Ιατρική Φυσική. Π. Παπαγιάννης Επίκ. Καθηγητής, Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή Αθηνών Γραφείο

Transcript

1 Ιατρική Φυσική Π. Παπαγιάννης Επίκ. Καθηγητής, Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή Αθηνών Γραφείο PHYS215

2 Ιατρική Φυσική: Δοσιμετρία Ιοντίζουσας Ακτινοβολίας Βιολογικές επιδράσεις Ακτινοπροστασία Βιβλιογραφία: κεφ. 2-5 από το σύγγραμμά σας Προτεινόμενα ξενόγλωσσα συγγράμματα: F. H. Attix, Introduction to radiological physics & radiation dosimetry P. Mayles, A. Nahum, J.C. Rosenwald, Handbook of Radiotherapy Physics

3 Δοσιμετρία Ιοντίζουσας Ακτινοβολίας 1. εισαγωγή / μεγέθη για την περιγραφή του πεδίου ακτινοβολίας 2. αλλ/δραση φωτονίων-ύλης: δοσιμετρικά μεγέθη 3. αλλ/δραση φορτισμένων σωματιδίων-ύλης: δοσιμετρικά μεγέθη 4. υπολογιστική δοσιμετρία 5. πειραματική δοσιμετρία 6. βιολογικές επιδράσεις 7. ακτινοπροστασία

4 Σχετική πιθανότητα κάθε είδους αλληλεπίδρασης

5 Συναρτήσεις δυνάμεων και λογαριθμικές κλίμακες... y=ax ±n => logy=log(ax ±n )=loga+log(x ±n ) logy = loga ± nlogx

6 μ/ρ (cm 2 /g) Σύμφωνη σκέδαση H 2 O (Z eff =7.5) & Pb(Z=82) 1.00E E E E E E E E E-05 Πιθανότητα ανά μονάδα μάζας: ~Z/E E E Ενέργεια φωτονίου (kev)

7 μ/ρ (cm 2 /g) Φωτοηλεκτρικό H 2 O (Z eff =7.5) & Pb(Z=82) 1.00E E E E E E E E E-05 Πιθανότητα ανά μονάδα μάζας : ~Z 34 /E E E Ενέργεια φωτονίου (kev)

8 μ/ρ (cm 2 /g) Σκέδαση Compton H 2 O (Z eff =7.5) & Pb(Z=82) 1.00E E E E E E E E E E E Ενέργεια φωτονίου (kev) Πιθανότητα ανά μονάδα μάζας : Μειώνεται με την Ε Ανεξάρτητη του Ζ!!!

9 μ/ρ (cm 2 /g) Δίδυμη γένεση H 2 O (Z eff =7.5) & Pb(Z=82) 1.00E E E E E E E E E E E Ενέργεια φωτονίου (kev) Πιθανότητα ανά μονάδα μάζας : Αυξάνει με την Ε (>1,02 MeV) Αυξάνει με τον Ζ

10 μ/ρ (cm 2 /g) Πιθανότητα αλλ/σης ανά μονάδα μάζας υλικού 1.00E E E E E E E E-03 Σύμφωνη Compton Φωτ/κό Δ.Γ. Νερό Συνολικός 1.00E E E E Ενέργεια φωτονίου (kev) Φωτοηλεκτρικό Compton

11 μ (cm -1 ) Πιθανότητα αλλ/σης ανά μονάδα πάχους υλικού 1.00E E E+00 μαλακός ιστός λιπώδης ιστός μαστός οστό αέρας 1.00E E Ενέργεια φωτονίου (kev)

12 Πιθανότητα αλλ/σης ανά μονάδα μάζας υλικού

13 Ενέργεια που μεταφέρεται σε φορτισμένα σωματίδια Ενδιαφέρει η ενέργεια που μεταφέρεται σε φορτισμένα σωματίδια μιας και λόγω της μικρής τους εμβέλειας σημαντικό μέρος της θα απορροφηθεί τοπικά Η ποσότητα αυτή ορίζεται ως KERMA (Kinetic Energy Released per unit Mass): tr KERMA K [ K] J kg Έχει τις ίδιες μονάδες με τη δόση αλλά δεν ισούται με αυτή καθώς τα φορτισμένα σωματίδια μπορεί να απολέσουν ενέργεια με ακτινοβολία πέδησης

14 Ενέργεια που απορροφάται από το υλικό Έστω g το ποσοστό της κινητικής ενέργειας φορτισμένων σωματιδίων που μετατρέπεται σε ακτινοβολία κατά την αλληλεπίδρασή τους με το υλικό (πέδηση, εξαΰλωση, απόδιεγέρσεις ατόμων) Το ποσοστό της κινητικής ενέργειας φορτισμένων σωματιδίων που απορροφάται από το υλικό λόγω διεγέρσεων & ιονισμών θα είναι (1-g) g~0 για Ε<< ή Ζ<< Μπορώ τότε να ορίσω το μαζικό συντελεστή ενεργειακής απορρόφησης, μ en : en tr en tr ( 1 g) για μόρια και μίγματα δεν υπολογίζεται όπως ο μ tr ή ο μ λόγω διαφορών στις ενεργειακές στοιβάδες ελευθέρων ατόμων και ατόμων στο μόριο

15 Ενέργεια που απορροφάται από το υλικό Με τον μαζικό συντελεστή ενεργειακής απορρόφησης, μ en μπορώ να υπολογίσω το μέρος του KERMA που θα απορροφηθεί από το υλικό. Συμβολίζεται Κ col (collision KERMA): collisionkerma tr (1 g) [ K] J kg en K col Έχει τις ίδιες μονάδες με τη δόση. Μπορεί να υπολογιστεί σε κάθε σημείο P Iσούται με τη δόση στο P υπό την προϋπόθεση ότι η ενέργεια που εκφράζει θα μεταδοθεί σε dm περί του P (θα απορροφηθεί από την dm υλικού περί του Ρ) και δεν θα διαφύγει

16 Ενέργεια που απορροφάται από το υλικό Αν είναι γνωστή η Ψ, το Κ col μπορεί να υπολογιστεί σε κάθε σημείο P Η δόση δεν μπορεί να υπολογιστεί από την Ψ Η δόση είναι μετρούμενο μέγεθος (σε πεπερασμένη μάζα dm) που μπορεί να θεωρηθεί κατά προσέγγιση ίση με το Κ col υπό την προϋπόθεση ότι η ενέργεια Κ col δεν θα διαφύγει της dm

17 Συνοπτικά (1):

18 Συνοπτικά (2):

19 ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1. Α) Υπολογίστε το πάχος Al και Pb που απαιτείται για να επιτευχθεί παράγοντας διέλευσης 10% λεπτής παράλληλης δέσμης φωτονίων Ε=0,1 και 1 MeV. Β) Υπολογίστε τα αποτελέσματα και σε μονάδες επιφανειακής πυκνότητας (πάχους µάζας ή ανηγμένης μάζας). 2. Α) Υπολογίστε το ρυθμό ΚΕΡΜΑ στον αέρα σε απόσταση 1m από σημειακή πηγή Co- 60 και Cs-137 ενεργότητας 1 mci. Β) Επαναλάβετε τους υπολογισμούς αν η πηγή θωρακιστεί με Pb πάχους 5 mm. 3. Λεπτή παράλληλη δέσμη Ν 0 =10 20 φωτονίων ενέργειας 6 MeV προσπίπτει κάθετα σε φύλλο Pb πάχους 12 mm. Α) Υπολογίστε τον αριθμό κάθε είδους από τις αλληλεπιδράσεις που θα σημειωθούν (φωτ/κό, Compton, δ.γ.). Β) Πόση ενέργεια αφαιρείται από τη δέσμη με κάθε είδος αλλ/σης; Γ) Πόση ενέργεια μεταφέρεται σε ενέργεια φορτισμένων σωματιδίων; 4. Λεπτή παράλληλη δέσμη Ν0=10 4 φωτονίων ενέργειας 10 MeV προσπίπτει κάθετα σε μάζα C πάχους 20 cm. Να υπολογίσετε σε τμήμα του C πάχους 1 mm που βρίσκεται σε βάθος 10 cm: Α) Την ενέργεια που αφαιρείται από τη δέσμη Β) Την ενέργεια που μεταφέρεται σε φορτισμένα σωματίδια Γ) Την ενέργεια που απορροφάται Δ) Την ενέργεια που μετατρέπεται σε φωτόνια σκέδασης Ε) Την ενέργεια που μετατρέπεται σε ακτ. πέδησης * για συντελεστές αλληλεπίδρασης ανατρέξτε στη διεύθυνση: /