Elektromanyetik enerji

RÖNTGEN CİHAZLARI ve FİZİK PRENSİPLERİ 2

Dr. Erol Akgül

Ç. Ü. SHMYO 1. Sınıf

ELEKTROMANYETİK ENERJİ

MADDE VE ENERJİ KAVRAMLARI 1

• Uzayda bulunan herşey madde ve enerji olarak sınıflandırılabilir.

• Yer kaplayan, şekli ve formu olan cisimler madde olarak adlandırılır.

• Kitle, herhangi bir cisimdeki madde miktarıdır.

• Maddelerin şekli, büyüklüğü ve formu değiştirilse de kitlesi aynı kalır.


• Enerji, iş yapabilme yeteneğidir ve değişik şekilleri mevcuttur.

• Belli başlı enerji şekilleri; potansiyel, kinetik, kimyasal, termal, elektrik ve elektromanyetik enerjilerdir.

• Enerji bir formdan diğerine dönüştürülebilir.


• Tıbbı görüntülemede; elektrik enerjisi röntgen tüpünde önce elektromanyetik enerji olan x-ışınına daha sonra film üzerinde kimyasal enerjiye dönüştürülür.

• Bu işlemler sırasında x-ışını tüpünde termal enerji açığa çıkar, film kasetinde ise diğer bir elektromanyetik enerji olan ışık enerjisi görüntüyü güçlendirmede kullanılır.


• Enerji ve kitlenin eşdeğerleri mevcut olup aralarındaki ilişki;

• E = mc2

(m: kitle, c: ışık hızı, E: enerji)

ELEKTROMANYETİK RADYASYON SPEKTRUMU VE

ÖZELLİKLERİ 1

• Çevremizdeki ortamda devamlı mevcut olan enerji alanı veya durumuna elektromanyetik enerji denir.

• Gerçekte bu tek bir enerji şekli olmayıp kesintisiz geniş bir enerji spektrumu yani yelpazesini kapsar.

• Yelpazenin dar bir kısmını oluşturan radyan ısı ve görünür ışık insan duyu organlarınca algılanabilir.


ÖZELLİKLERİ 2

• Yelpazenin daha geniş kısmını yapan radyo, televizyon, radar dalgaları, infrared radyasyon, ultraviolet radyasyon ve değişik enerjilere sahip x-ışınları ise duyu organları ile algılanamazlar.

• X-ışınları, görünür ışık ve radyo dalgaları diagnostik radyolojide görüntü oluşturmak için kullanılan elektromanyetik enerjilerdir.


ÖZELLİKLERİ 3

• Elektromanyetik radyasyonda enerji, uzayda elektrik ve manyetik alan olarak taşınır.

• Yüklü bir partikülün ivmeli hareketi elektromanyetik enerji kaynağını oluşturur.

• Elektromanyetik radyasyonun hem dalga hem de partikül olmak üzere dual karakteristikleri mevcuttur.

• Dalga sinüs dalgası özelliğinde olup frekansı ve dalga boyu bulunur.


ÖZELLİKLERİ 4

• Frekans, belirli bir noktadan birim zamanda geçen dalga sayısıdır ve nu ( ) ile gösterilir.

• Dalga boyu bir tepe noktası ile diğeri arasındaki mesafedir ve lambda ile () sembolize edilir.

• Hız (V), dalga boyu ve frekansın çarpımıdır:

V = x


ÖZELLİKLERİ 4

• Elektromanyetik radyasyon vakumda sabit hız olan 3x108 m/sn ile hareket eder ve bu da bilindiği gibi c ile sembolize edilen ışık hızıdır.

• Dolayısıyla:

c = x olarak ifade edilebilir.

• Hız sabit olduğu için frekans ve dalga boyu ters orantılıdır.


ÖZELLİKLERİ 5

• Nokta ışık kaynağından yayılan elektromanyetik radyasyonların enerjileri, uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak azalır.

• Işığın yayılım alanına dikey birim alanından birim sürede geçen enerji miktarına intensite adı verilir.

• I1 / I2 = (d2 / d1)2

• Bu formüle göre ışık kaynağına 2x uzaklıkta ışığın intensitesi, x uzaklığına göre 4 kat azalır.


ÖZELLİKLERİ 6• Elektromanyetik enerji yelpazesinde yer alan enerjilerin

frekansı 10-1024 Hz (siklus/sn), dalga boyları ise 107-10-16 arasında değişir.

• Bu yelpazedeki bazı enerji şekilleri azalan dalga boylarına göre şöyle sıralanabilir: (1 Ao=10-10 m)

• Radyo, televizyon, radar: 3x105-1 cm• İnfrared radyasyon: 0.01-0.000008 cm (8000 A O)• Görünür ışık: 700-3900 AO

• Ultraviolet radyasyon: 3900-20 A O

• Yumuşak x-ışını: 100-1 A o

• Diagnostik x-ışını: 1-0.1 A o

• Tedavide kullanılan x-ışını: 0.1-10-4 Ao


ÖZELLİKLERİ 7

• Frekansları yüksek, dalga boyları kısa elektromanyetik enerjinin madde ile etkileşimi dalgadan ziyade partikül özelliği taşır.

• Bu enerji küme veya topaklarına kuantum veya foton adı verilir.

• Fotonlar da ışık hızı ile hareket ederler ve enerjileri frekansları ile doğru orantılıdır.


ÖZELLİKLERİ 8

• Enerjileri belirleyen denklem:E=h

• (E: foton enerjisi, h:Planck sabiti, : frekans)

• Planck sabiti (h): 4.13x10-18 keVsn’dir.

• 1 elektronvolt: 1 voltluk potansiyel farkında hareket eden elektronun kazandığı enerjidir.


ÖZELLİKLERİ 9

• Tanısal amaçlı x-ışını fotonlarının enerjileri 100 keV, dalga boyları 10-2 nm, frekansları 1019 Hz civarındadır.

• Elektromanyetik radyasyonların madde ile etkileşimini dalga boyları belirler.

• Dalga boyları metreleri bulan radyo dalgaları radyo antenleri ile alınabilir.

• Mikrodalgalrın dalga boyları santimetrelerle belirtilir.


ÖZELLİKLERİ 10• Görülebilir ışığın dalga boyu, görme hücrelerini (rod

ve cone) etkileyecek boyuttadır.• Ultraviyole ışık, molekülleri etkileyen dalga boyuna

sahiptir.• X ışını ise atom ve subatomik parçacıklarla etkileşir.• Elektromanyetik spektrumun algılayabildiğimiz

bölümü olan görülebilir ışık, spektrumun çok dar bir kısmını oluşturur.

• Bir uçta mor, diğer uçta kırmızı ışık bulunur.


ÖZELLİKLERİ 11

• Görülebilir ışığı geçiren maddeler transparent, yarı geçirgen maddeler ise opak olarak adlandırılır.

• Radyoloji pratiğinde kullanılan tanısal amaçlı x-ışınını fazla geçiren vücut yapıları (akciğerler, yağ dokusu gibi) radyolusent, az geçiren vücut yapıları (kemik, kalsifikasyon gibi) ise radyoopakdır.

İYONİZAN RADYASYONLAR 1

• Bir fotonun enerjisi 15 eV veya daha fazla ise atom veya molekülleri iyonize edebilir.

• Bir atomun elektron kaybetmesine iyonizasyon adı verilir.

• İyonizasyon sonucu yörüngeden ayrılan elektron negatif iyonu, geride kalan atom ise pozitif iyonu oluşturur ve bir iyon çifti ortaya çıkar.

• 1 santimetre küp havada 2.08x109 iyon çifti oluşmasına yol açacak radyasyon şiddetine 1 Röntgen ( R ) denilir.

İYONİZAN RADYASYONLAR 2

• X-ışınları ve gamma ışınları iyonizan ışınlardır. • Dalga boyları düşük olan x ve gamma ışınının frekansları

ve enerjileri yüksektir.• Bu nedenle geçtikleri ortama fazla enerji aktarırlar.• X ve gamma ışınları arasındaki fark, atomdaki

kaynaklarıdır.• X ışını yapay olarak, atomların çekirdeği dışında üretilir.• Gamma ışını ise radyoaktif atomların çekirdeğinde oluşur.

ALFA VE BETA RADYASYON 1

• Partiküler radyasyondur.

• Alfa partikülünün elektronu yoktur.

• Yalnızca radyoaktif ağır metallerin çekirdeklerinden salınabilen alfa partikülleri, havada 5 cm, yumuşak dokuda ise 100 mikron kadar ilerleyebilmektedir.

ALFA VE BETA RADYASYON 2

• Beta partikülleri radyoaktif atomların çekirdeğinden salınırlar.

• Atom numaraları sıfır olan partiküller şeklindedir.• Beta partiküllerinin elektronlardan tek farkı,

çekirdekten salınıyor olmalarıdır.• Bir beta partikülü havada 10-100 cm, yumuşak dokuda

ise 1-2 cm kadar ilerleyebilir.• Yumuşak doku penetrasyonları yeterli plmadığı için

tanısal radyolojide yerleri yoktur.

Kaynaklar

• Bushong SC. Radiologic Science for Technologist: Physics, Biology and Protection. 3rd ed. St. Louis, The C. V. Mosby Company, 1984.

• Oğuz M. Röntgen Fiziğine Giriş: Diagnostik I. Adana, ÇÜ Basımevi, 1992.

• Kaya T. Temel Radyoloji Tekniği. Bursa, Güneş & Nobel, 1997.

Documents

Elektromanyetik enerji