf ein Viertel der Ausgangsintensität abgeschwächt (Quadratischer Zusammenhang!). Die Halbwertsschichtdicke dh ist abhängig vom Material und von der Energie der Strahlung. Röntgenvorlesung SS

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27 Röntgenvorlesung SS

28 Sekundäre Folgen der Ionisation Die medizinischen und biologischen Wirkungen der Röntgenstrahlen beruhen meist nicht auf photochemischen Prozessen, sondern sind sekundäre Folgen der Ionisationswirkung! 1. (selten) 2. (meistens) Biomolekül wird direkt getroffen und verändert (angeregt, ionisiert, beschädigt). indirekte Schäden durch Reaktionsprodukte in wässriger und sauerstoffreicher Umgebung. H 2O + h ν H + OH 2 H + 2 O2 2 HO2 (hochreaktive Radikale, angeregte Atome / Moleküle) H2O2 + O2 + Energie Röntgenvorlesung SS

29 Röntgenvorlesung SS

30 Röntgenvorlesung SS

31 Somatische Strahlenschäden - Ausmaß dosisabhängig (analog zu Infekt, Giftwirkung) - Kumulation der Bestrahlungswirkung über längere Zeit möglich - Eintreten der Schädigung nach Überschreiten einer Schwelldosis Stochastische Strahlenschäden - Ausmaß dosisunabhängig - Wahrscheinlichkeit des Auftretens dosisabhängig - keine Schwelldosis d.h.: selbst niedrigste Dosen können auslösend wirken Röntgenvorlesung SS

32 Quellen der Strahlenbelastung Genetisch signifikante Dosis der Bevölkerung der BRD Natürliche Strahlenexposition - kosmische Strahlung - terrestrische Strahlung - inkorporierte natürliche radioaktive Stoffe Summe Künstliche (zivilisatorische) Strahlenexposition - Medizinische Anwendungen - Übrige Belastungen (kerntechn. Anlagen, Industrie, Fallout etc.) Summe ca. 0.3 msv/a ca. 0.5 msv/a ca. 0.3 msv/a ca. 1.1 msv/a ca. 0.5 msv/a < 0.1 msv/a ca. 0.6 msv/a (nach Laubenberger 1990) Röntgenvorlesung SS

33 Quelle: BfS, Strahlung und Strahlenschutz, Salzgitter, 1999 Röntgenvorlesung SS

34 Dosisleistung der terrestrischen Strahlung in der BRD (1996) Quelle: BfS, Strahlung und Strahlenschutz, Salzgitter, 1999 Röntgenvorlesung SS

35 Risikobetrachtung Risiko: Qualitative und/oder quantitative Charakterisierung eines Schadens hinsichtlich der Möglichkeit seines Eintreffens (Eintrittswahrscheinlichkeit) und der Tragweite der Schadenswirkung (Schadensausmaß). Jede Strahlenexposition beinhaltet das Risiko, im Laufe der gesamten Lebenszeit an einem durch diese Strahlendosis verursachten Krebsleiden zu sterben. Diese Risiko ist je nach Altergruppe und Geschlecht unterschiedlich hoch. Das durchschnittliche Risiko für die Gesamtbevölkerung liegt bei 5%/Sv. Beispiel: Wenn 100 Personen mit 1 Sv bestrahlt werden, dann werden bis zu ihrem Lebensende 5 Personen zusätzlich an Krebs und Leukämien sterben. (Nach derzeitigen statistischen Befunden sterben ohne Strahleneinwirkung von 100 Personen etwa 25 an Krebs und Leukämie). Röntgenvorlesung SS

36 Dosisbegriffe Aktivität: Anzahl der Zerfallsereignisse pro Zeiteinheit, die in einer Probe eines radioaktiven oder radioaktiv kontaminierten Stoffes auftritt. Energiedosis: Die von einem bestrahlten Objekt, z.b. Körpergewebe, über einen Belastungszeitraum absorbierte massenspezifische Energiemenge. Sie ist abhängig von der Intensität der Bestrahlung, der Absorptionsfähigkeit des bestrahlten Stoffes für die gegebene Strahlungsart und -Energie und von geometrischen Faktoren. Röntgenvorlesung SS

37 Dosisbegriffe (2) Ionendosis: Maß für die Stärke der Ionisierung, ausgedrückt durch die freigesetzte Ladung pro Kilogramm des bestrahlten Stoffes. Äquivalentdosis: Maß für die Stärke der biologischen Wirkung einer bestimmten Strahlendosis. Gleich große Äquivalentdosen sind somit unabhängig von der Strahlenart in ihrer Wirkung auf den Menschen vergleichbar. Die Äquivalentdosis ergibt sich durch Multiplikation der Energiedosis (Gray) mit einem Qualitätsfaktor, der sog. Relativen biologischen Wirksamkeit (RBW), die von der Strahlungsart und -Energie abhängt. Für β- und γ-strahlung ist der Qualitätsfaktor 1, das heißt 1 Sv = 1 Gy. Für α-strahlung ist er 20, was die erhöhte Wechselwirkung beim Durchdringen von Gewebe berücksichtigt. Röntgenvorlesung SS

38 Dosisgrößen und Dosiseinheiten SI-Einheit Dimension Alte Einheiten Dimension Aktivität Becquerel 1 Bq = 1 Zerfall pro Sekunde Curie 1 Ci = 37 GBq Dosis Gray 1 Gray = 1 J/kg = 100 Rad Rad 1 Rad = 0,01 Gray Ionendosis Coulomb pro Kilogramm Cb/kg Röntgen 1 R = 2, Cb/kg Äquivalentdosis Sievert 1 Sv = 1 J/kg Rem 1 rem = 0,01 J/kg = 0,01 Sv Röntgenvorlesung SS

39 Dosismessung * Füllhalterdosimeter (benannt nach der Gehäuseform und -größe): Die elektrische Ladung und damit die Spannung eines Kondensators wird durch einfallende ionisierende Strahlung verringert. Die seit der Aufladung empfangene Dosis ist an der Stellung eines Metallfadens über einer Skala im Gerät jederzeit ablesbar. Die Anzeige kann durch Wiederaufladen gelöscht, d.h. auf Null zurückgestellt werden. Füllhalterdosimeter registrieren Röntgenstrahlung und Gammastrahlung sowie Betastrahlung. * Filmdosimeter: Ein in einer Ansteckplakette befindlicher Film wird durch die Bestrahlung geschwärzt. Bei der Entwicklung kann man durch Farbvergleich die aufgenommene Dosis indirekt ablesen. Es gibt Ausführungen, die alle Arten ionisierender Strahlung einschließlich Neutronenstrahlung messen. * Thermolumineszenzdosimeter (TLD): In geeigneten Kristallen erzeugt die Röntgen- oder Gammastrahlung mikroskopische Veränderungen, die bei der Auswertung (durch Erhitzen des Kristalls) die aufgenommene Strahlungsenergie in Form sichtbaren Lichts abgeben. Aus der Lichtausbeute ergibt sich die Dosis. Die nicht sofort ablesbaren und nicht löschbaren Dosimeter (Filmdosimeter und TLD) werden zur Routineüberwachung bei beruflich strahlenexponierten Personen eingesetzt und meist monatlich ausgewertet. Röntgenvorlesung SS

40 Links www99.mh-hannover.de/kliniken/radiologie/links.html www99.mh-hannover.de/kliniken/radiologie/link_teach.html www99.mh-hannover.de/institute/medinf/both/students/ilias.html Röntgenvorlesung SS