Wechselwirkung mit Materie - epileptologie-bonn.de

1 Bildgebung mit R ntgenstrahlenWechselwirkungmitMaterieBil dgebung mit R ntgenstrahlenR ntgen-QuelleEntwicklungVerarbeitungDetek torScanogrammTomogrammM (18e-)K (2e-)L (8e-)Bohrsches AtommodellBildgebung mit R ntgenstrahlenWechselwirkung mit MaterieKoh rente StreuungR ntgenquant interagiert mit Objekt und ndert seine Richtung, aber-keine Absorption-keine nderung der Photonen-EnergieGr e Streuk rper << Wellenl ngetritt bei ~5% der applizierten R ntgenstrahlen aufnachteilig f r Bildgebung: Hintergrundrauschen ( filmfog )Bildgebung mit R ntgenstrahlenR ntgenquant bertr gt gesamte Energie auf H llenelektron(vor allem K-und L-Schale)Abh ngig von PhotonenenergieEffekt ~ 1/E 3(bei hohen Energien) = 1/2 mev2+EaSekund rstrahlung beim Auff llender Schale durch u eres Elektron (Auger e-)Auftretenswahrscheinlichkeit ~ Z3( Verst rkung der Absorptionsdifferenzen verschiedener Gewebe)wichtig f r diagnostische Radiologie !! Wechselwirkung mit MateriePhoto-EffektAuger-ElektronBildgeb ung mit R ntgenstrahlenWechselwirkung mit MaterieCompton-EffektE < MeV:Der an das Elektron abgegebene Energiebetrag h ngt vom Streuwinkel abEher bei Elektronen der u erenSchalen (Bindungsenergie desElektron spielt keine Rolle)Energiebilanz:E + E0e= E + EeBildgebung mit R ntgenstrahlenWechselwirkung mit MateriePaarbildungE MeV:Erzeugung eines Elektron/Positron Paares, wenn Energie des R ntgenquants gr er/gleich zweifacher Ruheenergie des ElektronsEnergiebilanz:E = Ee+ Ep+ 2mec2 Bildgebung mit R ntgenstrahlenZusammenfassung der Wechselwirkungsarten1.

2 Photo-Effekt:vollst ndige bertragung der Energie desR ntgenquants auf H llenelektron Absorption2. Compton-Effekt:Strahlung wird an Elektronen Strahlung geringer Energie undandere Richtung Streuung3. Paarbildung:Strahlung (E MeV) wird in Gegen-wart eines Atomkerns in Elektron und Positron umgewandelt Umwandlung Strahlung in Materie Schw chung = Absorption + StreuungBildgebung mit R ntgenstrahlenQuantitative Erfassung der Schw chungAbsorptionsgesetzTeilchenrate:tnN ==ZeitTeilchenIntensit t:tAEI = =Zeit Fl cheEnergieBei mono-energetischer Strahlung: E= NINAEtAnEI = = Bildgebung mit R ntgenstrahlenQuantitative Erfassung der Schw chungAbsorptionsgesetzEintrittsintensit t I0 Austrittsintensit t I(x)Homogenes MaterialxdxxxeIxIeNxNdxNdN = = = 00)()( = linearer Schw chungskoeffizientBildgebung mit R ntgenstrahlenQuantitative Erfassung der Schw chungAbsorptionsgesetzBei festgew hltem E gilt im allgemeinen: = = = = = = xxxNNxdxIIdxNNdxNNdxZEyxdNNdxZEyxNdNdxNZ EyxdN0000000expexpln),,,,(1),,,,(),,,,(0 1 2 3 n (x)I0I(x)mono-energetische StrahlungBildgebung mit R ntgenstrahlenSchw chungskoeffizient AbsorptionsgesetzAllgemein gilt: = + + ( )Photo-EffektCompton-EffektPaarbildung)( ),()()(),()('0'05 EZZEEZCZZENANAAA = = = = + = =undwobei = Wirkungsquerschnitt pro AtomBildgebung mit R ntgenstrahlenSchw chungskoeffizient AbsorptionsgesetzAllgemein gilt: =++=[cm-1](alternativ: Massenabsorptionskoeffizient / [cm2/g])Bildgebung mit R ntgenstrahlenSchw chungskoeffizient Z-Abh ngigkeit20 -120keVBildgebung mit R ntgenstrahlenSchw chungskoeffizient WasserBildgebung mit R ntgenstrahlenSchw chungskoeffizient BleiK-KanteL-KantenBildgebung mit R ntgenstrahlenMassenabsorptionskoeffizien t AbsorptionsgesetzAnzahl der absorbierten bzw.

3 Streuenden Atome ist proportionalzur Dichte des AbsorbersMassenabsorptionskoeffizient = / [cm2/g] entspricht Schw chungskoeffizienten, wenn der Absorber die Dichte =1 hatBei gemischten Elementen gilt: = = iiiiipp1 pi= Massenanteil des i-ten ElementsBildgebung mit R ntgenstrahlenMe anordnung f r die Messung des Schw chungskoeffizienten Bildgebung mit R ntgenstrahlenSchw chungskoeffizient AbsorptionsgesetzBildgebung mit R ntgenstrahlenSchematisches Modell der Schw chungsfaktorenWechselwirkung mit MaterieR ntgen-Strahlung wird durch dieElektronen-Dichtegeschw chtBildgebung mit R ntgenstrahlenWirkungsquerschnittNicht jedes in Materie eindringende Quant hat eine Wirkung !(direkte Kollision mit Atom erforderlich)Wirkungsquerschnitt : Wechselwirkung = Wechselwirkung /TeilchendichteSchw chung (Schw chungskoeffizient ) steigt mit:-Wellenl nge der R ntgenstrahlung-Ordnungszahl des Materials-Dichte des Materials-Dicke des MaterialsBildgebung mit R ntgenstrahl