RÖNTGEN FİZİĞİ X-Işını oluşumu. Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "RÖNTGEN FİZİĞİ X-Işını oluşumu. Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak"

Onur Eroğlu
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 RÖNTGEN FİZİĞİ X-Işını oluşumu Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak

2 X-IŞINI OLUŞUMU Hızlandırılmış elektronların anotla etkileşimi

3 ATOMUN YAPISI VE PARÇACIKLARI Bir elementi temsil eden en küçük yapı olan atom merkezde pozitif çekirdek (nukleus) ve yörüngelerde (-) yüklü e - lardan oluşur Çekirdekte nukleon adı verilen subatomik parçacıklar bulunur

4 Proton (+) yüklü, nötron yüksüzdür Nötron ve proton kütleleri eşittir ve e - kütlesinin ~ 2000 katıdır

5 ATOMUN YAPISI VE PARÇACIKLARI Atom numarası protonların sayısına eşittir ve Z sembolü ile gösterilir Kütle numarası proton ve nötronların toplam sayısına eşittir ve A sembolü ile gösterilir Örneğin tungstenin kütle numarası (A) 184 olup 74 protonu (Z) ve 110 nötronu vardır Atom numaraları yani proton sayıları elektron sayılarına eşit olan atomlar nötrdür

7 ATOMUN YAPISI VE PARÇACIKLARI e - yörüngeleri en fazla 7 tanedir ve merkezden dışa doğru K, L, M, N, O, P ve Q harfleriyle isimlendirilir

8 Yörüngelerde bulunabilecek maksimum e - sayısı 2n 2 formülü ile verilir ve n yörüngelerin merkezden dışa doğru numarasıdır Buna göre her yörüngede bulunabilecek e - sayısı belirli olup K da 2, L de 8, M de 18, N de 32, O da 50 e - bulunabilir

9 ATOMUN YAPISI VE PARÇACIKLARI Yörünge e - sayısını belirleyen başka bir kural en dış yörüngede 8 den fazla e - bulunamaz Periyodik tabloda dış yörünge numarası elementin periyodunu, dış yörünge e - sayısı ise grubunu belirler Ör. O 2 periyodik tabloda ikinci periyot, 6. grupta yer alır

11 ATOMUN YAPISI VE PARÇACIKLARI En dış yörünge etek ( valance ) yörüngesidir ve e - sayısı atomun kimyasal ve manyetik özelliğini belirler Elektriksel olarak nötr bir atomun dış yörüngesi tam dolmamışsa veya tek sayıda e - bulunuyorsa kimyasal olarak daha reaktiftir ve manyetik özellik gösterebilir İnert gazlarda olduğu gibi dış yörüngeleri tam dolu olan atomlar ise kimyasal olarak kararlıdır

12 BAĞLANMA ENERJİSİ e - ları yörüngede tutan (+) yüklü çekirdeğin (-) yüklü e - a uyguladığı çekimdir. Bu çekim gücüne bağlanma enerjisi denir Bağlanma enerjisi, e - un çekirdeğe uzaklığının karesi ile ters orantılıdır Dolayısıyla K nin bağlama enerjisi L den fazladır Dış yörünge e - bağlanma enerjisi ~ birkaç ev tur. En iç yörünge bağlanma enerjisi en yüksektir ve binlerce ev a (kev) kadar çıkabilir Bağlanma enerjisi atom numarası (Z) arttıkça artar

13 BAĞLANMA ENERJİSİ Bağlanma enerjisi değerinin negatif karşılıkları yörüngelerin potansiyel enerji seviyelerini gösterir e - ları yörüngeden sökmek için bu çekim gücünü yenecek kadar veya daha fazla enerjinin o yörüngedeki e - a eklenmesi gerekir

14 Tungstenin K yörünge enerjisi 69.5 kev, L yörünge enerjisi 12 kev dur K yörüngesinden e - sökmek için 69.5 kev, L için ise 12 kev enerji gerekir

15 BAĞLANMA ENERJİSİ Atom yörüngelerinde boşluk varsa daha dış yörünge e - ları ile doldurulabilir Bu arada yörüngelerin bağlanma enerjileri arasındaki fark kadar enerji salımı olur Kural olarak atom kendisini en düşük enerjide tutmaya çalışır

16 BAĞLANMA ENERJİSİ X- ışınları katottan çıkarak potansiyel farkı ile anoda hızlandırılan e - ların anotta targete çarpması sonucu kinetik enerjilerinin dönüşümü ile oluşur Kinetik enerji hareket enerjisidir ve miktarı; KE = ½ mv 2 denklemi ile belirlenir (m: kg olarak kütle, v: m/sn olarak hız olduğunda KE birimi Joul dür)

18 BAĞLANMA ENERJİSİ e - lara çarpan parçacıkların veya fotonların enerjisi çarptığı e - un bağlanma enerjisinden yüksek ise e - u yerinden söker Boşluk dış yörüngedeki e - lardan biri ile doldurulur Yörüngeler arası potansiyel farkı, büyüklüğü ile orantılı olarak; ışık, ultraviyole veya karakteristik radyasyon (x-ışını) gibi fotonlara dönüşür ya da dış yörüngeden bir e - atılması (Auger elektronu) için harcanır

19 BAĞLANMA ENERJİSİ Bir maddenin fiziksel dansitesi (p), gram cinsinden kütlesinin (m), cm3 cinsinden hacmine (V) oranıdır. e - dansitesi (pe) ise atom numarasının Avogadro numarası (N= x 1023) ile çarpımının kütle numarasına (A) bölünmesi ile elde edilir İnsanda dokuların e - dansitesi genellikle fiziksel dansitesiyle orantılıdır P = m/v (gr/cm3) Pe = N.Z/A

20 BAĞLANMA ENERJİSİ e - bombardımanında kinetik enerjinin büyük kısmı ısı enerjisine dönüşmektedir e - lar, targetin dış yörünge e - larını aynı yörüngede daha yüksek enerji düzeyine uyarmakta ancak yörüngeden koparamamaktadır Uyarılmış e - lar normal konumlarına dönerken infrared radyasyon salınır Böylece e - ların kinetik enerjilerinin % 99 u ısı enerjisine dönüşmektedir

21 e - bombardımanında kinetik enerjinin büyük kısmı ısı enerjisine dönüşmektedir

22 KARAKTERİSTİK RADYASYON Targete ulaşan yüksek enerjili e - ların target atomlarının iç yörüngelerinden e - koparması ile oluşur Target atomundan e - ayrılması bir iyonizasyondur, atom pozitif iyon haline gelir

24 Çarpan e- lar anot atomu iç yörüngesinden (K) e- söker, e- sökülen yörüngedeki boşluk daha dış yörüngelerdeki e- lar tarafından doldurulur.

25 KARAKTERİSTİK RADYASYON Bu iki yörüngenin e- bağlanma enerjileri arasındaki farka eşit enerjili x-ışını fotonu salınır Teorik olarak her iç yörüngeye has karakteristik radyasyon olabilir. Pratikte sadece K ve L yörüngelerinden kaynaklananlar önemlidir Çoğunlukla sadece K yörüngesinden oluşan karakteristik radyasyon hastayı geçecek kadar yüksek enerjiye sahiptir. Diğer yörüngelerden çıkanlar tüp çıkışındaki filtreler tarafından tutulur

26 Örneğin tungstenin K yörüngesindeki boşluk L yörüngesinden doldurulursa yaklaşık 59 kev enerjili foton salınır (K enerjisi: 69.5 kev, L enerjisi: 12 kev).

27 KARAKTERİSTİK RADYASYON K yörünge e - koparılabilmesi için katoddan gelen e - un 69.5 kev veya daha fazla enerjili olması gerekir Daha fazla olan enerji koparılan e - a kinetik enerji sağlar. K yörüngesindeki boşluk L yörüngesinden doldurulabileceği gibi daha dış yörüngelerden de doldurulabilir. Ayrıca e - koparılması daha dış yörüngelerden de olabilir

28 KARAKTERİSTİK RADYASYON Her durumda doldurulan yörüngeler arasındaki fark kadar yani belirli düzeyde enerji salınır Bu nedenle bu radyasyona karakteristik radyasyon denilmektedir

29 K yörüngesinden çıkan karakteristik radyasyon L yörüngesinden düşen e - la oluşmuşsa kα, daha üst yörüngelerden düşen e - la oluşmuşsa kβ ile gösterilir. kβ ışını yörüngeler arası enerji farkı daha fazla olduğu için daha yüksek enerjilidir

30 KARAKTERİSTİK RADYASYON K yörüngesi dışındaki yörüngelerin enerji seviyeleri farklı olan alt yörüngeleri vardır Bu alt yörüngelerden düşen e - ların neden olduğu karakteristik radyasyonların enerjileri de farklıdır. K yörüngesindeki e - un sökülmesinden geriye enerji kalırsa bu enerji dış yörüngelerden bir e - un sökülmesine neden olabilir. Atılan bu e - a Auger e - u denir

31 dış yörüngeden bir e- atılması (Auger elektronu)

32 Frenleme ( bremsstrahlung, braking ) radyasyonu Diğer iki etkileşim şeklinden farklı olarak burada katot e - u yörünge e - ları ile değil çekirdeğin pozitif elektrik alanı ile etkileşir Katot e - u yörünge e - larına rastlamadan çekirdeğin yanından geçerken çekirdeğin pozitif elektrostatik çekim alanı tarafından yavaşlatılır ve yön değiştirir

33 e - azalan kinetik enerjisi foton olarak salınır. Çekirdeğin elektrik alanının yavaşlatma etkisi nedeni ile bu radyasyona frenleme radyasyonu (bremsstrahlung) adı verilmektedir.

34 Frenleme ( bremsstrahlung, braking,) radyasyonu =genel radyasyon e - kinetik enerjinin tamamı veya bir kısmını kaybedebileceği gibi enerjisini hiç kaybetmeden de çekirdeğin yanından geçebilir e - tüm enerjisini kaybetmeden targette belirli mesafe yol alabilir Gerek katot e - larının enerjilerinin farklı oluşu gerekse de frenlemenin değişik miktarlarda olması nedeniyle genel radyasyon geniş bir enerji spektrumu şeklinde ortaya çıkar

35 Frenleme ( bremsstrahlung, braking ) radyasyonu 90 kvp potansiyelde x-ışını enerjileri 0-90 kev arasında değişir Enerjinin önemli bir miktarı düşük olduğu için infrared radyasyon olarak termal enerjiye dönüşür Biraz daha yüksek enerjili fotonlar ise bizzat target veya cam tüp tarafından filtre edilirler

36 Frenleme radyasyonunun enerji spektrumu devamlı (değişken) Olmasına karşılık karakteristik radyasyon belli bir enerji seviyesindedir

37 Karakteristik radyasyonun enerji seviyesi anot metalin atom numarası ve e - un söküldüğü yörünge tarafından belirlenir

38 Karakteristik / Frenleme radyasyonu Çarpan e - ların enerjisi arttıkça ışın demeti içindeki K ışını oranı artar Tungsten hedefte 69.5 kvp den az potansiyelde karakteristik radyasyonu oluşmamakta, 80 kvp de k ışını oranı %5, 100 kvp de ise total x-ışını demetinin % 15 i karakteristik radyasyon %10 u K ışını (%85 i frenleme radyasyonu) olarak ortaya çıkmaktadır

39 Kaynaklar 1. Bushong SC. Radiologic Science for Technologist: Physics, Biology and Protection. 9 th ed. St. Louis, Mosby Elsevier, Tuncel E. Klinik Radyoloji. Bursa, Nobel & Güneş, Kaya T. Temel Radyoloji Tekniği. Bursa, Güneş & Nobel, 1997.

Benzer belgeler

RÖNTGEN FİZİĞİ 6. X-Işınlarının madde ile etkileşimi. Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak

RÖNTGEN FİZİĞİ 6. X-Işınlarının madde ile etkileşimi. Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak RÖNTGEN FİZİĞİ 6 X-Işınlarının madde ile etkileşimi Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak X-IŞINI MADDE ETKİLEŞİMİ Elektromanyetik enerjiler kendi dalga boylarına yakın maddelerle etkileşime