Konu: Radyasyonun madde ile etkilesmesi .


34 views
Uploaded on:
Description
Konu: Radyasyonun madde ile etkileşmesi. Tanecik salınımı Elektromanyetik salınım. Ders:Çekirdek Fiziği II. , ve  salınımı bir radyoaktif salınımdır. Bu ışınların salınımını ispatlamak için dedektörler kullanmamız lazım. Böylece ,  ve  nın madde ile etkileşmesi daha iyi anlaşılır.
Transcripts
Slide 1

Konu: Radyasyonun madde ile etkileşmesi Tanecik salınımı Elektromanyetik salınım Ders:çekirdek Fiziği II

Slide 2

, ve  salınımı bir radyoaktif salınımdır. Bu ışınların salınımını ispatlamak için dedektörler kullanmamız lazım. Böylece ,  ve  nın madde ile etkileşmesi daha iyi anlaşılır. p, e - ve e + dahil, bütün tanecikler madde ile etkileşir. Nötron (n) yüksüz olmasına rağmen dedektörler yardımı ile belirlenebililer. Tutay

Slide 3

Bu derste madde derken atomların yapısı aklımıza gelmelidir . Coulomb çarpışması yükler arası bir reaksiyondur. Yani atomun elektronlarının gelen tanecik ile etkileşmesi anlaşılmalıdır. Bu konu Atom Fiziğinin konusuna girer. Ama çıkış noktası Çekirdek Fiziği\'dir. Tutay

Slide 4

Dedektör seçimi radyasyon tipine bağlıdır. veya düşük enerjili (MeV) yüklü parçacıklar için çok ince pencereli dedektörler lazım. : Erişme menzili 100m : Dedektör kalınlığı 0,1 – 1mm  : Dedektör kalınlığı Için 5 cm. Tutay

Slide 5

Yüklü tanecik dedektörün maddesine girince, o madde atomunun elektronları ile reaksiyona girer. Gelen taneciğin enerjisine bağlı olarak da ya atomun çekirdeği ile ya da atomun elektronları ile reaksiyon girer. Tanecik atoma gelince sahip olduğu kinetik enerjisinin (Ek) bir kısmını veya hepsini kaybeder. Yani enerjisi frenlenir. Frenlenen enerji sonucunda iota iyonlaşır ve particle uyarılmış olur. Uyarılan molecule temel seviyeye dönmek için uyarılma enerjisini; ya  ışını olarak ya da röntgen ışını olarak yayımlar veya da ortamı ısıtır. Tutay

Slide 6

Coulomb çarpışmasını düşünürsek ; çarpışma sonunda gelen tanecik enerjisinin bir kısmını ortama aktarır. Yani çarpışma sonrası enerji kaybı olacak. (- dE/dx) Kinetik enerjinin birim yol boyunca kaybını verir. Tutay

Slide 7

Ağır yüklü tanecikler olan p ve  veya da ağır iyonlar atoma geldiklerinde: çekirdek ile çarpışırlarsa nükleer reaksiyon,elektron ile çarpışırlarsa elektronik reaksiyon denir. Hangi çarpışma olasılığı daha fazla ? Bu gelen taneciğin enerjisine bağlıdır. E b elektronların bağlanma enerjisi (eV) E b nükleonların bağlanma enerjisi (MeV) Tutay

Slide 8

A ğır yüklü parçacıklar için ; m: elektronun, M: ağır parcacığın kütlesi olsun. Enerji kaybı:  T = T (4m/M) Örnek: 5 MeV \'lik  için  T =2.7 MeV\' dir. Tutay

Slide 9

 nın havada ki absorbe edilişi. Tutay

Slide 10

Atomun çekirdeği atomun hacminin 10 - 15 ine tekabül eder. Bu nedenle de gelen taneciğin, atomun elektronları ile reaksiyona girme olasılığı daha fazladır. Eğer bir parçacık atomun elektronları ile reaksiyona girerse şu sonuçlar olabilir: Parçacık elektronlarla çarpıştığında enerjisinin tümünü elektronlara aktarabilir. (yani parçacık absorbe olur) Tanecik elastik saçılır ve (ihmal edilecek bir açıyla saparsa) çok az enerji kaybı ile yoluna devam edebilir. Coulomb kuvveti sonsuz menzile sahip olduğu için aynı anda birkaç elektronla reaksiyona girebilir. Örneğin alfanın sister odasındaki izleri. Atomun iyonlaşması olabilir. Bir elektron bir atomda ayrılınca particle iyonlaşır. Tutay

Slide 11

Atomun iyonlaşması için 10 eV enerji gereklidir. Enerji düşükse molecule sadece uyarılır ve taban durumuna hemen geri döner. Elektronların enerji kaybı (Bremsstrahlung): Tutay

Slide 12

Şekil.1 210 Po için ölçülen, alfa parçacıkların sister odasındaki izleri.

Slide 13

Şekil.2 Çeşitli materyaller için menzil enerji ilişkisi.Menzil yoğunlukla ters orantılı (Rx ) [mg/cm 2 ] Tutay

Slide 14

Menzil ilişki bilinmeyen materyaller için Bragg-Kleeman kuralı geçerlidir. R 1/R 0 =  0 (A 1 ) - 1/2/ 1 (A 0 ) - 1/2 (1) R: Menzil,  :Yoğunluk, 0 ve 1 indisleri bilinen ve bilinmeyen materyali göstermektedir. Tutay

Slide 15

Menzil ve enerji arasındaki il i şki ku v antum mekaniksel hesaplama ile elde edilir. Kind olarak 1930 yılında Hans Bethe , birim uzunluk başına enerji kaybını hesaplamıştır: (- dE/dx) Buna durdurma gücü (frenleme) de deniyor. (dE/dx) = (e 2/4  0 ) 2 . (4  z 2 N 0 Z p/mc 2  2 A) . [ln(2mc 2  2/I)- ln(1- 2 )-  2 ] (1) v =  c : parçacığın hızı z : parçacığın yükü, m elektronların kütlesi Z , A,  : Atom sayısı, iota ağırlığı ve durdurucu materyalin yoğunluğu. N 0 Avogadro sayısı, I : elektronların ortalama uyarılma enerjisi. Tutay

Slide 16

I:Parametresi 10Z civarında ve eV mertebesinde sabit kabul edilir. Hava için I=86 eV, Al için I=163 eV. Menzil (R), tüm enerjiler üzerinden integrali alınarak hesaplanır. Elektronlar yavaş hareket eden parçacıklar tarafında n yakalanırsa formül söyle yazılır ve f(v) hızın bir fonksiyonudur. Ayrıca f(v) yük ve kütleden bağımsızdır. Kind hızları aynı olan farklı parçacıkların, aynı madde içindeki menzileri karşılaştırılabilir. Tutay

Slide 17

Coulomb yasasına göre iki tanecik arasındaki kuvvet : F=(1/4  0 )x(q 1 q 2/r 2 )=(1/4  0 )x(z e 2/(x 2 + b 2 )=-eE z e : gelen tanecik, b: çarpışma parametresi, E: Elektrik alan vektörü Tutay

Slide 18

Elektronlar: Elektronlar pozitif ve negatif tıpkı ağır yüklü parçacıklar gibi atomik elektronlarla Coulomb saçılması ile etkileşirler. Özelikle  bozunumlarından yayımlanan elektronlar göreceli hızlarla hareket ederler. Elektron-elektron çarpışmasında sonra e-\'lar sapmalara uğrarlar ve düzensiz yörüngeler çizerler. Elektron-elektron çarpışmasında enerji aktarımı olur. Çarpışma sonrasında gelen e-\'ların hangisi, çıkan e-\'ların hangisi olduğunu bilmek zordur. Çarpışma sonrasında e-\'lar büyük ivme kazanabilirler. Bremsstrahlung.(frenleme ışını) Tutay

Slide 19

Kurşun da elektronlar için relativ enerji kaybı Tutay

Slide 20

Birim uzunluk başına kaybedilen enerji ifadesi Bethe tarafında elde edilmiştir . (dE/dx) c = (e 2/4  0 ) 2 . (2  N 0 Zp/mc 2  2 A) . [ln(T ( T + mc 2 ) 2  2/2I 2 mc 2 )] + (1- 2 ) –( 2(1- 2 ) - 1/2 - 1+  2 )ln2+1/8(1-(1- 2 ) 1/2 ) 2 ] (dE/dx) r = (e 2/4  0 ) 2 . (Z 2 N 0 (T + mc 2 ) /137m 2 c 4 A) [4ln.2((T+mc 2 )/mc 2 ) - 4/3] T, Elektronların kinetik enerjisi, c ile r ise çarpışmalardan ve radyasyondan ilere gelen enerji kaybı. 1 MeV \'in altındaki radyasyon enerjileri ihmal edilir. Toplam enerji kaybı: (dE/dx) = (dE/dx) c + (dE/dx) r Tutay

Slide 21

Şekil.3 Al ve Pb için elektronların enerji kaybı. Kesiksiz çizgiler çarpışmaları,kesikli çizgiler radyasyon gösterir Iki terimin oranı (dE/dx) r/(dE/dx) c  (T+mc 2/mc 2 ).(Z/1600) Bu kural yüksek enerjilerde gerekli olacak. Tutay

Slide 22

Şekil.3 Enerji menzil ilişkisi Tutay

Slide 23

Elektronlar ve pozitronlar için enerji kaybı: hızlı elektronların frenlenmesi relativ enerji kaybı formülü kullanılmalı. E = m e c 2 (  - 1) e elektronların relativ kinetik enerjisi  =(1- 2 ) - 1/2 Not: Çarpışma kısa olunca least iyonizasiyon olur. Tutay

Slide 24

Erişim uzaklığı (R) : Madde içerisinde enerji kaybı önemli dir . Deneylerde de d ektörün kalınlığı ve maddesi önemli dir . Gelen taneciğin tüm enerjisi de d ektörde frenlenme s i gerekir . Enerjinin hat frenlendiği yer,sağlık fiziğinde çok önemlidir. Ortalama erişim uzaklığını (R) bulmak için tüm enerjiler toplamı alınır: Tutay

Slide 25

Diğer yüklü taneciklerin enerji menzil ilişkisi (Bethe-Bloch formülü) Tutay

Slide 26

Bethe-Bloch: Iyonlaşma sonucu enerji kayıbı : Tutay

Slide 27

Ortalama enerji kayıbına bağlı olarak taneciğin tespiti grafiği. Taneciğin impulsu biliniyorsa, bunun yardımı ile tanecik tespiti yapılabilir. Tutay

Slide 28

Tutay

Slide 29

Proton ışını ile gözdeki tümörlerin tedavisi Tutay

Slide 30

Protonlarla Göz Tümör tedavisi

Slide 32

Işın yolu (absorbe): Tutay

Recommended
View more...