Atenuación de un haz de fotones I(x): intensidad de un haz
delgado de fotones monoenergéticos después de
atravesar un atenuador de espesor x. Relación entre
coeficientes:
Interacción de fotones
Carbono
Plomo
Interacciones de fotones Puede ser con un e- fuertemente ligado,
(PE, RS), con el campo del núcleo (PP), con un e- orbital
libre (CS). e- fuertemente ligado: cuya energía de
ligadura es del orden o apenas mayor a la del fotón
incidente, e- orbital libre : El mucho menor. Durante la
interacción el fotón puede desaparecer (PE, PP),
dispersado coherentemente (RS) ó incoherentemente
(CS).
John William Strutt Lord Rayleigh (1842-1919) En 1885
escribió el trabajo: On waves propagated along the plane
surface of an elastic solid. Descubrimiento del gas inerte
argón en 1895, por el cual le otorgaron el Premio Nobel en
1904.
http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Rayleigh.html
Scattering coherente (Rayleigh). Los fotones son dispersados por
electrones atómicos fuertemente ligados, sin excitar el
átomo blanco: Ei = Ed Coherente: interferencia entre ondas
electromagnéticas secundarias que provienen de distintas
partes de la distribución de carga atómica. La
dispersión Rayleigh de la luz del sol en partículas
de la atmósfera es la razón por la cual la luz del
cielo es azul.
Scattering coherente (Rayleigh). Sección eficaz
atómica: En tejido vivo la importancia del scattering
Rayleigh es pequeña.
Arthur Holly Compton (1892-1962) Su tesis doctoral: estudio de la
distribución angular de rayos-X reflejados por cristales.
(Princeton) En 1922 midió el corrimiento en la longitud de
onda con respecto al ángulo dispersado. Bases
teoría cuántica.
http://www.aip.org/history/gap/Compton/Compton.html
Dispersión ó scattering Compton
Scattering Compton Disminuye al aumentar la energía del
fotón incidente. Sección eficaz atómica:
Entre 100 keV y 10 MeV la absorción de energía se
realiza principalmente a través de este proceso.
Efecto fotoeléctrico El fotón es absorbido,
eyectándose un electrón de las capas externas del
átomo (ionización). El átomo excitado
regresa a su estado neutro con la emisión de rayos-X
característicos.
Efecto fotoeléctrico Sección eficaz atómica:
Es un proceso dominante en la absorción de fotones para
energías de hasta 500keV. También es una
interacción dominante para materiales de bajo
número atómico.
Producción de pares Umbral de energía: 2mec2 = 1.02
MeV E+ + E- = E – 2mec2 Sección eficaz atómica: La
probabilidad aumenta con la energía del fotón
incidente.
Predominio de cada interacción
Interacciones electrones y positrones
Interacciones de electrones y positrones Interacciones
Coulombianas con un e- orbital atómico ó con el
núcleo. Puede perder energía cinética
(colisiones y pérdidas radiactivas) ó cambiar su
dirección de movimiento (dispersión). Poder de
frenado para las primeras (Sttoping power) y poder de
dispersión para las segundas (Scattering power).
Tipos de Colisiones Elásticas: el e- es desviado de su
camino original, sin pérdida de energía.
Inelásticas: el e- es desviado de su camino original y
parte de su energía es: transferida al e- orbital
atómico ó emitida como radiación de frenado.
Colisiones
Parámetro de impacto
Parámetro de impacto Para b >> a : Colisión
blanda, el e- transfiere sólo una pequeña parte de
su energía. Para b a : Colisión dura, el e-
transfiere una fracción importante de su energía
cinética. Para b << a : Interacción
radiactiva, (colisión), con el núcleo
atómico: el e- emite un fotón con energía
entre 0 y la Ee- ?
Interacciones e- _ e- orbital Resultan en ionización y
excitación del átomo. Producen pérdida de
energía por colisión y se caracterizan por el poder
de frenado másico de colisión.
Interacciones e-_núcleo Resultan en dispersión del
electrón y pérdida de energía por
emisión de radiación de frenado. Se caracterizan
por el poder de frenado radiactivo. La emisión de
radiación de frenado aumenta con el Z del absorbente y con
la energía cinética de los e-. Radiología
diagnóstica (100keV): 1%, en radioterapia (MeV):
10-20%.
Poder de frenado El poder de frenado de colisión es
importante en dosimetría: A partir de este se puede
calcular el rango de los electrones en el medio.
Fotón de 10MeV incidente en lámina de Pb.
Detectores de radiación Diseño y uso de los
distintos detectores de radiación: distintos mecanismos de
interacción. Ejemplo: PET. Utiliza radioisótopos
que decaen con emisión de positrones. Se construye la
imagen a partir de la detección de los dos rayos gama.
Detectores: anillos
Recursos Interacción de la radiación con la
materia. Cap I : Basic Radiation Physics. En formato pdf:
http://www-naweb.iaea.org/nahu/external/e3/syllabus.asp
http://www.nukeworker.com/study/