Indirekte ioniserende stråling. Dosimetri for indirekte ioniserende stråling. Forelesning i FYSKJM4710. Eirik Malinen

Transkript

1 Dosimei for idirekte ioiserede sålig Forelesig i FYSKJM4710 Eirik Malie Departmet of Physics Idirekte ioiserede sålig Idirekte ioiserede sålig har relativt få vekselvirkiger i et stoff, me gir fra seg relativt store eergimegder i hver vekselvirkig Eksempler: fotoer, øyoer Sekudære ladde partikler (oftest elekoer) vil deretter avsette disse eergimegdee over relativt små avstader Hva blir eergiavsetige fra vekselvirkigee mellom fotoer og materie i et gitt volum? Eergiregskap viktig!

2 Overført eergi, ε Et fotofelt med totaleergi R i,u går i i et volum, og R out,u-rl defieres som de fotoeergimegde av iteresse som kommer ut: R i,u R out,u-rl V Overført eergi: ε = R i,u R out,u rl + ΣQ ε er totaleergie overført fra fotoer til ladde partikler, og er summe av all kietisk eergi Departmet of Physics u-rl: ucharged mius radiative losses; hvis sekudære elekoer har tapt eergi via bremsesålig skal ikke disse fotoee igå i Rout,u-rl ε er egetlig e stokastisk størrelse ΣQ: eergi fra koverterig fra hvilemasse til eergi (eller vice versa) Eks: pardaelse: Overført eergi, ε 2) Σ Q= 2m c e 2

3 KERMA Kietic Eergy Release per MAss: dε K = dm ehet: [J/kg] K er eergi overført til ladde partikler per masseehet i et pukt av iteresse Se på et mooeergetisk fotofelt (kvateeergi hν) som passerer et tyt sjikt i et stoff: Ψ S: tverrsittsareal til fotosåle x Departmet of Physics Sasylighet per legdeehet for at foto skal vekselvirke og gi e viss fraksjo av si eergi til et eleko er Overført eergi til elekoer:ε =N(hν) x Eergiflues for mooeergetiske fotoer: Kerma blir: KERMA 2) N(h ν) Ψ= (h νφ= ) S ε N(h ν ) x N(h ν ) x K = = = m ρ V ρ S x =Ψ ρ

4 KERMA 3) Kerma bestemmes av eergifluese og masseeergioverførigskoeffesiete For e fordelig (et spekum) av fotoer has: hνmax K = Ψhν d(h ν) ρ 0 Husk at /ρ avheger sterkt av atomummer og fotoeergi! Departmet of Physics Kerma ikluderer all kietisk eergi gitt til elekoer, og dee eergie vil videre gå tapt via: Kollisjoer Såligstap Kermakompoeter Kerma ka splittes opp svarede kompoeter: K=K c +K r K c : kollisjoskerma; vil gi et mål på eergitapet per masseehet fra fotoer som resulterer i kollisjostap for elekoer!

5 ε defieres via: Netto overført eergi, R i,u R out,u ε V ε = R R +ΣQ i,u out,u R out,u er all eergi som kommer ut av volum i form av fotoer (ikludert bremsesålig) ε er dermed de totale kietiske eergie til elekoer som ikke går tapt via bremsesålig Departmet of Physics Defieres ved: K c dε = dm Ka ta hesy til bremsesåligstap ved å iføre g, fraksjoe av kietisk eergi som resulterer i bremsesålig: Defierer: Kollisjoskerma ρ e (1 g) ρ ρ Kc = K(1 g) =Ψ (1 g) e /ρ: masse-eergiabsorpsjoskoeffesiete

6 Kollisjoskerma 2) Kc er dermed gitt ved: K c =Ψ ρ e Geerelt: K c <K Spesialtilfelle: Laveergetisk fotoer gir opphav til laveeergetiske sekudærelekoer i et material med lavt Z. Bremsesålig er dermed eglisjerbart, g=0 og K c =K Departmet of Physics Absorbert eergi og dose, ε og D Ser å på all eergiasport (både ladde og uladde partikler) gjeom volum: R i,u +R i,c R out,u +R out,c ε= Ri,u+ Ri,c Rout,u Rout,c +ΣQ Absorbert dose defieres (edelig) som: D dε dm = ehet: [Gy] = [J/kg]

7 Dose Dose er all eergi som blir igje i volumet per masseehet Ka ikke relateres til fotokoeffesieter slik som K og K c Me: i visse spesialtilfeller ka dose tilærmes med K c Departmet of Physics ε, ε, ε: eksempel To fotoer vekselvirker i volum V (ΣQ=0): hν hν-t 1 hν2 T 1 hν T 3 T 1 T 2

8 Regskap for foto 1: ε ε ε = R i,u - R out,u-rl = hν (hν T 1 ) = T 1 = R i,u - R out,u = hν (hν T 1 ) hν 2 = T 1 hν 2 =R i,u + R i,c R out,u R out,c = hν + 0 (hν T 1 ) hν 2 T 1 = T 1 hν 2 T 1 Regskap for foto 2: ε ε ε ε, ε, ε = hν 0 = hν = hν 0 = hν : eksempel = hν + 0 T 2 T 3 = hν T 2 T 3 Departmet of Physics Ladd partikkellikevekt (CPE) Fotoer kommer i mot et volum V, som ikluderer et midre volum v: Fotoer V v Ladd partikkellikevekt: Atall ladde partikler av gitt type og eergi som går i i v er lik atall partikler av samme type og eergi som går ut Visse betigelser må være oppfylt for at CPE skal være tilstede mediet må være homoget og fotofeltets atteuerig må være eglisjerbart

9 CPE: v CPE 2) Hvis CPE er oppfylt, has R i,c = R out,c Absorbert eergi blir: ε= R + R R R = R R =ε i,u i,c out,u out,c i,u out,u Dermed blir dose lik kollisjoskerma: CPE ε ε D = = = K c =Ψ m m ρ e Departmet of Physics Doser ved CPE Dose er gitt ved Ψ e /ρ, og dermed proporsjoal med vekselvirkigssasylighete for fotoer To stoffer A og B plassert i samme pukt i et sålefelt vil dermed ha et doseforhold: D D e e Ψ A ρ ρ A A = = Ψ ρ ρ B e e B B

10 CPE, eksempel To volum av heholdsvis va og luft er plassert i samme pukt av et sålefelt (1 MeV fotoer) der CPE has. Hva er forholdet i dose mellom de to stoffee? Bruker tabulerte verdier for e /ρ (Attix). Fier: e /ρ (va) = e /ρ (luft) = D(luft) / D(va) = 0.90 Departmet of Physics CPE, problemer Når fotoeergie øker, vil gjeomegigseve til sekudærelekoee øke mer e for fotoer Dempig av fotosåle iefor rekkevidde av eleko: Fotoeergi (MeV) Fotodempig (%) i va iefor rekkevidde av sekudæreleko

11 CPE, problemer 2) γ e - Lagekkede e - gir dosebidrag til aktuelt sjikt. Fotosåle allerede sigifikat atteuert gir dermed opphav til færre elekoer i sjikt e det som kommer i upseam Dermed has R i,c > R out,c ε= R + R R R >ε D> K i,u i,c out,u out,c c Gjelder for høye fotoeergier! Departmet of Physics TCPE Trasiet Charged Particle Equilibrium: elekoer fra upseam gir et bidrag til dose, der fotobidrag (R i,u -R out,u ) utgjøres av kollisjoskerma Dose proporsjoal med K c : TCPE D = K(1+ f ) TCPE c f 0 TCPE