1
به نام خدا
بر هم کنش یا برخورد پرتو رنتگن با ماده
2
3
موضوع: بر هم کنش یا برخورد پرتو رنتگن با ماده
1 – پراکندگی همدوس 2- اثر فتوالکتریک 3- پراکندگی کمپتون 4- تولید جفت 5 – تجزیه توسط فوتون
رفرنس: فیزیک پزشکی (دکتر تکاور)(368 – 359)
اهداف:
اهمیت موضوع وکاربرد محتوای درس:
اولویت تدریس:
منابع بیشترجهت پژوهش و امتحان: فیزیک رادیولوژی تشخیصی (کریستینسن) – فیزیک تشعشع و رادیولوژی(نجم آبادی ) – فیزیک پزشکی (کامرون)
نحوه ارزیابی: کوییز- امتحان – حضور و غیاب
رفع اشکالات درسی::( یک شنبه 10 -12) ( دوشنبه 11- 12) ( سه شنبه 10- 12)
4
dI = -μ dx.I
عبور پرتو اولیه با شدت Io از ضخامت ماده (X ) و کاهش شدت آن
I = Ioe -μx
وابستگی به جنس ماده ( μ ضریب کاهش خطی)
ضریب کاهش خطی] μ cm-1 [
کاهش کسری از انرژی پرتو که در اثر عبور از یک سانتیمتر ماده صورت می گیرد.
شکل (25-5)
ضریب کاهش جرمی ρ/ μ cm2/g
کاهش کسری از شدت پرتو اولیه به وسیله ضخامت
1 g/cm2 ماده
-3 بر هم کنش یا برخورد پرتو رنتگن با ماده
5
برخوردهای اساسی بین اشعه X و ماده
پنج راه اصلی برای برخورد یک فوتون اشعه X با ماده
1- پراکندگی کلاسیک (همدوس) 2- اثر فتوالکتریک 3- پراکندگی کمپتون
4- تولید جفت 5 – تجزیه توسط فوتون
1-پراکندگی کلاسیک (همدوس): اشعه با انرژی کم به الکترونهای یک اتم
برخورد کرده و آنها را با فرکانس معادل فرکانس خود
به نوسان در می آورد← الکترون به نوسان درآمده از خود فوتون تابش میکند ← انرژی فوتون برخورد کننده برابر با انرژی فتون تابشی
* پراکندگی بدون تغییر
* بدون تغییر در طول موج پرتو, هیچگونه انرژی انتقال نمی شود.
* برخورد فوتون با اتم در نتیجه برانگیختگی اتم
* فقط تغییر جهت پرتو
* عدم ایجاد یونش در ماده
* مه آلودگی روی فیلم
6
اثر فتو الکتریک
A- برخورد یک فوتون با الکترون لایه داخلی (K ,L ) با انرژی کمی بیش از انرژی همبستگی
e Ei = E b + E
B- انتقال انرژی فوتون به الکترون , ناپدید شدن فوتون
C- تغییر الکترون به یون منفی و جذب ماده
D- پر شدن الکترون لایه K توسط لایهL از دست دادن انرژی و تولید اشعه X اختصاصی(ویژه)
E- انتقال الکترون لایه K ← کل اتم یک الکترون کم ← یون مثبت
محصول اثر فتوالکتریک :
تولید اشعه اختصاصی (ویژه)
تولید یون منفی (رهایی الکترون)
یون مثبت (اتمی با کمبود یک الکترون )
7
احتمال وقوع برخورد فتوالکتریک
1- دارا بودن انرژی کافی فوتون برای غلبه بر انرژی همبستگی الکترون
2- دارا بودن تشابه انرژی فوتون با الکترون
مثال: همبستگی انرژی K ید Kev 33 و Kev 34 فوتون بهتر ازkev 100
اگر الکترون بصورت محکمتر در مدار باشد, احتمال بیشتر (عدد اتمی بالا بیشتر)
اثر فتو الکتریک متناسب 3 (عدد اتمی هدف) 3Z
بررسی تشعشع اختصاصی:
فرایند تولید اشعه X اختصاصی در فتوالکتریک
تولید اشعه X اختصاصی در هدف دستگاه رادیولوژی
در فتوالکتریک: فوتون اشعه باعث جدا شدن الکترون
اتم ماده در دستگاه رادیولوژی: الکترون با سرعت
زیاد باعث جدا شدن الکترون هدف
تشعع اختصاصی: اشعه ثانویه نام دارد.و معادل نیست با اشعه اسکتر
8
کاربرد فتو الکتریک در رادیولوژی تشخیصی
جنبه خوب: تولید تصاویر با کیفیت عالی ← اثر فتو الکتریک باعث افزایش کنتراست
وکنتراست بهتر◄ کیفیت بهتر
افزایش اختلاف بین بافت سخت و نرم ( تفاوت جنس )
عوامل موثر برخورد فتو الکتریک: انرژی اشعه و عدد اتمی ماده جاذب
جنبه بد: دریافت بیشتر اشعه توسط بیمار← جذب تمامی انرژی
فوتون تابشی توسط بیمار
به حداقل رسانیدن اکسپوژر , استفاده از بالاترین انرژی اشعه X (KVP بالا)جهت به حداقل رسانیدن اثر فتو الکتریک
9
پراکندگی کمپتون
( فوتون اسکتر = پرتو پراکنده) و تولید مه الودگی در فیلم
A- برخورد فوتون با انرژی بالا با الکترون آزاد از لایه خارجی اتم یک ماده
-Bخارج شدن الکترون از مدار
– Cانحراف فوتون و حرکت در جهت جدید
– Dتولید جفت یون یونیزاسیون ( اتم بار مثبت و یک الکترون بنام الکترون برگشتی)
انرژی زیادی صرف جدا شدن الکترون نمی گردد ( الکترون آزاد
در مدار خارجی)
فوتون هرگز تمام انرژی را از دست نمی دهد.
میزان انرژی باقیمانده : انرژی اولیه فوتون
زاویه پراکندگی
فوتون با انرژی کم: بیشتر فوتونها با زاویه 180 به عقب بازگشت
10
محاسبه تغییر در طول موج فوتون:
( 1- cosӨ ) 0/024) = ( 1- cosӨ ) ((h/mc= λ ∆
تغییر در طول موج : λ ∆
زاویه انحرافӨ :
12.4/KVp = λ
Ei = Ec + (Eb + Eke )
انرژی فوتون برخوردی : Ei
انرژی فوتون بخش: Ec
انرژی همبستگی : Eb
انرژی جنبشی الکترون : Eke
عوارض: پرتوهای اسکتر( مه آلودگی)← مه آلودگی روی فیلم ,کنتراست کم
حذف مشکل , نمی توان از فیلتر استفاده کرد (زیاد پرتو اسکتر) تابش از طریق بیمار
( فلوروسکوپی) به متصدی فلوروسکوپی
احتمال وقوع:
بستگی به:انرژی پرتو و دانسیته ماده جاذب و
الکترونهای آزاد جسم جاذب (الکترونهای لایه خارجی) و
عدم بستگی به عدد اتمی ماده جاذب
11
4- تولید جفت:
در محدوده انرژی اشعه X تشخیصی رخ نمی دهد.
A- فوتون تحت تاثیر نیروی هسته اتم ← تبدیل انرژی به ماده
B- انرژی فوتون > 1. 2 Me v تا بوقوع بپیوند.
برخورد اشعه X با ابر الکتریکی, تحت تاثیر میدان نیروی هسته
← اثر متقابل بین فوتون و نیروی هسته , ناپدید شدن فوتون
تجزیه فوتون به الکترون و پوزیترون
5- تجزیه توسط فوتون:
* برخورد اشعه X مستقیما با هسته و جذب هسته در نتیجه هسته بر انگیخته
* تجزیه هسته اتم
* حداقل انرژی فوتون Mev 7
* تجزیه هسته به نوترون , پروتون و ذره α
* بدون اهمیت در رادیولوژی تشخیصی (انرژی ماکس 150 kev )
تعداد نسبی وقوع برخوردهای اساسی:
-1پراکندگی همدوس: 5 %
-2پراکندگی گمپتون: 20 %
-3فتو الکتریک: 75 %
3 و 2در رادیولوژی تشخیصی با اهمیت
12
c ) اثر فتوالکتریکی:
وابسته به Z3 و انرژی 1/E3
احتمال برخورد فتوالکتریک در استخوان
[13.8 / 7.4] 3 = 6.49
d ) تولید جفت
شکل 27-5
13
ضریب شکست (پایای کاهش μ)
پایای کاهش خطی μ برابر با جمع همه پدیده ها
π + σ + τ + Σ = μ
پراکندگی کلاسیک (همدوس) Σ :فتوالکتریک: τ کمپتون: σ تولید جفت: π
احتمال هر برهم کنش
1- در انرژیهای پایین: جذب فتوالکتریک با اهمیت
افزایش انرژی ◄ فتوالکتریک کم و کمپتون اهمیت بیشتر
2- در انرژِیهای بالا (1.02 Mev ) تولید جفت با اهمیت
در انرژیهای 50 kev تا 60 kev تصویر خوب اما
متاسفانه انرژی دوز جذبی بیمار زیاد
شکل 29-5
14
جمع بندی و نتیجه گیری:
باتشکر از توجه شما
پایان
A
A
A
A
A
1
21
22
23
24
25
1
26
1
27
28
29