Allmän strålningsfysik

Vad är strålning?                                     

Olika typer av strålning Elektromagnetisk strålning: En vågrörelse av elektriska och magnetiska fält (t.ex. röntgenstrålning och gammastrålning), fotoner. Partikelstrålning: en ström av partiklar från t.ex. atomkärnor, (-, - eller neutronstrålning).

Joniserande strålning Definition: Begreppet joniserande strålning används om de strålningstyper som är så energirika att de kan rycka loss elektroner från de atomer som de träffar, och på så vis förvandla dem till positivt laddade joner.

Olika typer av joniserande strålning

Elektromagnetisk strålning E = h *  E = Energi = Frekvens = Våglängd h = Plancks konstant c= Ljusets hastighet = c/

Energi / frekvens Strålning med hög frekvens (kort våglängd) består av fotoner med hög energi. Strålning med låg frekvens (lång våglängd) består av fotoner med låg energi.

Röntgen vs. Nuklearmedicin Nuklid: Tc-99m, Energi ( ): 140 keV, T1/2= 6 h Nuklid: C-14, Energi (): ~52 keV, T1/2= 5730 y (-) Förvaringsproblem, strålskydd av t.ex. blyskydd Röntgen Energi: 25-150 keV (+) Efter exponering ingen strålning kvar i rum eller patient!

Vad är röntgenstrålning? Röntgenspektrum Bromsstrålning Karakteristisk röntgenstrålning

Bromsstrålning

Bromstrålningsspektrum

Karakteristisk röntgenstrålning 1. Den infallande e- kan, om den har högre energi än bindningsenergin hos en atomär e- slå ut denna 2. Det uppstår då en ”vakans” i det skal (k,l) där e- satt 3. Denna vakans kan då fyllas av någon annan lösare bunden e- från skal (l.m) 4. När denna är på plats har atomen fortfarande ett energiöverskott (skillnaden i bindningsenergi) vilket emitteras som fotonstrålning alt. Auger e-

Röntgenspektrum

Hur producerar man röntgenstrålning?

Röntgenapparatur

Generatorparametrar Rörspänning (kV) är den spänning en röntgengenerator kan avge till ett röntgenrör. Generatorer tillverkas vanligen för 40-150 kV Generator avsedd för mammografi går ned till 25-40 kV Rörström (mA) är den ström en röntgengenerator kan avge till ett röntgenrör (är beroende av rörspänningen) Max rörström:  1000 mA

Röntgenrörets konstruktion

Röntgenrörets konstruktion Katod (glödtråd) Anod + s1 - mA - s2 + Katoden värms upp (glöder) m.h.a. Spänningskällan S1. Ett elektronmoln bildas runt katoden Högspänning (S2) pålägges mellan Anoden (+) och Katoden (-). Elektronerna dras till Anoden Vid nedbromsning av elektronerna i Anoden bildas röntgenstrålning (c:a 1% av energin, resten blir värmestrålning!)

Filtrering, Varför då?

Filtrering, Varför då? Den del av av röntgenstrålningen som har så låg energi (är så ”mjuk”) att den helt absorberas i patienten, bidrar inte till uppbyggnaden av den önskade bilden, men ger patienten icke önskvärd dosbelastning.

Fotoners växelverkan Fotoner kan växelverka på tre sätt Fotoelektrisk effekt Comptonspridning Parproduktion (ej aktuell i röntgen)

Fotoelektrisk växelverkan Hela fotonens energi överförs till en ”hårt” bunden elektron, som därvid slits loss från sin atom

Compton spridning Fotonen kolliderar med en ”löst” bunden elektron och lämnar platsen i ny riktning och med förminskad energi

Attenuering Attenuering (dämpning) är en slumpmässig process. Hur stor del av fotonerna som attenueras beror av: Typ av material (Z = atomnummer) Fotonernas energi Tjockleken på materialet

Attenuering.. Antalet fotoner som attenueras N = No*e-mx m är attenueringskoefficienten, dvs Sannolikheten för att en foton skall växelverka med materialet. Beror av material och fotonenergi. x är tjockleken på materialet

Halvvärdestjocklek (HVL) En halvvärdestjocklek reducerar antal fotoner till hälften HVL

Halvvärdestjocklek - HVL En halvvärdestjocklek reducerar antal fotoner till hälften Energi HVL (mm) (keV) Bly Koppar Plexiglas 125I 28 0.015 0.05 1.74 99mTc 140 0.27 3.23 40 131I 365 2.22 7.92 56 60Co 1250 11.85 24.6 95

Strålskydd g-strålare Fotoner attenueras eller stoppas aldrig helt Ett material med hög täthet, Z, tex bly är mer effektivt än lätta material för att attenuera fotoner Val av tjocklek på strålskyddet beror av fotonenergin.

Strålningen avtar med kvadraten på avståndet från källan. Inversa kvadratlagen Strålningen avtar med kvadraten på avståndet från källan. Dubblas avståndet minskar intensiteten till ¼. Strålkälla