6.6 Växelverkan Med Materia

Front 1

6.6 Växelverkan med material

Vad är växelverkan

Back 1

När röntgenstrålningen träffar materian passerar en del av strålningen igenom den utan att påverkas.

Det finns däremot en del som påverkas av materian den passerar och materian påverkas i sin tur av strålningen. Denna ömsesidiga påverkan kallas växelverkan.

Front 2

Växelverkan, -termer

Back 2

När partiklar och fotoner i den joniserande strålningen träffar på materia i dess väg, förlorar partiklarna/fotonerna energi genom kollisioner med atomkärnor och deras elektroner. Är energiöverföringen till den atomära elektronen större än dess bindningsenergi, lösgöres den från atomen/molekylen, dvs atomen/molekylen joniseras.

Ibland kan kollisionen enbart innebära att strålningspartikeln enbart ändrar riktning utan förlust av rörelseenergi, dessa kallas för elastiska.

Tillskillnad från den makroskopiska världen så innebär "kollissionerna" mellan strålningspartikeln och materians atomer ingen fysisk kontakt. Energiförlusterna/riktningsförändringen som strålningen utsätts för, orsakas istället av en växelverkan mellan strålningspartikelns elektriska och magnetiska fält och det fält som omger de elektroner och de atomkärnor som strålningen krockar med

Front 3

Vad är eV, -extra

Back 3

eV: elektronvolt

Med en elektonvolt (eV) menas den energi en elektron erhåller då den genomlöper en spänningsskillnad på 1 volt.

Front 4

Vad är attenuering

Back 4

Attenuering är den minskning i intensitet (minskning i energi) som ett strålknippe genomgår under sin passage genom materia.

ELLER

Vid växelverkan förlorar strålningen sin energi samt ändrar sin riktning. Denna process kallas attenuering (uppbromsning) och kan ske på tre olika sätt: fotoelektrisk effekt, camptoneffekt och parbildning.

- wiki
attenuering är försvagning eller dämpning av elektromagnetisk strålning, exempelvis ljus, när det åker genom ett medium. Detta sker genom absorption eller spridning.[2][3]

Front 5

Vilka faktorer påverkar attenueringen (minskning i energi!!), 4st

Back 5

Atomnummer:
- hänger ihop med hur tungt ett material är
- tunga ämnen --> kraftig attenuering dvs stor minskning i energi för fotonerna! (pg sv svårt att passera tungt material, krävs mkt energi)

Densitet:
- Hur tätt ett ämne är
- högre densitet --> mer attenuering (samma som ovan, svårt att ta sig igenom)

Elektroner per gram (e/g):
- Tjockleken på materialet
- fler elektroner --> tjockare material --> mer attenuering

Strålningens energi:
- ju högre energi desto bättre genomträngninskraft

Front 6

Vad är monoenergisk strålning

Back 6

Det är då strålningens fotoner i princip bara har en energinivå

Front 7

Hur sker attenueringen av monoenergisk strålning

Back 7

Attenueringen (minskning av energin) sker linjärt, minskar ex med 20% vid varje kollison.

Front 8

Hur ske attenueringen av polyenergetisk strålning

Back 8

Attenueringen är ej linjär eftersom fotonerna har olika stora energinivåer. De med låg energi har svårare att ta sig igenom materia och attenuerar därför snabbare. Kan vid första kollision tappa med 35% för att i nästa tappa 27% osv.

Såå dom svagaste fotonerna har ex ingen energi kvar efter första kollisionen

Front 9

Vad skulle hända med strålningen utan växelverkan

Back 9

Då går elektronerna rakt igenom atomerna utan att påverka något med dess energi

Front 10

Vilka 3 eller 4 huvudeffekter uppkommer då strålning med växelverkan träffar patienten

Back 10

x koherent spridning
x fotoelektrisk effekt
x comptonspridning
(x parbildning och fotodisintegrering)

Front 11

Hur går Koherent spridning till? (tänk kossor)

Back 11

Elektronen kommer till atomen i en vågrörelse. Atom tar upp elektronen under ett tag men avger sedan all energi igen men i en annan riktning.

Så samma våglängd, samma energi men i en annan riktning.

Koherent spridning har ingen större diagnostisk betydelse inom radiologin ef den utgör mindre än 5% av växelverkan.

Koherent spridning ses som en växelverkan mellan infallande foton och atomen i helhet. Sker vid låga energier.

Front 12

Hur uppstår Fotoelektrisk effekt

Back 12

-118100
Fotoelektriska effekten innebär att elektroner hoppar från ett material med hjälp av elektromagnetisk strålning (fotoner) Denna process utvecklar en viss energi. Einstein förklarade den på följande vis: en elektron kan frigöras från ett material genom att elektronen tar upp hela fotonens energi. Denna energi används dels till att övervinna elektronens bindning till materialet och dels till att ge elektronen en viss kinetisk energi.


Är den mest betydande växelverkan. Då fotonerna når materia, tex en tand kommer de växelverka med den. Då det uppkommer fotoelektrisk effekt kommer en foton att fångas upp i materians atomers innersta skal. Det ger istället en elektron som fortsätter i någon annan riktning.

De fotoner som inte har växelverkat med materian kommer hamna på sensorn där de avbildar en skuggbild av munnens strukturer.

Front 13

Hur stor är sannolikheten för att få fotoelektrisk effekt som växelverkan

Back 13

1/(fotonenergin^3)

Vilket innebär att fotonenergin inte bör vara alltför hög eftersom kvoten av 1 delat i ett högt tal

Front 14

Den fotoelektriska effektens funktion i en röntgen bild, fr Jan

Back 14

Ni har förstått det hela rätt.

En del primärstrålning åker igenom objektet och växelverkar med detektorn. En del primärstrålning når inte fram till detektorn därför att den växelverkar i objektet, mer i hårdvävnad än i mjukvävnad. Detta sammantaget ger upphov till en bild.

Vid växelverkan (Comptonspridning, Fotoelektrisk effekt, eller Klassisk spridning) bildas sekundärstrålning i objektet som har slumpmässig riktning och saknar bildinformation. När sådan strålning träffar detektorn medför detta en viss grad svärtning över hela bilden vilket kallas slöja. I vår verksamhet begränsar man mängden slöja bäst genom att bestråla en så liten volym som möjligt vilket görs genom att använda fyrkantbländare.

Sannolikheten för Fotoelektrisk effekt ökar dramatiskt när den infallande fotonen har en energi som är lika med eller nära bindningsenergin för elektronen i K-skalet hos det ämne fotonen växelverkar med. Detta sker således vid olika energier i olika ämnen eftersom bindningsenergin är olika hos olika ämnen (därav ordet karakteristisk)

Front 15

Hur uppstår comtonspridning, -termer

Back 15

Comtonspridning är spridning av en foton mot en elektron i ett bestrålat material, där fotonen förlorar energi.

comtonspridning är att fotonen slår ut den yttersta elektronen i bestrålat material och denne åker iväg och bildar därmed sekundär strålning.

Front 16

Vad innebär comptonspridning

Back 16

Det är vad man brukar kalla den spridda strålningen (sekundärstrålning)

Fotonerna kan spridas åt vilket håll som helst och spridningsmönstret brukar liknas vid det man får då man sprutar vatten med en vattenslang mot en vägg.
Området snett bakom röntgenapparaten drabbas mest av sekundärstrålning.

Comptonspridning uppstår i det yttersta elektronskalet. Den foton som träffar elektronen i yttersta skalet kommer att genomgå en energiminskning men inte så stor eftersom det inte krävs så mkt energi för att slå lös en elektron där. Elektronen lossnar och eftersom det inte krävdes så mkt energi så åker fotonen också iväg men med mindre energi.

-slu
Nästan all sekundärstrålning som man stöter på i diagnostisk radiologi resulterar från Comptonspridning. I Compton reaktionen interagerar en inkommande strålningsfoton med en elektron i patienten. Elektronen knuffas bort och fotonen ändrar riktning och har nu en lägre energi. Den bortknuffade elektronen kallas Compton elektron eller rekylelektron.
Om energin från primärstrålningen är sådan att Compton dominerar, blir det dålig kontrast på bilden. Fotonspridning som bildas vid Comptonspridning är också ogynnsamma eftersom de spridda fotonerna bidrar till ökad stråldos hos personalen och gör bilden suddigare (18).

Front 17

Vad kan ge upphov till mkt spridd strålning(sekundärstrålning?) om man ex ska röntga något organ i kroppen

Back 17

Om mkt mjuk vävnad ligger i vägen för det önskade objektet man vill röntga, så ger detta upphov till mer sekundärstrålning än vanligt eftersom strålningen oftare krockar då.
Ex vid röntgen av överviktig person

Front 18

Hur stor är sannolikheten för comtonstrålning

Back 18

x ökar proportionellt i takt med ökad elektrontäthet
x avtar med ökad fotonenergi

Detta är samma kriterier som för fotoelektrisk effekt. Så får man mkt fotoelektrisk effekt får man även mkt sekundärstrålning.

Hur är fördelningen av växelverkan i olika material, vatten, ben och natriumjodid;
Vatten
- mkt comtonspridning
- lika mkt koherent som fotoelektrisk

Kompakt ben
- Ungefär lika stora delar av fotoelektrisk och comton
- liten mängd koherent spridning

Natriumjodid
- nästan bara fotoelektrisk effekt
- lika liten andel comton som koherent

Front 19

Hur är röntgenkontrasterna beroende på energinivån hos strålningen

Back 19

Röntgar man tänderna vill man gärna ha stora kontraster mellan hårdvävnad (hydroxyapatit) och mjukvävnad (ex vatten).

På y-axeln i ett diagram har vi sannolikheten för växelverkan och på x-axeln energinivån i keV.

Vid höga energier har både ämnena ungefär lika hög sannolikhet för växelverkan vilket inte är bra eftersom man inte kan urskilja dom två olika strukturerna lika bra då.

Däremot har hydroxyapatit mkt större sannolikhet att växelverka än vad vatten har vid låga energinivåer så lägre energi --> högre kontraster.

Energinivån måste däremot vara hög då man vill göra ex en lungröntgen eftersom man vill se lungan och inte alla revben som ligger ivägen