X- stari (Rentgena stari)
1. Līniju spektrs
2. Lādētu daļiņu paātrinājuma starojums
3. Starojuma avoti
X-staru līniju spektri ( Raksturīgais starojums)
• Elektronu sistēmas ierosināšana dažādās atomu čaulās ir cēlonis virknei parādību, kuras rodas
• elektronu pārejās atoma čaulu robežās
• fotona – atoma čaula mijiedarbībā
• lādēta daļiņa – atoma čaula mijiedarbībā
• lādēta daļiņa – kodols mijiedarbībā
• Atkarībā no iedarbības dabas un enerģijas vakance var parādīties;
• ārējā (valences) čaulā,
• vienā no iekšējām čaulām.
Mijiedarbības efekti:
1. Fotoerlektriskais efekts
2. Komptona izkliede
3. Tripletu veidošanās
4. Lādētas daļiņas kulona mijiedarbība ar atomu
5. Iekšējā konversija
6. Elektrona satveršana
7. Pozitronu anihilācija
8. Ožē efekts
Raksturīgais starojums
• Starojuma viļņu garums l un enerģija hn ir raksturīgas atomam, kas to staro.
• Radiatīvo pāreju kopums, ko emitē noteikts atoms, sauc par atoma līniju spektru.
• X-staru avotu enerģijas līmeņu diagrammas parasti attēlo lietojot n, l, j un mj kvantu skaitļus.
• X- starus emitē daļa no visām, tā sauktās atļautās pārejas.
•Zīmējumā attēlotas vienīgi pārejas no M un L čaulas uz K – čaulu.
• Atļautās pārejas – nepārtrauktas līnijas.
• Izvēles likumi atļautām pārejām:
ar izņēmumu no Δj =0 uz Δj = 0.1 vai0un 1 ±=±= ΔjΔl
Raksturīgais starojums
• Enerģijas, kas atbrīvojas elektronu pārejās ir atkarīgas no absorbējošā atoma numura Z unčaulukvantu skaitļiem, kuras piedalās pārejās.
• Elektronu pārejas starp ārējās čaulas līmeņiem var atbilst optiskiem fononiem no vakuuma ultravioletā starojuma līdz infrasarkanajam starojumam. Tās sauc par optiskām pārejām.
• Pārejas starp iekšējām čaulām atomiem ar lielu atoma numuru var emitēt X- starus un tās sauc par x-staru pārejām.
• Vienošanās par terminoloģiju atomu fizikā.
1. Pārejas uz K čaulu sauc par K līnijām, uz L čaulu – par L līnijām, uz M čaulu – par M līnijām u.t.t.
2. Pārejas uz tuvāko kaimiņu čaulu – par α pārejām, no nākošās tuvākās čaulas – par β pārejām u.t.t.
3. Pārejas starp vienasčaulas uz otru ne vienmēr ir ar vienu un to pašu enerģiju čaulas līmeņu sīkstruktūras (apakščaulas) dēļ. Pāreju ar lielāko enerģiju apzīmē ar ciparu 1, nākošo augstākoo ar ciparu 2 u.t.t.
Raksturīgais starojums
4. Zīmējumā pāreja Kα3 ir aizliegta pāreja (Dl=0) no L uz K čaulu
5. Pāreja Kb1 atļauta pāreja no M uz K čaulu 0un 0ar 12 2/12/1 ==→ ΔjΔlss
1un 1ar 13 2/12/3 ==→ ΔjΔlsp
Ožē efekts (Auger effect)
• Ožē efekta dēļ pāreju rezultātā starp atoma elektronu čaulām raksturīgais x- starojums var neparādīties.
• Elektroni var piedalīties pārejās, kas pārkapj raksturīgā starojuma izvēles likumus.
• Enerģiju starpība tiek pārdota citiem orbitāliem elektroniem, kuri tOže elektroni.iek emitēti no atoma kā Ožē elektroni vai Kostera- Kroniga elektroni
• Atbrīvoto elektronu kinētiskā enerģija: elektronu pārejas enerģijas un Ožē saites enerģijas starpība.
• Ožē efekta mehānisms: primārā pāreja notiek starp divām čaulām. Ožē elektrons tiek emitēts no sub-čaulas (L).
•Kostera- Kroniga efekta mehānisms: primārā pāreja’notiek starp līmeņiem subčaulas robežā. Pārejas enerģija tiek transformēta uz elektronu augstākā čaulā.
• Super Kostera-Kroniga efektā primārā pāreja notiek starp līmeņiem subčaulas robežās. Pārejas enerģija tiek transformēta uz elektronu tai pat čaulā.
Ožē efekts (Auger effect)
• Fluorescences iznākums ω dotai čaulai: emitēto raksturīgo fotonu skaits uz radīto vakanci. K čaulai ωK, L čaulai ωL.
• Ožē efekts tipiski rodas no aizliegtām radiatīvām pārejām.
• Fluorescences iznākums ω liela numura atomu materiālam ir ievērojami lielāks nekā maza numura atomu materiāliem.
•
• Fluorescences iznākums atkarība no atoma numura Z:
• wK krītošā starojuma enerģijai hν > (EB)K
• wL krītošā starojuma enerģijai (EB)L < hν < (EB)K
• fluorescences frakcija kopējā starojumā PK starojuma enerģijai hν > (EB)K
• fluorescences frakcija kopējā starojumā PK starojuma enerģijai (EB)L < hν < (EB)K
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
• Lādētas daļiņas raksturojas ar:
• miera masu
• lādiņu
• ātrumu
• kinētisko enerģiju
• Medicīniskās fizikas pielietojumiem attiecībā uz miera masu lādētas daļiņas sadala divās klasēs
• vieglās lādētās daļiņas
• elektroni e-
• pozitroni e+
• smagās lādētās daļiņas
• protoni p
• deitroni d
• alfa daļiņas α
• smagie joni, tai skaitā Li+, Be+, C+, Ne+, citi joni
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
Lādētu daļiņu ātrums
• Attiecībā uz ātrumu lādēta daļiņa var būt:
• stacionāra ar
• kustoša ar nemainīgu ātrumu
• kustoša ar paātrinājumu
→
v0=
→
v
0=→
vkonstante=
→
v
dtvdv /→→
=
→
E
Stacionāra lādēta daļiņa
• Stacionāra lādēta daļiņa ir saistīta ar elektrisko lauku ap to
• Elektriskā lauka enerģijas blīvums ρ:
→
E
2E021 ερ =
kur ε0 ir vakuuma dielektriskā konstante ( ).ms/VA 1085.8 120 ⋅⋅×= −ε
• Tā ir elektriskā lauka enerģija, kura vienmēr tajā saglabājas un netiek izstarota.
• Elektriskais lauks E(r) , ko rada stacionāra daļiņa ar lādiņu q ir izotrops:
204
1)(rqr
επ=E
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
Lādēta daļiņa, kas kustās ar konstantu ātrumu
• Lādētai daļiņai, kas kustās ar pastāvīgu ātrumu kopā ar elektrisko lauku ir
saistīts magnētiskais lauks .
• Kopējais enerģijas blīvums :
0=→
v
const=→
v
→
B
→
B
→
E
2
00 2
121 BE2
μερ +=
ms/AV 104 70 ⋅⋅×= −πμkur μ0 ir vakuuma magnētiskā uzņēmība
• Enerģija ir uzkrāta laukā un kustās kopā ar lādēto daļiņu.
• Enerģija kustoties netiek izstarota
• Elektriskā lauka konfigurācija ap kustošos lādētu daļiņu ir atkarīga no kustības ātruma.
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
• Pie maza (klasiska) ātruma elektriskais lauks, ko staro daļiņa ir izotrops un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam.• Pie ātruma, tuva gaismas ātrumam c, elektriskais lauks samazinās virzienos uz priekšu un atpakaļ attiecībā pret kustības virzienu.• Elektriskais lauks kustības virzienā ir saspiests ar koeficientu kur
• Elektriskais lauks perpendikulāri kustības virzienam ir izplēsts ar koeficientu
Lādēta daļiņa, kas kustās ar konstantu ātrumu
)1( 2βγ −=
211
βγ
−=
cv
=β
• Lauka paplašināšanās relatīviskām daļiņām kustoties caur absorbējošu vielu, palielina daļiņas mijiedarbības šķērsgriezumu un daļiņas kinētiskās enerģijas zudumus.
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
Paātrināta lādēta daļiņa: elektriskais un magnētiskais lauki.
• Retardētais (aizkavētais) potenciāls: potenciāls, kas laika momentā t darbojas uz daļiņu, bet ir radīts daļiņas iepriekšējā laika momentā, kad daļiņa atradās tās trajektorijas retardētā(aizkavētā) pozicijā.
• Retard’tā potenciāla cēlonis ir elektromagnētiskā lauka galīgais izplatīšanās ātrums, vienāds ar gaismas ātrumu c.
• Elektriskais un magnētiskais potenciāli, kuri darbojas uz daļiņuP1 pozicijā C, ir pilnīgi noteikti ar daļiņas P2 pozicijā A pozicijas C pagātnes pagātnes konā, kuru nosaka gaismas izplatīšanās ātrums.
• Pāātrinātas daļiņas elektriskajam un magnētiskajam laukiem ir divas komponentes:
1. Lokālā (tuvā) ātruma lauka komponente, kas samazinās ~1/r2.
2. Tālā (starošanas) paātrināšanas lauka komponente, kas samazinās ~ 1/r.
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
Paātrināta lādēta daļiņa: elektriskais un magnētiskais lauki.
• Medicīniskā fizika un dozimertrija: tipiskas situācijas ir lieli attālumi no starojuma avota.
• Salīdzinot ar 1/r var neievērot tuvā lauka komponenti 1/r2.
• Radiācijas enerģijas zudumus nosaka elektriskā un magnētiskā lauka tālā lauka komponente.
• Izteiksmes komponentēm
( )r
vcq
rvrrq
⋅
=××
=θ
επεπsin
41 vai
4 20
30
&rrrr
EE
crv
cq
rrv
cq EBB ==
×=
⋅
θπμ
πμ sin
4 vai
40
20 &
rrr
rr - rādijas – veltors, kas savieno lādēto daļiņu ar novērošanas punktu
-lādētās daļiņas paātrinājums⋅
vr
q – daļiņas lādiņš
θ - leņķis starp un
c – gaismas izplatīšanās ātrumsvrrr
• un izplatās ar gaismas ātrumu c un veido elektromagnētisku (EM) starojumu vai bremzes starojumu, kuru rada paātrinoša (vai palēninoša) daļiņa.
Er
Br
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
Radiācijas enerģijas blīvums
• Enerģijas blīvums:222 EBE 0
00 2
121 ε
μερ =+=
Radiācijas intensitāte
• Emitētās radiācijas intensitāte I(r,θ) ir enerģijas plūsma caur vienības laukumu A, ko nosaka vektoru reizinājums , ko sauc par Pointinga vektoru :
• Elektromagnētiskam starojumam vektori ir savstarpēji perpendikulāri
• Ievieto vektoru E un B izteiksmes :
0/ μBErr
× Sr
0/ μBESrrr
×=
2
2
3
22
00
sin16
1),(rc
aqcrIS θεπ
εμ
θ ==== 2
0
EEBr
• Secinājumi:
•Emitētās radiācijas intensitāte ir proporcionāla:
• q2 – daļiņas lādiņa kvadrātam
• a2 - daļiņas paātrinājuma kvadrātam
• sin2θ
• Emitētās radiācijas intensitāte ir apgriezti proporcionāla r2.
• Emitētās radiācijas intensitāte ir maksimāla daļiņas kustības virzienā.
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
Paātrinātas daļiņas elektromagnētiskā starojuma jauda.
•Jauda P (enerģija laika vienībā) – intensitātes integrālis pa visu laukumu
3
22
0
2
0
33
22
02
2
0
2
62sin
162
sin),(2),(),(
caqd
caq
drrIdΩrrIdArIdtdP
εππθθ
εππ
θθθπθθ
π
π
==
=====
∫
∫∫∫E
•Jaudas izteiksme – Larmora sakarība bremzes starojuma jaudai:
• ~ q2 -daļiņas lādiņa kvadrāts;
• ~ a2 – daļiņas paātrinājuma kvadrāts.
• Rezultāts nosaka vienu no dabas pamatlikumiem:
Jebkad lādētai daļiņai paātrinoties vai palēninoties tā emitē daļu savas kinētiskās enerģijas fotonu bremzes starojuma veidā.
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
X- starojuma radīšanas efektivitāte
• Bramzes starojums rodas vienīgi neelastīgā Kulona mijiedarbībā starp lādētu daļiņu un absorbētāja kodolu
• Ņutona spēka un Kulona spēka līdzsvars
204 r
zeZemaεπ
=
• Paātrinājums proporcionāls
• daļiņas lādiņam (ze)
• absorbējošā kodola lādiņam (Ze)
• Apgriezti proporcionāls
• lādētās daļiņas masai (m)
• attāluma kvadrātam stap mijiedarbojošām daļiņām (r2)
2rmzeZea ∝
• Protons salīdzinot ar elektronu lielās masas dēļ rada daudz mazāku bremzes starojuma radiāciju
mp/me=1836, (mp/me)2 ~ 4 x 106 reižu mazāka
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
X- starojuma radīšanas efektivitāte
• Kopsavilkums:
• smagās lādētās daļiņas sadarbībā ar vielu zaudē enerģiju galvenokārt atomu jonizācijā;
• smagās lādētās daļiņas mijiedarbībojas ar vielas orbitāliem elektroniem.
• smago lādēto daļiņu apturēšanas jauda ir sadursmes: S=Ssadursmes
• vieglās lādētās daļiņas sadarbībā ar vielu zaudē enerģiju sadursmēs un radiatīvi:
• attiecīgi sadarbība ir ar orbitāliem elektroniem un kodolu
• Vieglo daļiņu apturēšanas jauda: S = Ssadursmes + S radiācija
• 1915.g. :W.Dunae un F. Hunt: daļiņa var starot enerģijas daudzumu, kas ir robežās no nulleslīdz daļiņas kinētiskai enerģijai EK
minmaxK 2
λπν chE h
==
• Eksperimentāli novēro asu īso viļņu robežu
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
Volframa X-staru spektrs, Ierosināšana elektroni 100 keV
Vieglas lādētas daļiņas: elektroni
X-staru spektrs:
Pa kreisi: konstanti Z un keV, maina mA
Vidū: konstanti Z un mA, maina keV
Pa labi: konstant keV, mA, maina Z
Cu- X-staru spektrs ierosināts ar subpikosekunžu lāzera radītām mikroeksplozijām vara mērķī1770 keV protoni
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
Smagas lādētas daļiņas: protoni, Cu- tvaiku mikroeksplozijas
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
Relatīviskā Larmora sakarība
• Ir spēkā pārveidojums:
mpva•
•
==r
rr
• Larmora sakarība relatīviskiem ātrumiemdtpd
dtpd
cmq
dtdEP
rr
⋅== 22
2
061επ
• Speciālā gadījumā lineārai kustībai (lineārie paātrinātāji):
2
32
2
0
2
22
2
0 61
61
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛==
dxdE
cmq
dtdp
cmq
dtdEP
επεπ
• Impulsa izmaiņa laikā ir vienāda ar enerģijas izmaiņu vienības attālum/a.
Relatīviskais elektriskais lauks, ko rada paātrināta lādēta daļiņa
• Lādētas daļiņas ātrumu ietekmē elektriskais lauks E, un, palielinoties β = v/c, elektriskā lauka Etelpiskais sadalījums E tiek novirzīts kustības virzienā un palielina intensitāti,
• No klasiskās izteiksmes
vr
rv
cq
⋅
=θ
επsin
41 2
0
&E izteiksme E atšķiras ar reizinātāju ( ) 2/5
cos1
1
ϑβ−
( ) ( ) 2/520 cos1
sin 4
1, θ
θεπ
θ−
=
⋅
rv
cqr&
E• Relatīviskam ātrumam ir spēkā
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
Relatīviskā Larmora sakarība
• Palielinoties β emitētā starojuma intensitātes sadalījuma vērsums arī tiek sašaurināts kustības virzienā
( ) ( )52
2
2
3
2
00
cos1
sin 16
1),(, θ
θεπ
εθθ−
===
⋅
ra
cqcrIrS 2E
Radiācija intensitāšu sadalījums diviem paātrinātiem elektroniem:
EK= 10 eV; EK= 1 MeV
Maksimālās intensitātes normētas.
Maksimālo intensitāšu attiecība:
1 : 1.44 x 104
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
Raksturīgais leņķis θmax
• β pieaug Maksimālās intensitātes raksturīgais leņķis βmax samazinās.
• Raksturīgā leņķa definīcija.
• Atvasinājums
• Iegūst :
0/),(max
==θθ
θθ drdI
( ) ( )0
cos1sin5
cos1cossin2
6max
max3
5max
maxmax =−
−− θβ
θβθβ
θθ
05cos2cos3 maxmax2 =−+ βθθβ
• Kvadrātvienādojums pret cosθmax :
• Skaitlisks risinājums dažādām elektrona enerģijām.
1
230
2
22
16
−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
rcaeC
επ
MeV 511.0kur , 1
11 20
20
K
=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
−== cm
cmEc
vβ
EK (MeV) β γ θ max C I(r,θmax)10-5 0.006 1.00002 89.2o 1.000010-4 0.020 1.0002 87.2o 1.002510-3 0.063 1.002 81.2o 1.02410-2 0.195 1.02 64.40 1.26310-1 0.548 1.20 35.0o 6.471 0.941 2.96 10.0o 1.44 x 104
10 0.999 20.4 1.4o 1.62 x 1011
102 0.9999 70.71 0.4o 1.64 x 1015
Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)
Raksturīgais X staru leņķis atkarībā no elektrona kinētiskās enerģijas
Normalizētais elektrona ātrums atkarībā no elektrona kinētiskās enerģijas.
Sinhrotrona starojums
• Sinhrotrona starojums – elektromagnētiskais starojums, ko emitē lādētas daļiņas, kas kostas pa liektu trajektoriju.
• Sinhrotrons- paātrinātājs, kas lādētas daļiņas paātrina pa cirkulārām orbitām līdz relatīviskām enerģijām.
• Daļiņas cirkulārā trajektorijā notur magnētisks lauks. Tādēļ efektu sauc par magnētisku bremzes starojumu.
• Starojumu var uzskatīt:
• nevēlams traucēklis, kas rada enerģijas zudumus, lai cirkulāros paātrinātājos iegūtu lādētas daļiņas ar augstu enerģiju
• izcils intensīvas īsu impulsu starojuma avots X-staru un ultravioletajā spektra rajonos.
• Sinhrotrona starojuma cēlonis: magnētiskā lauka radīts Lorenca spēks, kas darbojas perpendikulāri daļiņas kustības virzienam un rada centrtieces paātrinājumu.
•
H.A. Lorentz(1853-1928)
• Daļiņas paātrinājums a.
• Larmora sakarība starojuma jaudai P:
3
22
061
caqP
επ=
Sinhrotrona starojums
Sinhrotrona starojums
• Klasiska lādēta daļiņa. Paātrinājums:
• Relatīviska daļiņa: masa m = γ m0
• Paātrinājumu cirkulārā kustībā ar rādiju R līdzīgi nosaka sakarība
Rva
2
=
'0 dtdpamF ==
kur p – relatīviskais daļiņas impulss p = mv = γ m0v
t’ – saskaņā ar Lorenca transformāciju īstais laiks daļiņas koordinātu sistēmā : 21/' βγ −== ttt
• Turpmāk neņem vērā γ izmaiņu laikā t.
• Paātrinājums: ( )Rv
dtdv
dtvmd
mdtdp
ma
2220
0 '1 γγ
γγ====
• Relatīviskās daļiņas starotā jauda
20
42
2
4
30
42
3
22
0 6661
Rcq
Rv
cq
caqP
επγ
επγ
επ===
• Daļiņas pilnai enerģijai ir spēkā kur E0 ir daļiņas miera enerģija02
0 EcmE γγ ==
• Relatīviskās daļiņas starotā jauda 4
02
0
2
6 ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
EE
RcqPεπ
Sinhrotrona starojums
Lorenca transformācija laikam, ko jūt paātrinātā daļiņa:
Elektromagnētiskā lauka aizkavēšanās dēļ telpiski pārdalās starojuma virziens
Starojuma intensitāte ir proporcionāla ( )52
cos1
sin),( θ
θθ−
∝rI
Sinhrotrona starojums4
02
0
2
6 ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
EE
RcqPεπ
• Enerģijas zudumu ātrumu pie konstanta liekuma rādija nosaka
• Palielinot paātrinātāja rādiju enerģijas zudumi samazinās.
• Augsti relatīviskai daļiņai β~1 enerģijas zudumus aprēķina viena pilna apriņķojuma laikam τ :
4
0
4⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=EEγ
cR
vR ππ
τ22
≈=
• Radiācijas enerģijas zudumi vienā apriņķojumā4
00
24
02
0
2
32
6 ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛==Δ
EE
Rq
cR
EE
RcqPE
επ
επτ
• Radiācijas enerģijas zudumi vienā apriņķojumā ir
•apgriezti proporcionāli rādijam R
• proporcionāli (E/E0)4
• Elektroniem (q = e un masu m0 = me = 0.511 MeV) enerģijas zudumiem ir spēkā
( ) RE
RE
cmqEe
4
48
4
420
2
MeVmeV108.8
)(3 ⎭⎬⎫
⎩⎨⎧ ⋅
×==Δ −
ε
Sinhrotrona starojums
• Enerģija tiek starota kā konuss daļiņas justības virzienā pa pieskari
• Kona pusleņķis θsin aptuveni ir (E0/E)
•Sinhrotrona starojums - nepārtraukts spektrs
Čerenkova radiācija• Lādēta daļiņa, kas kustās brīvā telpā ar paātrinājumu, staro.
• Lādēta daļiņa, kas kustas brīvā telpā ar konstantu ātrumu, nezaudē kinētisko enerģiju – nestaro.
• Ja lādēta daļiņa caurspīdīgā dielektriskā materiālā veic vienmērīgu taisnvirziena kustību, daļa no tās kinētiskās enerģijas tiek izstarota kā elektromagnētisks starojums.
nccv n => n – refrakcijas koeficients
• Starojuma izpētījuši P.A. Čerenkovs un S.I. Vavilovs 1934.g.
• Čerenkova radiācija nāk no dielektriķa liela skaita atomiem, kurus polarizē ātra lādēta daļiņa.
• Lādētās daļiņas lauks paātrina polarizēto atomu orbitālos elektronus.
• Ja izpildās nosacījums par daļiņas polarizēto atomu pāātrinātie elektroni koherenti staro radiāciju.
• Čerenkova radiācija tiek emitēta gar virsmu konam, kas centrēts daļiņu izplatīšanās virzienā.
• Kona vienādojums
kur c/n- gaismas ātrums vielā, β c – daļiņas ātrums
nvcn
βθ 1cos cer ==
tnc
ctβ
• Robežātrums brobežas = 1/n, zem kura Čerenkova starojuma nav
•Starojuma nosacījums: Daļiņas ātrumam v dotajā materiālā jāpārsniedz gaismas fāzes ātrums cn.
Čerenkova radiācija•Čerenkova radiācijas slieksnis ūdenim vslieksnis=0.75 c.
• Čerenkova radiācija nav atkarīga no lārētās daļiņas masas.
• Emisijas maksimālais leņķis ir
• Čerenkova radiācija parādās redzamajā un tuvā redzamajai spektra rajonos.
• Čerenkova radiācijas emisijas leņkis ir atkarīgs no viļņu garuma refrakcijas indeksa spektrālās atkarības dēļ.
• Čerenkova radiācijas intensitāte intervālā Dλ ir ~ 1/λ.Starojuma spektrālais sastāvs ir ar maksimumu zilajā spektra daļā (Foto: Raktors ar ūdens neitronu palēninātāju)
• Čerenkova starojuma enerģija ir maza salīdzinot ar sadursmju radītiem enerģijas zudumiem.
• Čerenkova leņķis ļauj izmērīt ļādēto daļiņu enerģiju.
(1/n) cos arc)( maxcer =θ
Čerenkova leņķa maiņa lādētai daļiņai zaudējot enerģiju kustībā pa absorberu.
X-staru radīšanas paņēmieni
• Problēmas•X-staru radīšana pielietojumiem medicīnā ir ierobežota ar vieglām lādētām daļiņām
• Augstas enerģijas elektronu palēnināšana materiālos Kulona neelastīgās sadursmēs ar kodoliem.
•Elektronu palēnināšana aizkavētos potenciālos, kas notiek mikroviļņu starojumā. Radītā radiofrekvence (2856 MHz) tiek izmantota standarta klīniskos paātrinātājos.
• Elektronu palēnināšana, kura rada bremzes starojumu pacientā, kas saņem negaidītu dozu.
• Elektronu paātrināšana lineāros paātrinātājos, kas rezultējas uz pacientu apstarošanu ar nevēlamu dozu.
• Lielas enerģijas elektroni var izsaukt kodolu reakcijas, kas pacientā rada radioaktīvus izotopus.
• Paātrinātāju tipi:
• elektrostatiskie
• lineāriais paātrinātājs
• Cikliskie paātrinātāji
• mikrotrons
• betatrons
• ciklotrons
X-staru radīšanas paņēmieni
Daļiņu paātrinātāji
• Paātrinātāju tipi:
• elektrostatiskie
• lineāriais paātrinātājs
1 V
E -1 eV
ENERGIZER
+ -+
+- +-
ENERGIZER
+-
+
-
+
-
+
ENERGIZER
+
-++- +-
ENERGIZER
+
-+
+- +-
ENERGIZER
+-
+
-
+
-
+
ENERGIZER
+-
+
-
+
-
+Lineārie paātrinātāji
• Lineāri novietoti pāātrinošie elektrodi
•Paātrinošo potenciālu komutācijas siztēma.
• Potenciālu komutātors, singronizētsar elektromu paketes iziešanas laiku caur ekektrodu pāriem.
Lineārie paātrinātāji
Lineārā paātrinātāja principiālā konstrukcija.
• Paātrinošais spriegums starp caurulēm
• Cauruļu garums aug atbilstoši daļiņas ātrumam.
• Pastāvīga paātrinošā potenciāla frekvence.
Lineārie paātrinātāji
Linak’u paaudzes
• Mazu enerģiju fotoni (4-9 MV). Vertikāls elektronu paātrinātājs. Stacionārs izlīdzinošais filtrs, Ārējie ķīļi. Izocentriska montāža. Viena transmisijas jonizācijas kamera.
• Vidējo enerģiju fotoni (10-15 MV) un elektroni. Liekta elektronu kūļa trajektorija. Kustināmi objekts un izlīdzinošais filtrs. Izkliedes folijas. Elektronu koni –fokusēšana.
• Augstu enerģiju fotoni (18-25 MV) un elektroni. Divas fotonu enerģijas un mainīgas elektronu enerģijas. Ahromātisks nolieces magnēts. Dubultas izkliedes folijas vai skanējams elektronu zīmuļa kūlis. Motorizēta objekta kustība. Asimetriski vai neatkarīgi kolimātoora žokļi.
• Augstu enerģiju fotoni un elektroni. Datorvadītas operācijas; DinamIskie ķīļi. Multilapiņu kolimātors.
•Augstu enerģiju fotoni un elektroni. Fotonu plūsmas modulācija ar multilapiņu kolimātoru. Pilna dinamiska konformāla doza at intensitātes modulētiem kūļiem un multilapiņu kolimātoru. Tieša vizualizācija.
Moderna linak’a attēls.
Moderna linak’a shematisks attēls.
Moderna linak’a attēls.
Ciklotrons- lineāro paātrinātāju tālāka attīstība izmantojot iespēju daļiņas magnētiskā laukā kustināt pa liektu līniju.
• Iespēja atkārtoti lietot daļiņas paātrinošo mezglu.
• Pirmais ciklotrons: 1930-tie gadi E.O Laurenss (Lawrence)
• Ciklotronā ar 9 cm diametru protoni paātrināti līdz 80 keV.
• Ciklotrona konstrukcija:
• divi magneti ar pusapaļiem, elektriski izolētiem poliem
• centrā jonu avots
• starp poliem elektrodi, kas pievada paātrinošo potenciālu
• Ciklotrona kamerā starp poliem injecē jonu paketi
•Jonu paketi paātrina ar nepieciešamā frekvences maiņspriegumu brīžos,
kad pakete iet caur paātrinošajiem eleltrodiem spraugā starp magnētiem.
•Maiņsprieguma frekvence un fāze jāpieskaņo paketes ceļam pa spirāli.
Ciklotrons
Sihrotrona kūļa glabāšanas gredzens: X- un UV- staru avots
X-staru radīšanas paņēmieni
Betatrona darbības princips Das erste Betatron wurde 1940 von Donald William Kerst1940.g. D.W Kerst Uni-Illinoisa.
• Uzbūve līdzīga ciklotronam.
• Divi dipolu magneti
• Magnetā elektronu avots
•Elektronus paātrina laikā mainīga magnētiskais lauks, kas paātrina elektronus.
• Princips analogs sprieguma transformātora uzbūvei.
• Elektronu kūlis – viens transformatora vijums.
Cikliskie paātrinātāji
Betatroni
Elektronu kūļu iegūšana
X-staru radīšanas paņēmieni
Mikrotrons (Japāna)
Protonu kūļu iegūšana