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/