Röntgensugárzás elnyelődése (diagnosztikai t

Röntgensugárzás elnyelődése (diagnosztikai tartomány)
a) Tömeggyengítési együttható (definíció, mitől függ, szemléletes jelentése)
A gyengítési együttható értéke a sugárzás frekvenciájától és a közeg anyagi minőségétől, sűrűségétől függ. Röntgensugárzás esetén a sűrűséggel arányosan változik. A tömeggyengítési együtthatót a lineáris gyengítési együttható sűrűséggel történő elosztásával kapjuk – így már csak a frekvenciától függ: m = /. x=mxm, xm=x, ahol xm az 1 cm2 keresztmetszetű, x hosszúságú hasáb tömege. A röntgennyalábot az intenzitás helyett fotonfluxussal jellemezhetjük, mely az egységnyi keresztmetszeten az időegység alatt átáramló fotonok számát adja meg. Jele N. N=N0e-mXm. m tehát 1 cm2 keresztmetszetű és olyan hosszúságú hasáb tömegének reciprokát adja meg, mely a beeső intenzitást e-ed részére csökkenti. Dm: felezési tömeg (~felezési rétegvastagság) az a tömeg, ami a beeső intenzitást felére csökkenti. Dm=D (g/cm2)
b) A gyengítés részfolyamatai
Fotoelektromos effektus: h energiájú foton kölcsönhatásba lép az atom egy belső elektronjával és teljes energiáját átadja (megszűnik). A (foto)elektron felemelkedik az atom felszínére és megmaradt kinetikai energiájával kirepülhet az atomkötelékből. A folyamat egyenlete: h=Wki+1/2mv2. A röntgensugárzás nem közvetlenül gerjeszt és ionizál, hanem a kiszakított elektron révén (lumineszcencia, hőképzés, gyökképzés, míg energiáját el nem veszti).
Compton-effetkus: h energiájú foton kölcsönhatásba lép az atom egy elektronjával, de energiájának csak egy részét adja át, h’ energiával irányt változtatva halad tovább. Főleg lazán kötött elektronokon lép föl. A folyamat egyenlete: h=Wki+1/2mv2+ h’. A h’ kisebb h-nél, ezért ’ nagyobb -nál, a folyamat tehát a sugárzás lágyulásához vezet.
Párképződés: röntgenfotonból elektronpár, elektron és pozitron képződik a mag közelében, melyekre érvényes az E=mc2. Csak akkor következhet be ha a röntgenfotonpár energiája min. 1 MeV. Ettől többlet az elektron és pozitron energiájában jelentkezik. A pozitron lelassulva egyesül egy elektronnal és két -foton formájában szétsugárzódik (hatásuk a röntgenfotonokéval ekvivalens).
Klasszikus (koherens) szóródás: a foton az ütközés során energiaveszteség nélkül irányt változtat. Főként elektronokon jön létre. Igen kicsi (50 keV alatt) energia esetén.
Magreakció: elég nagy energia esetén a maggal is kölcsönhatásba léphetnek a fotonok. Ekkor az energia teljes mértékben átadódik (min. 7-8 MeV, mivel kb. ekkora a nukleon kötési energiája) és a magból nukleonok (főleg neutron) lép ki. Ezek újabb magreakciókat indíthatnak.
c) Abszorpciós spektrum, az elnyelést befolyásoló paraméterek
Abszorpciós spektrum: fénytanban a fény elnyelés bármely jellemző adatának hullámhossz szerinti eloszlása (I/I0 transzmisszió, lgI0/I abszorbancia, extinkció, optikai denzitás). Az abszorpciós spektrum egyszerűbb a röntgentartományban mint az optikaiban. Bizonyos hullámhosszaknál abszorpciós élek vannak benne, az emissziós vonalakhoz hasonló tartományban jelentkeznek. Abszorpciós élek: amikor a foton energiája akkora, hogy az L-hélyról e-t kiemelhet, az atom a fotont elnyeli, hirtelen abszorpció-növekedés következik be, megjelenik L-él. Minél nagyobb a foton energiája a határenergiánál, annál kisebb az elnyelés valószínűsége (csökken az abszorpciós állandó értéke). Amikor azonban az energia eléri a K-hélyról való kiemelés értékét, újabb „ugrás” lesz, megjelenik K-él. Élek többszörösek is lehetnek, mivel egy héjhoz több energiaszint tartozik, gerjesztés ezek bármelyikéről történhet, mindegyik létrehoz egy élt.
Jelük: K, L, M, stb. Minél lágyabb a röntgensugárzás annál jobban nyelődik el. A gyengítési együttható több komponensből áll: = + + . (foto, Compton, párkép) Értékük függ a közeg minőségétől és a fotonok energiájától. 2 él között, ha a hullámhossz nő m is nő, de adott hullámhosszú sugárzást is magasabb rendszámú (Z, összetett molekuláknál effektív Z-t veszünk) elemek jobban nyelnek el, mivel lágyabbá válik a sugárzás: m=c3Z3. Gyakorlatban: csonttörések vizsgálata – lágy részek rendszáma alacsonyabb, kevésbé nyelnek el, mint a csont. Kontrasztanyagok használata hasonló rendszámú lágyrészek elkülönítésére pl: BaO4 (gyomor), I2 oldat (vese, epehólyag, ér), gáz negatív kontraszt.
d) A röntgen-diagnosztika és a sugárvédelem alapjai, a sugárzás energiájának szerepe, szűrők
Röntgendiagnosztika: kontrasztanyagok (pozitív-negatív) használata lehetővé teszi lágy szövetek vizsgálatát is (pl: báriumszulfát, jód, gázok – kevésbé adszorbeálnak). Felszíni terápiában nagyobb hullámhosszú, jobban elnyelődő, mélyterápiában rövidebb hullámú, kevésbé elnyelődő sugárzás alkalmazása.
A víz (lágy szövetek) és levegő hasonlóképp nyelnek el – vizsgálatban fontos. A levegő elnyelődését könnyebb mérni. Az orvosi gyakorlatban használt könnyű elemeknél állandó: 0,2 cm2/g, szöveteknél: 0,3 cm2/g. Figyelembe kell venni a szóródást is a sugárzás terápiás használatakor. Sugárvédelmi célokra ólmot használunk, mivel igen jó abszorbens.
Szűrők: réz és alumínium, a kemény és lágy komponenseket gyengítik, a keményet kevésbé – a sugárzás homogenizálásában, a felületi rétegek óvásában fontos.
10. Röntgendiagnosztikai módszerek
Bev: a különböző szövetek effektív rendszáma és sűrűsége eltérő, így azok sugárgyengítési képessége, elnyelése is különböző. Orvosi alkalmazásban hullámhossza: 5-120pm, 0,2-0,01 MeV fotonenergia.
a) Hagyományos átvilágítás, szummációs kép, hagyományos tomográfia; kontrasztanyagok
Hagyományos átvilágítás: a beteg testével ellentétes oldalon lévő lumineszkáló ernyőn jelenik meg a gyengített röntgen-fotonokból származó kép. A különböző denzitású szövetek különböző mértékben gyengítnek. I=I0e-(x+’x’...). A film feketedése az eredő denzitástól függ, lgI0/I=(1x1+2x2+..)lge.
Szummációs kép: a képeken az egymás mögötti részletek árnyéka egymásra vetül – a sugár irányába eső harmadik dimenzió nem jelenik meg (dimenzióredukció).
Hagyományos tomográfia (rétegfelvétel): a test hossztengelyével párhuzamos sík éles megjelenítése (nagyobb denzitású szövetek pl: bordák csontja elfedhetik a fontos részleteket) – a tomográf röntgencsöve a test fölött köríven mozdul el, alatta pedig a kazetta vízszintes pályán ellenkező irányba tolódik el. A közös mozgás centruma éles lesz, a fölötte levő részletek előre sietnek az alatta lévők pedig visszamaradnak – elmosódnak.
Kontrasztanyagok: pozitív és negatív típusa van. Használata lehetővé teszi lágy (egyébként nem vizsgálható) szövetek vizsgálatát is (pl: báriumszulfát, jód). A gázok kevésbé adszorbeálnak, a negatív kontrasztozás eszközei.
b) Röntgenkép-erősítő, DSA, a számítógépek szerepe
Röntgenkép-erősítő: Üvegbúrában vákuum van, 2 lumineszcens ernyő, az első mellett egy fotokatód, közöttük hengerszimmetrikus elektród rendszer. Az átvilágított test képe az első lumineszcens ernyőn jelenik meg, majd a fény a fotokatódból fotoelektronokat szakít ki (számuk arányos a lumineszcencia erősségével), az elektródrendszeren leképező elektronlencse és gyorsítófeszültség (25-30 kV) van. A 2. lumineszcens ernyőn valódi, fordított, kicsinyített kép jelenik meg. Előnye: csökkenti a sugárterhelést, rögzíthető videojel, digitális képalkotást tesz lehetővé, elsötétítés nélkül is jól látható.
DSA: digitális szubtrakciós angiográfia – az érrendszer kontrasztanyagos vizsgálata (báziskép és kontrasztanyagos kép különbsége), digitális képsorozat azonos felvételi pozícióból.
A számítógépek használata digitális képalkotást tesz lehetővé – (a filmen rögzített kép lézerfény segítségével digitalizálható) Képerősítő + Videokamera + A/D konverter + Számítógép Képernyő. Előnye a kontrasztozhatóság, egyszerű kezelés, többszöri használat, könnyű tárolás, kisebb sugárterhelés és nagy felbontás.
c) CT, mérési elve (CAT-scan), technikai megoldások
CT: (computer assisted tomography) a 3. dimenziót tárja föl. Testtengelyre merőleges helyzetű réteg képe 2Dben, szürketónussal. Vékony röntgennyaláb világítja át, alatta detektor mozog, érzékelve a kilépő intenzitást. Mindkettő keskeny ólomkollimátorral van ellátva (feloldóképesség, sugárterhelés csökkentése miatt). Ugyanazt a réteget több irányból világítja át – több ezer elem gyűlik össze, majd kiszámolja az egyes pontok denzitását és megadja az eredményt szürketónusos képben. 1. CT (NaI(Tl) kristályos) – 180 pásztázás. 3. generációs legyező alakú nyaláb, több 100 detektorral. A 4. generációs CTknél csak a sugárforrás fordul körbe, a detektorok gyűrű alakban vannak.
CAT: computer axial tomography, tengelyre merőleges rétegekről készít képet, egymástól független réteg-képek készülnek. A spirál CT jobb, mivel itt a rétegek átfedésben vannak.
d) Spirál CT, gyors CT módszerek, Hounsfield-skála, a képi megjelenítés lehetősségei, információ tartalma
Spirál CT: folyamatos rétegfelvétel, egymás után több körmozgás, a beteg eltolódik testtengelyének irányába a felvétel közben.
Hounsfield-skála: a gyengítési együtthatók skálázása, vízhez viszonyítás módszerével. H= (-víz).1000/víz. Ablaknyitás: kis különbségek kimutatása a monitoron, a H megjelenítési skálát széthúzzák a vizsgálandó tartományban.
Film helyett (más anyag használata 80-90%kal kisebb sugárzást jelent a dolgozók számára):
- lumineszkáló réteg + CCD képlemez (integrált áramkör sok fototranzisztorral a ráeső fény intenzitása a detektorba majd a filmrétegre kerül) PC (monitor)
- spec. rtg képlemez (szennyezett kristályok, rtg hatására az elektronok csapdába kerülnek, lézerrel lumineszkálás mellett leolvasható és visszaállítható az alapállapot (metastabilis csapdanívó –lézer– vezetési sáv –lumineszcencia– alapállapot.
11. Radioaktivitás, magsugárzások
Bev: terápiás és diagnosztikai célokkal egyaránt felhasználhatók
a) Az atommag felépítése, stabil és instabil magok, természetes és mesterséges radioizotópok
Felépítése: egyensúlyban lévő nukleonok – protonok és neutronok: összességében pozitív töltést eredményez. Stabil magoknál ez az egyensúly fennmarad (p=n).
Instabil mag: részecske kibocsátása közben elbomlik a mag (pn) – radioaktív atomok. Természetes az urán, tórium és aktínium. 3 családba sorolhatók, 44 tag, melyek élén egy ősizotóp áll, és ez bomlik az ólom egy stabilis izotópjáig. Könnyebb elemek között: kálium, rubídium egy kis százaléka. Táplálkozásban fontos a 40K19.
Több mint ezer mesterséges izotóp: nagyenergiájú részecske stabilis magba való belövésével megváltoztatják az eredeti proton-neutron arányt, pl: 127I93, 22Na11.
Orvosi alkalmazása: technécium és technéciumgenerátor, jód, kálium, nátrium (jelzőanyagok).
b) A magsugárzások fajtái, változások a magban
A radioaktív magok energiafölöslegüktől kétféleképp szabadulhatnak meg – vagy részecske viszi magával (korpuszkuláris sugárzás) vagy elektromágneses sugárzás útján – ill. a kettő egyszerre történik.
Maghasadás, magszéthullás: nagy energiájú -sugárzás hatására két hasonló magra, ill. magtöredékekre, protonokra, neutronokra hullik szét (spalláció), maghasadás esetén, két összemérhető részt kapunk.
-sugárzás: A bomló atommagot nagyenergiájú héliumatommag (-részecske) hagyja el. A mag rendszáma (Z) 2vel, tömegszáma (A) 4el csökken. Kezdősebességük több ezer km/s – néhány MeV energia. Ionizálják azonban a környezet (levegő) molekuláit (lineáris ionsűrűség), így elvesztik energiájukat.
-sugárzás: Az atommagot közvetve elektron vagy pozitron hagyja el – neutron többlet esetén, a neutron protonná és elektronná, hiány esetén egy proton neutronná és pozitronná alakul. Ez a mag fölös energiájának protonból neutron tömegtöbblet kiegészítésére adódik.
Cserenkov sugárzás – a sugárzás nagyobb sebességgel halad a közegben mint a fény – kékesfehér fényt hoz létre az interferencia során.
inverz -bomlás: proton-fölösleg esetén jön létre, héjelektron befogás (K) történik, ami karakterisztikus rtg sugárzást is eredményez, valamint a rendszám csökken eggyel.
neutron-sugárzás: elsősorban nukláris baleseteknél, ill. n-fegyverek bevetésénél keletkezik. A mag bombázás hatására erősen gerjesztődik, nagy energiájú neutront emittál. A szabad neutron instabil, protonra és elektronra bomolhat (kb 13perc felezési idővel), nagy áthatolóképességű, közvetetten ionizál. Elektronnal nem reagál, csak atommaggal, teljes energiáját átadva annak, az így keletkezett nagysebességű proton fejt ki ionizáló hatást. Nagy dózis esetén képes aktiválni, azaz magátalakulást előidézni, miáltal a besugárzott tárgy is izotóppá válhat. Ütközés esetén szóródás is bekövetkezhet: gyors neutron, rugalmas szóródás esetén a meglökött mag az ütközés energiáját kinetikai energiában veszi fel, az átadás annál nagyobb mértékű, minél inkább egyezik méretre a két részecske. Centrális ütközés esetén leadhatja mozgási energiáját, csak hőmozgást végez, termikus neutronná válik. Rugalmatlan ütközés esetén, további energiát ad át, ezáltal gerjeszti a magot, az pedig gammafoton kibocsátással szabadul meg a fölös energiától.
protonsugárzás: H+ gyorsítás révén, vagy magbombázás hatására proton emittálódik, ami ionizál, gerjeszt.
-sugárzás: Általában nem lép föl önállóan, a korpuszkula kibocsátása után a gerjesztett állapotban lévő származékmag által kibocsátott elektromágneses sugárzás – vegyes sugárzó izotóp. Nem jár rendszám vagy tömegszám változással.
c) Aktivitás, a radioaktív atomok számával való kapcsolata
Az aktivitást a másodpercenkénti bomlások számával, bomlási sebességgel jellemezhetjük. Egysége a becquerel (Bq), 1Bq=1bomlás/sec. Arányos a meglévő elbomlatlan atomok számával – az aktivitás időbeli változása: =0e-0,693t/T , =N/T. A bomlás csökkenő exponenciális függvény szerint megy végbe. Fajlagos aktivitás: a készítmény egységnyi tömegére vonatkoztatott aktivitása (Bq/kg). Radioaktív koncentráció: térfogategységre vonatkoztatott aktivitás. (Bq/l)
d) A radioaktív atomok számának, ill. az aktivitásnak időbeli változása
Ha elég sok atom áll rendelkezésre, megállapítható, hogy átlagosan egy bizonyos idő alatt mennyi bomlik el – az időegységre eső bomlások száma arányos a meglévő elbomlatlan atomok számával: N/t=-N, ahol a bomlási állandó, megadja, hogy az anyag hanyad része bomlik el t idő alatt. Ebből integrálással: N=N0e-t. N=0, ha t=.
Felezési idő: T, a bomlási állandó helyett használják (), az elbomlatlan atomok száma valamely készítményben felére csökken - nem befolyásolják a fizikai-kémiai behatások. Az (T=0,693/=0,693/TN=N0e-0,693t/T egyenlet megadja, hogy t idő alatt az atomok hányad része bomlik el.
Átlagos élettartam: , az elbomlatlan atomok száma e-ed részére csökken.=1/=1,443T
Biológiai felezési idő: a szervezetbe került izotópok mennyisége a szokásos kiválasztás útján is csökken – a két felezés reciprokából adódik az effektív felezési idő reciproka. Kritikus felhalmozó szervek: máj, pajzsmirigy, vese. A stabilis és radioaktív izotópok az életfolyamatokban egyformán viselkednek, ezért lehet jelzőanyagként is használni a radioaktívokat. 1/Teff=1/Tbiol+1/Tfiz.
12. Magsugárzások és az anyag kölcsönhatása
Bev: a radioaktív magok energiafölöslegüktől különbözőképp szabadulhatnak meg – vagy részecske viszi magával (korpuszkuláris sugárzás) vagy elektromágneses sugárzás útján – ill. a kettő egyszerre történik. Orvosi alkalmazása: technécium és technéciumgenerátor.
a) Az -sugárzás, spektruma, kölcsönhatása a közeggel, ezt jellemző mennyiségek
- a bomló atommagot nagyenergiájú héliumatommag hagyja el, a részecske pályája egyenes
- a mag rendszáma 2vel, tömegszáma 4el csökken.
- hatótávolsága: az az R távolság, amit az részecske sűrűségű közegben befut, míg energiája (E) a termikus értékre csökken. (folyadékban 10-100 mikron) Kis rendszám esetén R=k.E3/2/, ahol k=4,15.10-4
- kezdősebességük több ezer km/s – néhány MeV energia
- ionizálja a környezet (levegő) molekuláit, így elveszti energiáját
- ha sebessége termikus értékre csökken, két elektront felvéve héliummá alakul
- a közeg fékezőképességén -részecske egységnyi úthosszra vonatkoztatott energiaveszteségét értjük
- tömegfékezőképesség: fékezőképesség/ , ha 1cm2 felület és egységnyi tömegnek ütközik
- ionizáló képességét a pálya mellett létrehozott lineáris ionsűrűséggel jellemezhetjük (n/l). Ez a fajlagos ionizáció levegőben 20000/80000 ionpár/cm, 34eV/pár.
- ionizáció következménye: karakterisztikus rtgsugárzás, szcintilláció, funkcionális és morfológiai elváltozások, esetleg magátalakulások
- lineáris energiaátadás (LET): a fékezőképesség, a lineáris ionsűrűség és az egy ionpár keltésére jutó energia szorzatával egyenlő
- spektruma: vonalas, egy radioaktív mag, csak meghatározott nagyságú energiájú részecskét bocsáthat ki, hatótávolsága is csak meghatározott értéket érhet el.
b) A -sugárzások, spektrumuk, kölcsönhatásuk a közeggel, szétsugárzás
- az atommagot elektron vagy pozitron hagyja el – egy neutron protonná és elektronná, egy proton neutronná és pozitronná alakul. Ha p+n° a mag fölös energiája a neutron tömegtöbblet kiegészítésére adódik.
Negatív -bomlás: a neutronok száma több mint a stabilitáshoz kellene. A rendszám (Z) 1el nő, tömegszám (A) változatlan.
Pozitív -bomlás: a neutronok száma kevesebb. A rendszám 1el csökken, tömegszám változatlan marad. Csak mesterséges izotóp lehet. (pl: 32P15, 30P15).
Inverz -bomlás: proton-fölösleg esetén jön létre, héjelektron befogás (K) történik, ami karakterisztikus rtg sugárzást is eredményez, valamint a rendszám csökken eggyel.
Cserenkov sugárzás: a sugárzás nagyobb sebességgel halad a közegben (pl: víz) mint a fény – kékesfehér fényt hoz létre az interferencia során.
-sugárzás:
- spektruma folytonos, oka a neutrínó (rendkívül passzív!) részecskék zérus energiától maximális energiáig minden értéket képviselnek. Az energiaveszteség azonban mindig egyforma – oka a neutrínó: kis semleges részecske (e-tól 1000szer könnyebb) mely mindig jelen van a -sugárzásnál és osztozik az energián (együtt mindig azonos E-t visznek).
- -részecske kezdősebesség megközelíti a fénysebességet, ez relativisztikus tömegnövekedést okoz (v~c)
- pályája: zegzugos a szóródás miatt, mivel az elektron tömege kicsi, könnyen szóródik (visszaszóródhat)
- hatótávolság levegőben 10 cmtől több méterig, vízben, szövetben néhány mm
- fajlagos ionizálóképessége 1000szer kisebb az részecskéétől
- fékezőképesség is kb. 1000szer kisebb, helyette lineáris energiaátadást használunk (LET)
- specifikus ionizálóképesség: s=(c/v)2, ahol =46 ionpár/cm, c=3.1010cm/s
- következmény: kémiai, fotokémiai, biológiai hatás, karakterisztikus rtg, ritkán fékezési rtg (ha a -részecske az atom terében hirtelen lefékeződik
- abszorpciója: I=I0.e-x csak 3-4 felezési rétegvastagságig, utána rohamosan csökken, 7-8nál megszűnik (max. hatótávolság, R)
- összefüggés Emax és Rmax között: Rmax=aEmax-b, ahol a=542, b=133.
Szétsugárzás: a pozitron élettartama igen rövid, kölcsönhatásba lép egy elektronnal (ált. pályája vége felé), ennek hatására szétsugárzódnak, gammafotonok formájában, 0,51-0,51 MeV energiával. Mivel ez a jelenség mindig fellép, számolni kell a -sugárzás jelenlétével, ha pozitronnal dolgozunk.
c) A -sugárzás, spektruma, magizoméria
Prompt -sugárzás: a korpuszkula kibocsátása után a gerjesztett állapotban lévő származékmag E-fölösleggel bír, egy vagy több lépésben elektromágneses sugárzást bocsát ki (kb 10-18-10-13s belül) – vegyes sugárzó izotóp, mivel korpuszkuláris sugárzás kísérője. Nem jár rendszám vagy tömegszám változással.
Magizoméria: a radioaktív mag az energiafölösleget nem sugározza ki rögtön, hanem egy felezési idő eléréséig (>10-10s) gerjesztett állapotban marad. Alkalmazása: technéciumgenerátor. Jele a tömegszám mellé írt m. pl: 99Mo42( 66h)99mTc43( 6h)99Tc43 Spektruma: vonalas (meghatározott energiájú fotonokat emittál).
Radioaktív bomlás: a mag előbb kisugározza -protonjait.
d) A -sugárzás közeggel való kölcsönhatásának módjai; párképződés
Közeggel való hatásai hasonlóak a röntgensugárzáséhoz.
Belső fotoeffektus: az emittált -foton ugyanazon a magon gerjesztést vált ki – héjelektron kapja meg, gamma sugárzás helyett a kiszabadított konverziós e-t és röntgensugárzását érzékeljük.
Fotoelektromos effektus: h energiájú foton kölcsönhatásba lép az atom egy elektronjával és teljes energiáját átadja (megszűnik). Az (foto)elektron felemelkedik az atom felszínére és kirepülhet az atomkötelékből. Kisebb fotonenergiák esetén (pl: röntgen).
Compton-effetkus: h energiájú foton kölcsönhatásba lép az atom egy elektronjával, de energiájának csak egy részét adja át, h’ energiával irányt változtatva halad tovább. Főleg lazán kötött elektronokon lép föl.
Párképződés: gammafotonból elektronpár – elektron és pozitron képződik, melyekre érvényes az E = mc2. Csak akkor következhet be ha a gammafoton energiája min. 1 MeV. Ettől többlet az elektron és pozitron energiájában jelentkezik. A pozitron egyesül egy elektronnal és két -foton formájában szétsugárzódik (hatásuk a gammafotonokéval ekvivalens).
Klasszikus szóródás: a foton az ütközés során energiaveszteség nélkül irányt változtat. Főként elektronokon jön létre. Igen kicsi (50 keV alatt) energia esetén.
Magreakció: elég nagy energia esetén a maggal is kölcsönhatásba léphetnek a fotonok. Ekkor az energia teljes mértékben átadódik (min. 7-8 MeV) és a magból nukleonok (főleg neutron) lép ki. Ezek újabb magreakciókat indíthatnak.
13. Ionizáló (atommag- és röntgen-) sugárzások mérése
Bev: alapja a sugárzás és valamilyen alkalmas közeg (detektoranyag) közötti kölcsönhatás – csak akkor ha a sugárzás a közegnek energiát ad át. Direkt ionizáló sugárzás esetén a töltéssel rendelkező részecskék primer jelensége (ionizáció, gerjesztés) mellett a secunder és tercier folyamatokat (hőhatás, fotokémia, lumineszcencia) is felhasználják mérésre. Semleges sugárzások (pl: , neutron) esetén pedig a detektoranyagban hoznak létre elektromosan töltött részecskéket (indirekt ionizáló).
a) Gázionizáción alapuló eszközök
A töltéssel rendelkező részecskék a gázt ionizálják, a termelt ionpárokat pedig az elektromos erőtér a megfelelő elektród felé tereli. A keletkező ionizációs áramot mérjük.
Az ionizációs kamrában nagyszámú ionizáló részecske összionizációját kapjuk. Az egyéni sugárvédelemben (kisméretű, feltöltött elektrométerként - zsebdoziméter) valamint a dozimetriában (hitelesítésre – gyűszűkamra) használják. A feltöltött elektrométerek fokozatosan kisülnek.
A GM-csövekben viszont az egyes részecskék által kiváltott feszültség-, áramimpulzusokat mérhetjük. Főként -részecskék esetleg neutronok számolásra (megfelelő anyag + gáz) használják, röntgen- vagy -foton számlálásra 0,1%os hatásfokuk miatt nem jellemzően.
A proporcionális számlálók a beérkező részecskék fajtája és energiája szerint is különbséget tud tenni (gáztérben teljesen lefékeződő részecske energiájával arányos az ionizációs áram). A proporcionális kamra (sokanódos) változat a medicinában a -, röntgensugárzás mérésben használatos.
b) Szcintillációs számláló
A - és -sugárzások detektálására alkalmas.
Felépítése: szcintillátor-fotoelektronsokszorozó-erősítő-diszkriminátor-számláló.
Működése: a nagyenergiájú foton a detektor szerves/szervetlen (NaI táliummal szennyezve) kristályos anyagában lefékeződik, szcintillációt, fényfelvillanást okoz, a keletkező fotonok száma arányos a részecske átadott energiájával. A fény a fotoelektron-sokszorozó fotokatódjáról indulva egyre nagyobb számú fotont tesz szabaddá. Időtartama: 10-8–10-6 s. Az erősítés arányos a kiinduló fotonszámmal és függ a feszültségtől – szabályozható. A kimenő jel feszültségimpulzus lesz, amit az erősítő tovább erősít, majd a diszkriminátor amplitúdó szerint osztályoz végül a számláló megjelenít.
Szelektálás történhet ID – határszint és DD csatorna módon. Optimális beállítását ID üzemmódban kell elvégezni: NJ+Z-NZ NJ, NJ/NZ Opt ID szint.
Zajt (jelentéktelen) a fotoelektron sokszorozó fotokatódjáról leszakított elektronok, a környezet radioaktív szennyeződése, a kozmikus sugárzás és a mérőhelyek sugárforrásai okozzák.
c) Félvezető detektorok
A -fotonok energiájukkal arányos mennyiségben szabadítanak fel töltéshordozókat. Radioaktív környezetszennyezés felmérésére használják – energiaszelektív. Ilyen pl a Ge-, Cse-detektor.
Egyes félvezetők elektromos vezetőképessége növekszik sugárzás hatására, áramkörbe iktatott műszer skáláján dózisegységekben hitelesíthető. Mérete kicsiny, a félvezető kristályt a szonda végére szerelve, akár a szervezetbe is bejuttatható a detektor.
d) Filmdoziméter
A fotoemulzió (zselatinban lévő ezüst halogenid) elnyelési spektruma eltér a szövetekétől, ezért csak azonos spektrumú sugárforrás esetén szabad használni. Nagymértékben függnek az energiától, különösen 0,04-0,4 MeV tartományban. Személyi dózismérésre használják pl. atomerőművekben, illetve autoradiográfiás felhasználása jelentős (sejtek, sejtalkotók vizsgálata). Kiértékelése központilag történik.
14.
|