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Röntgenstrahlung zur Durchleuchtung und zur Strukturanalyse

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Röntgenstrahlung zur Durchleuchtung und zur Strukturanalyse

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  1. Röntgenstrahlung zur Durchleuchtung und zur Strukturanalyse

  2. Inhalt • Das Absorptionsgesetz • Strahlung zur Durchleuchtung • Medizin • Materialprüfung • Strahlung für die Strukturanalyse • Beugung der Röntgenstrahlen

  3. Absorption von Röntgenstrahlen

  4. Anteile zum Streuquerschnitt von Röntgenstrahlen

  5. Absorptionskante: Anregung des Kohlenstoffs auf der K-Schale Photoeffekt 106 Paarbildung 103 1 Kohärente Streuung 0,1 1 10 100 1000 1.000.000 Compton-Effekt Absorption von Röntgenstrahlen

  6. Aufbau einer Röntgenröhre für medizinische Durchleuchtung: 2,5 mm starkes Al-Fenster Bremsstrahlung Charakteristische Strahlung Fenster: 2,5 mm Al 60 V 50 kV

  7. Absorption von 2,5 (3,0) mm Aluminium in Abhängigkeit von der Energie der Röntgenstrahlung

  8. Photoeffekt 106 Filter: 2,5 mm Al Röntgen mit 35 kV Paarbildung 103 1 Kohärente Streuung 0,1 1 10 100 1000 1.000.000 Compton-Effekt Spektrum der Röntgenstrahlen nach einem 2,5 mm Al Fenster bei Anregung mit 35 kV

  9. Photoeffekt 106 Filter: 2,5 mm Al Röntgen mit 100 kV Paarbildung 103 1 Kohärente Streuung 0,1 1 10 100 1000 1.000.000 Compton-Effekt Spektrum der Röntgenstrahlen nach einem 2,5 mm Al Fenster bei Anregung mit 100 kV

  10. Röntgenstrahlung zur Durchleuchtung in der Medizin Drehanode, Wolfram Anode • 40-120 kV, 8 ms, 10 mA, (dünne Patienten) • Das Maximum der Bremsstrahlung liegt bei etwa 50% der Anregungsspannung Das Material im Röhrenfenster, 2,5 mm Aluminium, absorbiert die langwelligen Anteile(„härtet die Strahlung“) • Im zu durchleuchtenden Material würden die „weichen“ Anteile durch den Photoeffekt (~1/ E3) stark absorbiert, sie würden deshalb ohnehin nicht zur Durchleuchtung beitragen • Photoeffekt ionisiert, schadet biologischem Material

  11. Spezielle Anwendung • Mammographie: 25-35 kV, Molybdän (Z=42) oder Rhodium (Z=45) Anode, • Al- und Kantenfilter entfernt langwellige Anteile • aber: nur Tumore mit Mikrokalken werden erkannt, erscheinen nur in langsam wachsenden Tumoren • Ziel: Mit weicher Strahlung Unterschiede in der Art des Gewebes lokalisieren

  12. Vergleich mit anderen Verfahren • Materialunterschiede mit Photoeffekt sichtbar, wegen Z4 • Mittlere Kernladungszahl im Organismus Z=7 • Strahlenbelastung 1-10 Mikrogray für eine Aufnahme ( 1000 Mikrogray = 1 Milligray pro Jahr entspricht der natürlichen Strahlenbelastung)

  13. Menschen äquivalente Röntgen-Absorber • 25 mm Al entsprechen einem dünnen Patienten (17, 22, 26 cm Bauchdurchmesser für Patientendicken-Klassen)

  14. Weitere abbildende Verfahren in der Medizin • NMR für Funktionsanalysen, Tumorsuche bei Mammographie • PET 511 keV (Positronen Vernichtung bei Rekombination) • Auflösung im cm Bereich, Computer Tomographie mm

  15. Aufbau einer Röntgenröhre zur Feinstrukturuntersuchung Bremsstrahlung Charakteristische Strahlung Fenster: 0,4 mm Be 60 V 50 kV

  16. Transmission von 0,4mm Beryllium in Abhängigkeit von der Energie der Röntgenstrahlung

  17. Cu-Anode mit Brennfleck 0,5 * 8 mm

  18. Cu-Anode mit Beryllium Fenster

  19. Photoeffekt 106 Röntgen mit 45 kV Paarbildung 103 1 Kohärente Streuung 0,1 1 10 100 1000 1.000.000 Compton-Effekt Absorption von Röntgenstrahlen nach einem Beryllium Fenster Gefürchtet! Erwünscht

  20. Röntgenstrahlung zur Beugung in der Feinstrukturuntersuchung Feststehende Röhren oder Drehanoden aus • Kupfer (E=8keV, λKα = 0,154 nm) oder • Molybdän (E=16 keV, (E=8keV, λKα = 0,07 nm) • Das Material im Röhrenfenster, 0,4 mm Berylliumium, absorbiert praktisch nicht, denn die „weiche“ Strahlung ist erwünscht: • Weiche Strahlung zeigt einen hohen Streuquerschnitt für kohärente Streuung • Allerdings: die „weichen“ Anteile ionisieren durch den Photoeffekt (~1/ E3), schädigen organisches Material • Diese Strahlung ist deshalb zur medizinischen Durchleuchtung völlig ungeeignet

  21. Zusammenfassung • Medizinisches Röntgen nur mit 2,5 mm Al Filter, absorbiert die langwellige Strahlung E<20keV, Strahlung mit Energie unter 20 keV wird in organischem Material -praktisch ausschließlich durch Photoeffekt- • stark absorbiert • ionisiert die Atome und kann Bindungen ändern (Auslöser für Mutationen) • trägt – wegen der hohen Absorption – nichtzur Durchleuchtung bei • Röntgen zur Feinstrukturuntersuchungpraktisch ohne Filter (0,4 mm Be-Fenster) • Langwellige Anteile sind erwünscht, wegen starker Anregung kohärenter Streuung • Aber: Wegen der ionisierender Wirkung und hohen Absorption ist diese Strahlung zur medizinischen Durchleuchtung völlig ungeeignet Äußerste Vorsicht beim Umgang mit Feinstrukturröhren! Schwere Strahlenschäden drohen!

  22. finis