TÖÔNG TAÙC GIÖÕA ÑIEÄN TÖÛ VAØ VAÄT CHAÁT

TÖÔNG TAÙC GIÖÕA ÑIEÄN TÖÛ VAØ VAÄT

CHAÁT

Chi tiết xin xem tại: http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html

http://mientayvn.com/Tai_lieu_da_dich.html

http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html

http://mientayvn.com/Tai_lieu_da_dich.html

Phổ điện từTên

Bước sóng (m)

Tần số (Hz) Nguồn gốc Thực tế

Công suất điện >105 <102

Dao động của nguyên tử và phân tử ở khoảng cách vĩ mô

60 Hz tiếng ồn ở cận chuyển đổi

Radio/TV 10-1 - 10-4 109 -104

Dao động của nguyên tử và phân tử ở khoảng cách vĩ mô

thấp được phản xạ từ khí quyển trái đất

Vi sóng 10-3 - 10-1 1011 - 109 Dao động của nguyên tử và phân tử

Bị chặn bởi “dots” trên cửa của lò vi sóng

Hồng ngoại 10-7 - 10-3 1014 - 109 Dao động của nguyên tử và chuyển điện tử

Ngang qua bụi hay sương mù của bầu khí quyển

Khả kiến 4-7 x 10-7 7.5x1014 - 4.3x1014

Dao động của nguyên tử và chuyển điện tử

Khoảng 1/40 phổ bức xạ điện từ

Tử ngoại 10-8 - 7x10-7 1016 - 1014 Dao động của nguyên tử và chuyển điện tử

“tia lửa” của mặt trời

Tai X 10-11 - 10-8 1019 - 1016 chuyển điện tửcó kích thước cỡ nguyên tử, phá hỏng mô, ion hóa.

Tia Gamma <10-11 >1019 Chuyển hạt nhân Phá hủy mô, ion hóa.

Tương tác của ánh sáng với Chất rắn

Ánh sáng đi từ môi trường này sang

môi trường khác – một phần đi qua,

một phần bị hấp thụ, một phần bị phản

xạ tại mặt phân cách

I0 = IT + IA + IR

T + A + R = 1

Các kim loại không trong suốt nên các

phổ ánh sáng chỉ hoặc là hấp thụ, hoặc

là phản xạ

Các vật liệu điện môi có thể trong suốt

Các chất bán dẫn có thể hoặc là trong

suốt hoặc không trong suốt

Xanh dương

Tím

Xanh laù caâyVaøng

Cam

Đỏ

T độ truyền quaA độ hấp thụR độ phản xạ

Tương tác với Điện tử và Nguyên tử

Hiện tượng quang học xảy ra

trong lòng chất rắn bao gồm các

tương tác giữa bức xạ điện từ

với các điện tử, ion và nguyên tử

Hai trong các tương tác quan

trọng nhất là sự phân cực điện tử

(electronic polarization) và sự

chuyển mức năng lượng điện tử

(electron energy transitions)


E1

E2

E3

E4

E5Điện tử kích thích E = E4 - E2 = h42Photon

tới có tần số 42

Năn

g

lượn

g

Các trạng thái năng lượng của nguyên tử là không liên tục

Sự phân cực điện tử

Tia saùng khi truyền qua laøm meùo ñaùm maây điện tử

Sóng điện từ là trường điện

từ dao động nhanh

Ở khoảng tần số khả kiến,

điện trường tương tác với

đám mây điện tử bao quanh

nguyên tử tạo nên sự phân

cực điện tử, làm dịch chuyển

đám mây điện tử một cách

tương đối với hạt nhân

nguyên tử làm thay đổi

hướng của thành phần điện

trường


Có 2 hệ quả của quá trình phân

cực là

1) Một phần của năng lượng

bức xạ có thể bị hấp thụ

2) Vận tốc của sóng ánh sáng bị

chậm lại khi đi qua vật chất –

có biểu hiện là sự khúc xạ

trong vật chất đó

Sự hấp thụ và bức xạ của sóng

điện từ làm xảy ra hiện tượng

chuyển mức điện tử (electron

transitions) từ trạng thái năng

lượng này tới trạng thái năng

lượng khác

E1

E2

E3

E4

E5Điện tử kích thích E = E4 - E2 = h42

Photon tới có tần số 42

Năn

g

lượn

g

Các trạng thái năng lượng của nguyên tử là không liên tục

Chỉ có những photon có tần số phù hợp với E của nguyên tử mới bị hấp thụ bời sự chuyển mức điện tử

Sự phân cực điện tử

Chuyển mức điện tử

Chuyển mức điện tử Sự hấp thụ và bức xạ sóng điện

từ có thể tạo nên sự chuyển mức

của các điện tử từ trạng thái năng

lượng này sang trạng thái năng

lượng khác

Một điện tử có thể được kích

thích để từ một trạng thái bị

chiếm có năng lượng E2 chuyển

sang trạng thái đang còn trống ở

mức năng lượng cao hơn ở E4

bằng cách hấp thụ một photon

năng lượng E = h42ΔE = h

42


Sự chuyển mức điện tử

trong mô hình Bohr của

nguyên tử Hydro

Khi điện tử nhảy đến

quỹ đạo n = 2, nó phát

ra photon có tần số nhìn

thấy trên quang phổ

vạch

ΔE = h

42

Hấp thụ tự phát Bức xạ tự phát Bức xạ bị kích thích

ΔE = h

Sự thay đổi mức năng lượng điện tử của chuyển mức phụ thuộc vào tần số

của bức xạ ΔE = h

Do các trạng thái năng lượng của nguyên tử là rời rạc chỉ có mức

ΔE = h xác định riêng biệt của nguyên tử là được hấp thụ bởi việc chuyển

mức điện tử


Tương tác của bức xạ với vật chất

Tương tác của bức xạ điện từ với vật chất

• Nếu không mức năng lượng lượng tử hóa tương ứng với mức năng lượng

của bức xạ tới, vật liệu sẽ trong suốt với bức xạ đó

Wavelength

Số trạng thái năng lượng hấp thụ mạnh

Số trạng thái năng lượng trong suốt

Tương tác tia X

• Năng lượng lượng tử của photon tia X quá lớn được hấp thụ bởi chuyển điện tử trong

hầu hết nguyên tử - chỉ có kết quả có thể là lấy đi hoàn một điện tử từ nguyên tử

• Do đó tất cả tia X là bức xạ ion hóa

• Nếu tất cả năng lượng tia X được cho một điện tử, điều này được gọi là

photoionization

• Nếu một phần năng lượng được cho một điện tử phần còn lại chuyển thành photon

năng lượng thấp hơn, điều này được gọi là tán xạ compton

Tương tác tia X

Năng lượng photon tia X cao hơn năng lượng ion hóa của nguyên tử

Tương tác tử ngoại

• Bức xạ UV gần (chỉ ngắn hơn bước sóng khả kiến) được hấp thụ rất mạnh ở lớp da bề mặt bởi

chuyển điện tử

• Ở năng lượng cao hơn, nhiều nguyên tử đạt đến năng lượng ion hóa và nhiều quá trình

photoionization nguy hiểm xảy ra

• Ánh nắng mặt trời là một hiệu ứng của bức xạ UV, và ion hóa sinh ra nguy cơ làm ung thư da

Photon tử ngoại thấp hơn năng lượng ion hóa được hấp thụ mạnh sinh ra chuyển điện tử


Photon tử ngoại cao hơn năng lượng ion hóa có thể phá vỡ nguyên tử hay phân tử

Tương tác của ánh sáng khả kiến

• Ánh khả kiến cũng hấp thụ mạnh bởi chuyển điện tích

• Ánh sáng đỏ hấp thụ ít hơn ánh sáng xanh

• Hấp thụ của ánh sáng khả kiến gây nhiệt, nhưng không ion hóa

• Màng chắn xe hơi truyền qua ánh sáng khả kiến nhưng hấp thụ tầng số UV cao hơn


Photon

Photon (sóng điện từ)

Tia X và tia gama

Không thể tương tác điện tử bởi vì không mang điện tích.

Khi photon tương tác với vật chất, nó phải tương tác trực tiếp

Nguyên tử như toàn bộ

Điện tử trên các lớp vỏ

Hạt nhân nguyên tử

Để mất năng lượng trong vật chất, photon chỉ có thể tương tác

trực tiếp với nguyên tử và những thành phần của nó.

Các tương tác cơ bản

Tán xạ kết hợp (tán xạ cổ điển; tán xạ đàn hồi)

Hiệu ứng quang điện (hấp thụ)

Tán xạ Compton (tán xạ không đàn hồi)

Sản sinh cặp đôi

Photon sẽ tương tác theo bất kỳ cách thức tương tác đặc trưng

nào bị ảnh hưởng trực tiếp bởi

1. Năng lượng photon tới

Photon tương tác với vật chất phụ thuộc mạnh vào năng

lượng của chúng

2. Loại vật chất

Nhiều photon có thể xuyên qua chất hấp thụ mà không có tương

tác nào (trong suốt)

Xác suất

Photon tới có năng lượng E được hấp thụ tức thời bởi nguyên tử

và tái bức xạ cùng năng lượng (E) với thay đổi nhẹ hướng ban

đầu

Tính chất

Tán xạ đàn hồi

Năng lượng photon ↑ → xác suất ↓

Bỏ qua một lượng nhỏ năng lượng lớn hơn 100keV

Xảy ra theo hướng thuận là chính

Bởi vì không có năng lượng chuyển thành động năng,

Tán xạ này là giới hạn của y học phóng xạ. FIGURE 4- 1 Coherent Rayleigh scattering

ATOM

ATOM

ATOM

‘

Tán xạ kết hợp (Raleigh)

Ghi chú: Tán xạ Thompson do photon tương tác với điện tử tự do con tan xa Raleigh do photon

tương tác với điện tử liên kết (như toàn bộ nguyên tử), cả hai đều là tán xá đàn hồi hay kết hợp.

Tán xạ Rayleigh

Photon tới tương tác và kích thích toàn bộ nguyên tử.

Xảy ra chính yếu với tia X chẩn đoán năng lượng thấp (15 đến 30 keV)

Ít hơn 5% tương tác trong mô mềm trên 70 keV; hầu hết chỉ có 12% ở ~30 keV

Tán xạ Rayleigh xảy ra khi kích thước hạt nhỏ hơn bước sóng ánh sáng

Ánh sáng có bước sóng ngắn bị tán xạ nhiều hơn ánh sáng có bước sóng dài, ánh sáng xanh

bị tán xạ gấp 10 lần ánh sáng đỏ (tán xạ từ N2 và O2 của khí quyển trái đất, ánh sáng xanh

tán xạ nhiều hơn một lần trước khi tới mắt người)

Tán xạ Rayleigh

Tán xạ Rayleigh có thể cho thấy mật độ và nhiệt độ của nguyên tử và ion (hạt năng). Tán xạ

Rayleigh cung cấp thông tin mật độ khí (ở nhiệt độ phòng). Điều này có thể đo mật độ của

điện tử và nguyên tử trong plasma. Tán xạ Rayleigh—nguyên tử không bị kích thích cũng

không bị ion hóa.

Dịch chuyển Stoke: Phân tử hấp thu một phần năng lượng, nên bức xạ bước sóng dài hơn

Dịch chuyển anti-stoke: phân tử mất một phần năng lượng nên bức xạ ra năng lượng có bước

sóng ngắn hơn

Tán xạ Rayleigh

Quan trọng bật nhất trong tương tác photon năng lượng thấp

Photon tới năng lượng thấp tương tác với Điện tử lớp vỏ trong cùng Điện tử đó được bức ra Photon được hấp thụ hoàn toàn

PE đỏi hỏi “mất” hay “hấp thụ hoàn toàn” photon.

Sản sinh Ion dương Bức xạ đặc trưng Điện tử quang điện

N

FIGURE 4- 2 Photoelectric effect

N

1.Photoelectron

2.characteristicradiation

N

3.Positive Ion

Hiệu ứng quang điện (hấp thụ)

Hiệu ứng quang điện

Photoelectron được nhận bất cứ khi nào kim loại được kích thích bởi

ánh sáng có tần số lớn hơn tần số ngưỡng tới hạn, không tương ứng với

cường độ sáng.

Hiệu ứng quang điện có thể được giải thích nếu giả sử rằng E (được

mang bởi ánh sáng) với lượng rời rạc. Lượng này chỉ phụ thuộc và

không phụ thuộc cường độ I

≡Einstein in 1905 ->Nobel Prize in 1921


Tiết diện ngang tán xạ vi mô:

Hệ số suy giảm tuyến tính

Hệ số suy giảm khối lượng:

Hấp thụ quang điện

Tất cả năng lượng photon tới được chuyển toàn bộ đến điện tử của lớp vỏ bên trong(K

hay L), điện tử này được bức ra từ nguyên tử.

Động năng của eletron quang điện được bức ra (Ec) bằng năng lượng photon tới (E0) trừ

năng lượng liên kết của điện tử quỷ đạo (Eb)

Ec = Eo – Eb

Lỗ trống được lấp đầy bởi điện tử quĩ đạo ngoài có năng lượng liên kết nhỏ, lỗ trống của

quỹ đạo này lại được lấp bởi điện tử ở quỹ đạo xa hơn

Năng lượng dư được giải phóng khi điện tử chuyển từ quĩ đạo ngoài vào trong, tạo ra bức

xạ đặc trưng, năng lượng này bằng đúng hiệu năng lượng liên kết của hai quĩ đạo.

Năng lượng liên kết tăng theo số nguyên tử Z


Năng lượng photon tới phải lớn hơn hay bằng năng lượng điện tử bức ra.

Nguyên tử được ion hóa, với nút khuyết của lớp vỏ trong cùng

Điện tử tăng từ lớp vỏ ngoài vào trong

Xác suất của bức xạ tia X đặc trưng giảm khi Z giảm, năng lượng photon tăng.

Không xảy ra thường đối với tương tác photon năng lượng chẩn đoán trong

mô mềm.


Xác suất hấp thụ quang điện mỗi đơn vị khối lượng của vật liệu tỉ lệ với

(Z là số nguyên tử, E là năng

lượng photon tới)

Không có photon ban đầu làm giảm hình ảnh

Tương phản hình ảnh giảm với năng lượng tia X cao hơn.

33 / EZ



Ở năng lượng photon dưới 50 keV, hiệu ứng quang điện đóng một vai trò

quan trọng trong việc ghi hình mô mềm.

Quá trình có thể được sử dụng với sự sai khác biên độ suy giảm giữa mô với

số nguyên tử khác nhau chút ít, tăng cường tương phản hình ảnh

Quá trình quang điện chiếm ứu thế khi photon năng lượng thấp tương tác

với vật liệu Z cao (screen phosphors, radiographic constrast agents, bone)

Phần trăm Compton và phân bố quang điện

Mặc dù xác suất hiệu ứng quang điện giảm với năng lượng photon tăng, có

một ngoại lệ.

Tồn tại cạnh hấp thụ không liên tục và dốc

Năng lượng photon tương ứng với cạnh hấp thụ là năng lượng liên kết của

điện tử trong vỏ đặc trưng.


Hệ số suy giảm khối lượng quang điện

Tiết diện ngang hấp thụ photon giảm mạnh với năng lượng photon ( Ep-3)

Năng lượng photon tăng tương đối với K, L, M,...

Tiết diện hấp thụ photon tăng mạnh với Z (~ Z3)

Hấp thụ photon ở lớp K luôn luôn trội

Trong mô,

• Hệ số chuyển, hấp thụ và suy giảm gần bằng nhau.

Hấp thụ quang điện phụ thuộc:Z – số nguyên tử nguyên tố

E – năng lượng bức xạ photon

5.3

5

E

Z


Áp dụng đối với y học phóng xạ chẩn đoán

Hiệu ứng tốt: chất lượng hình ảnh tuyệt vời

Bức xạ không bị tán xạ

Tăng cường tương phản mô tự nhiên: mô xương/mềm

Hiệu ứng xấu; phơi bệnh nhân

PE : phần lớn năng lượng của photon tới bị hấp thụ.

CE : phần nhỏ năng lượng của photon tới bị hấp thụ.

Làm cực tiểu hiệu ứng hấp thụ quang điện

Kỹ thuật năng lượng cao

Phim tia X chẩn đoán chất lượng

Tương phản hình ảnh trpng PE là do hấp thụ photon tới khác nhau trong mô.



Tương tác giữa photon và toàn bộ

nguyên tử.

Photon với năng lượng lơn hơn công

thoát, hay năng lượng liên kết của

điện tử, có thể làm bức điện tử nguyên

tử, với động năng EC:

Ec = h – Eb

Bức xạ được sản sinh bởi chuyển điện tích trong một nguyên tử

Được sản sinh bởi hiệu ứng quang điện

N M L K

33.2keV

4.9keV

0.9keV

0keV

28.3keV

4.3keV

0.6keV

TOTAL 33.2keV

Figure 4- 3 Characteristic radiation from iodine

Tia X đặc trưng

Năng lượng liên kết của điện tử lớp vỏ của những nguyên tố quan trọng

Số nguyên tử Nguyên tửNăng lượng liên kết lớp vỏ K

(keV)

6 C 0.284

7 N 0.400

8 O 0.532

13 Al 1.56

20 Ca 4.04

50 Sn 29.2

53 I 33.2

56 Ba 37.4

74 W 69.5

82 Pb 88.0

Photon năng lượng trung bình làm bật điện tử lớp vỏ ngoài cùng

Kết quả sản sinh

Photon tán xạ năng lượng thấp hơn

có năng lượng giảm, E’

Điện tử bật ra

Kết quả tán xạ Compton

- Những yếu tố ion hóa

: điện tử bật ra

: ion dương

- photon tán xạ năng lượng thấp hơn

N

1.Recoil Electron

2. Scattered Photon

N

3.Positive lon

Figure 4- 4 compton scattering

Tán xạ Compton (tán xạ không kết hợp)

Tiết diện ngang tán xạ Compton giảm

theo năng lượng photon

Tiết diện ngang tán xạ Compton tăng

theo mật độ điện tử e [electrons/cm3]

Phụ thuộc yếu theo Z

Hầu như độc lập với số nguyên tử

Tán xạ Compton phụ thuộc vào:

E – năng lượng photon tán xạ

e – mật độ điện tử

2E

Z


Năng lượng photon tới

(keV)

Năng lượng của photon tán xạ (keV)

Góc lệch photon

30 60 90 180

25 24.9 24.4 24 23

50 49.6 47.8 46 42

75 74.3 70 66 58

100 98.5 91 84 72

150 146 131 116 95

Năng lượng của photon tán xạ Compton theo góc lệch

1. Năng lượng cao góc lệch ↓ : hướng thuận

2. Năng lượng thấp góc lệch ↑ : hướng ngược trở lại

3. Dãy năng lượng chẩn đoán (40-150kVp)

: phân bố đối xứng cao

incidentphotons

180

0

Hướng tán xạ của photon phụ thuộc vào năng lượng photon

Ep:

Ep thấp xác suất “backscatter” cao (~180)

Ep cao xác suất “forward scatter” cao (phân bố đỉnh,~ 0)



1. Bảo toàn năng lượng

2. Bảo toàn xung lượng

}1/1

1{

22

20

'

cV

cmEhvhv

cos2)( ''22 2

PPPPq

Năng lượng điện tử bật ra

Năng lượng photon lệch

)cos1(1

1'

hhv 511.0

][2

0

MeVhv

cm

hv


)cos1(1

)cos1(

hhhT

21

2max

T khi

Biểu thức cổ điển

1. Dịch bước sóng

2. Sự thay đổi năng lượng

deflectionphotonofangle

Awavelengthinchange

cm

h

:

)(:

)cos1(0243.0)cos1(

0

0

)(

4.12

keVE


A 210 keV photon is scattered at angle of 80 degree during a Compton

interaction. What are the energies of the scattered photons and the

compton electron?


Xác định năng lượng cực đại của điện tử bật ra và năng lượng

cực tiểu của photon tán xạ đối với E = 51.1 keV ?

Giải

keVkeVhv

keVkeVhv

athvE o

58.422.1

15.51)(

52.82.01

2.01.51

21

2

180)cos1(1

)cos1(

1.0511.0

0511.0

min'

max


Tán xạ Compton

= 00, h’max = h, Tmin = 0

= 1800, 2

min

21cm

hh

h

o

21

2max

T

Tán xạ Compton

Tương tác trội trong dãy năng lượng điều trị y học đối với mô mềm.

Tán xạ không đàn hồi

Xảy ra giữa photon và điện tử “hóa trị” vỏ ngoài

Điện tử được bức ra từ nguyên tử; photon được tán xạ, giảm năng lượng.

Năng lượng liên kết nhỏ, có thể bỏ qua

Tán xạ Compton

Năng lượng của photon tới

truyền một phần cho điện tử böùc

ra töø nguyeân töû

Khi năng lượng photon tới tăng, photon tán

xạ và điện tử bật ra theo nhiều hướng.

Những photon được nhận bởi máy thu hình

ảnh, giảm tương phản hình ảnh.

Tán xạ Compton

Định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng giới hạn bởi góc tán xạ và năng

lượng truyền.

Năng lượng cực đại chuyển cho điện tử Compton xảy ra với tán xạ ngược

photon 180 độ.

Góc tán xạ đối với điện tử bị bức ra không thể lớn hơn 90 độ.

Năng lượng điện tử tán xạ được hấp thụ gần vị trí tán xạ.

Tán xạ Compton

Năng lượng photon tới phải lớn hơn năng lượng liên kết điện tử trước khi tương

tác Compton xảy ra.

Xác suất tương tác Compton tăng với năng lượng photon tới tăng.

Xác suất cũng phụ thuộc mật độ điện tử (số điện tử/g mật độ)

Trừ Hydro, số điện tử/g không đổi trong mô.

Xác suất tán xạ Compton mỗi đơn vị khối lượng gần như độc lập với Z

Xác suất tán xạ compton

Tán xạ Compton

Hiệu ứng Compton:

Tán xạ một photon tới với điện tử nguyên

tử.

Sự khác nhau về bước sóng giữa photon tới

và photon đi:

)cos1(/0 mch

20

0 /= where)cos1(1

mc

Tần số của photon tán xạ:

Sản sinh cặp e--e+

Có thể xảy ra khi năng lượng photon vượt 1.02 MeV

Photon tương tác với điện trường của hạt nhân; năng lượng chuyển vào cặp

electron-positron

Sản sinh cặp đôi

Hệ số suy giảm tuyến tính

Sản sinh cặp e--e+

Electrons và Positrons

Electrons và positrons mất năng lượng thông qua ion hóa như những hạt mang điện

khác.

Tuy nhiên, khối lượng nhỏ hơn mà chúng mất năng lượng cần thiết cũng do bức xạ:

• Bremsstrahlung

• tán xạ đàn hồi

•Sản sinh cặp đôi hạt thác lũ điện từ trường

Bởi vì chúng tương tác tương tự tương tác điện từ, sử dụng điện tử như ví dụ ban đầu.

Ion hóa: một sự khác biệt là tán xạ Bhabha của e- and e+ thay vì của e- e- tán xạ

Moller. Bethe-Block cả những tiết diện ngang tương tự nhau, vì vậy đối với bậc 1, tất

cả những hạt đơn với mất mát năng lượng bằng 1 ở cùng tốc độ.

Sản sinh cặp đôi hạt

Nền rộng

Tiết diện ngang toàn phần tăng nhanh theo năng lượng

photon, sắp xĩ tỉ lệ Z2.

So cặp đôi hạt với bremsstrahlung:

Hệ số suy giảm khối lượng toàn phần

brempair 97

)( paircomppEA

totA Z

A

N

A

N

Tương tác Photon

• Năng lượng thấp (< 100 keV): hiệu ứng quang

điện

• Năng lượng trung bình (~1 MeV): tán xạ

Compton

• Năng lượng cao (> 10 MeV): sản sinh cặp đôi

e+e-

• Ghi chú rằng mỗi một quá trình dẫn đến bức

điện tử khỏi nguyên tử!

• “electromagnetic showers”

Sự thay đổi tương đối về cường độ dI ở khoảng cách nhỏ dx:

dI tỉ lệ với – I dx

: hệ số suy giảm tuyến tính

dIdI I dx I

dx

xdx

I0

Id

Target

I I - dI

l0

0xI x I e

Độ suy giảm

Lớp giá trị một nữa HVL

Bề dày sau khi cường độ giảm một nữa giá trị ban đầu

HVL0 HVL 0.52

ln 2 HVL

ln 2 0.693HVL

xII x e

Độ suy giảm

Hệ số suy giảm tuyến tínhHệ số suy giảm tuyến tính

Hệ số suy giảm tuyến tính [cm-1]

Phụ thuộc năng lượng photon và số nguyên tử của vật liệu

phổ hấp thụ

Hệ số suy giảm khối lượng / [cm2/g]

độc lập với trạng thái vật lý của vật liệu

50keV

Mật độ

(gm/ ㎝ 3)Bề dày của 1 gm/ ㎝ 2

Hệ số suy giảm tuyến tính ( ㎝ -1)

Hệ số suy giảm khối lượng( ㎝ 2/gm)

0.214 0.214 1Nước

1 cm

0.196 0.2140.917 đá

1.09 cm

0.000128 0.214 0.000598


Hệ số suy giảm khối lượng tổng cộng Hệ số suy giảm tuyến tính đối với hiệu ứng quang điện: τ

Hệ số suy giảm tuyến tính đối với hiệu ứng Compton: σ

Hệ số suy giảm tuyến tính toàn phần: μ

Phụ thuộc vào số nguyên tử của mội trường và năng lượng photon của chùm tia X là quan trọng.

xI

I

xI

I


Hệ số suy giảm khối lượng quang điện

1. Phụ thuộc số nguyên tử Z

2. Phụ thuộc vào năng lượng photon tới, E :

3)](/[ ZZ

3)](/[ EE

3)/(),](/[ EZEZ

Hệ số suy giảm khối lượng của PEHệ số suy giảm khối lượng của PE


Tương phản hình ảnh trên

màng do hấp thụ quang

điện


Compton so với Photoelectric

Dưới 60 kVp hấp thụ quang điện trội, trên 60 kVp tán xạ Compton

bắt đầu tăng.

Phụ thuộc vào tính chất suy giảm của mô

Bảng 10-13

Độ cấm sâu tia X Ray trong mô của người

kVp cao hơn làm giảm hiệu ứng

quang điện

Hình ảnh tương phản bị hạ thấp

Cấu trúc xương và phổi có thể được

ghi ảnh đồng thời

Ghi chú: lổ rỗng cơ thể có thể được

thấy bở tương phản của môi trường:

Iodine, barium

Hệ số suy giảm khối lượng Compton

1. Phụ thuộc số nguyên tử, Z :

Trong tán xạ Compton, năng lượng photon lớn hơn năng lượng liên kết của

những điện tử bị ảnh hưởng

Phần lớn những điện tử là khí bao gồm cả khí tự do.

Mật độ điện tử ( = số điện tử mỗi gram)

Xác định hệ số suy giảm khối lượng Compton

Tất cả mô sinh học có cùng hệ số suy giảm khối lượng Compton

ZZ )](/[

Hệ số suy giảm khối lượng của CEHệ số suy giảm khối lượng của CE

Hệ số suy giảm khối lượng Compton

2. Phụ thuộc năng lượng photon, E :

Klein-Nishina fomula

giảm theo năng lượng

1)](/[ EE

)](/[ E

Hệ số suy giảm khối lượng của CEHệ số suy giảm khối lượng của CE

Hệ số suy giảm khối lượng

Hệ số suy giảm khối lượngHệ số suy giảm khối lượng

Hệ số suy giảm theo độ cấm sâuHệ số suy giảm theo độ cấm sâu

Coefficient SymbolRelation between

CoefficientsUnits of Coefficients

Linear μ m-1

Mass (μ/ρ) (μ/ρ) m2/kg

Electronic μe (μ/ρ)·(1 / 1000 Ne) m2/eletron

Atomic μa (μ/ρ)·(Z / 1000 Na) m2/atom

ρ: mật độ

Na số nguyên tử mỗi gram = Na / A

Ne : số điện tử mỗi gram = Na Z /A

Z : số nguyên tử của vật liệu

Các loại hệ số suy giảmCác loại hệ số suy giảm

Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số suy giảm

Radiation Matter

Energy

Density

Atomic number

Electrons per gram

Bốn yếu tố Xác định mức độ suy giảm của chùm tia X khi nó ngang qua vật

chất.

Mật độ và số nguyên tử

Mối liên hệ giữa mật độ và số nguyên tử

Qui luật không đơn giản

Tổng quát, nguyên tố với số nguyên tử cao đặc hơn nguyên tố với số

nguyên tử thấp hơn

Tuy nhiên, có ngoại lệ Vàng và Chì

Atomic number Density

Gold 79 19.3 [g/cm3]

Lead 82 11.0 [g/cm3]


Water

Số nguyên tử 7.4 không cần chú ý tới trạng thái (rắn, lỏng và khí)

Nhưng, mật độ khác nhau trong ba dạng

50keV

Density

(gm/ ㎝ 3)Thickness of 1 gm/ ㎝

2Linear Attenuation Coefficient ( ㎝ -1)

Mass Attenuation Coefficient ( ㎝ 2/gm)

0.214 0.214 1WATER

1 cm

0.196 0.2140.917 ICE

1.09 cm

0.000128 0.214 0.000598


Mật độ và điện tử mỗi gram

Không có mối liên hệ giữa mật độ và điện tử mỗi gram

Bởi vì mật độ phụ thuộc thể tích (trọng lượng mỗi thể tích)

Một gram nước

Có cùng số điện tử trong ba trạng thái

1 cm3 như chất lỏng

1670 cm3 như chất khí


Số nguyên tử và điện tử mỗi gram

Số điện tử mỗi gram là hàm của số neutron trong nguyên tử.

Nếu nguyên tố không có neutron,

Tất cả vật liệu có 6.02×1023 điện tử/gram

Nhưng, số nguyên tử↑→ điện tử mỗi gram↓


Tóm lại

Suy giảm

Giảm cường độ chùm tia X khi nó di chuyển qua vật chất hoặc bởi hấp

thụ hoặc lệch hướng photon từ chùm(tán xạ)

Suy giảm bức xạ đơn sắc

Theo hàm mũ, mỗi lớp hấp thụ suy giảm cùng phần trăm photon

trong chùm, thay đổi về số lượng, không thay đổi tính chất.

Tất cả photon trong chùm có cùng năng lượng

Suy giảm bức xạ đa sắc

Không theo hàm mũ

Phần trăm lớn photon năng lượng thấp bị suy giảm bởi lớp hấp

thụ đầu tiên, vì thế số lượng photon năng lượng cao trong chùm

chiếm đa số khi ngang qua lớp hấp thụ, làm tăng độ cứng chùm

Lượng suy giảm phụ thuộc

Năng lượng bức xạ

Và ba đặc trưng của vật chất

Số nguyên tử

Số điện tử mỗi gram

Mật độ

Tăng năng lượng làm tăng số photon truyền qua, trong khi tăng số nguyên tử, mật độ

hay số điện tử mỗi gram giảm truyền qua.

Năng lượng và số nguyên tử

Xác định phần trăm tương đối của hấp thụ và Compton

Với hấp thụ năng lượng thấp và số nguyên tử cao: hiệu ứng quang điện chiếm

ứu thế

Khi năng lượng tăng, hiệu ứng quang điện giảm, cho đến khi nền của suy giảm

Compton được duy trì

Tóm lại

Mật độ

Là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến suy giảm

Và tương phản hình ảnh phụ thuộc mạnh vào sự khác nhau về mật độ

mô

Số điện tử mỗi gram

Đóng vai trò kém quan trọng.

Tổng quát, số nguyên tử tăng, số điện tử mỗi gram giảm.

Nguyên tố có số nguyên tử cao suy giảm bức xạ nhiều, mặc dù chúng

có ít điện tử mỗi gram

Tóm lại

Documents

TÖÔNG TAÙC GIÖÕA ÑIEÄN TÖÛ VAØ VAÄT CHAÁT