ODDZIAŁYWANIE

PROMIENIOWANI

A JONIZUJĄCEGO

Z MATERIĄ

S

P

I

S

T

RE

Ś

CI

• 1.

PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE

• 2.

FIZYCZNY ETAP ABSORPCJI PROMIENIOWANIA

JONIZUJĄCEGO: PROMIENIOWANIE KORPUSKULARNE

• 3.

FIZYCZNY ETAP ABSORPCJI PROMIENIOWANIA

JONIZUJĄCEGO: PROMIENIOWANIE
ELEKTROMAGNETYCZNE

• 4.

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

• 5. ZJAWISKO COMPTONA
• 6.

TWORZENIE PAR ELEKTRON-POZYTON

• 7.

WYSTĘPOWANIE

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO

,

COMPTONA I TW

ORZENIE

PAR POZYTON

-

ELEKTRO

N

• 8.

OSŁABIANIE PROMIENIOWANIA

ELEKTROMAGNETYCZNEGO (X i gamma)- PRAWO
POCHŁANIANIA

• 9.

LINIOWY I MASOWY WSPÓŁCZYNNIK

POCHŁANIANIA

• 10.

BIBLIOGRAFIA

• 11

PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE

• Promieniowanie jonizujące

jest ważnym czynnikiem
wpływającym na organizmy
żywe. Jest wynikiem
pochłaniania promienio

wania

i szeregu procesów
związanych z absorpcją
energii. Promieniowanie
jonizujące może mieć
charakter korpuskularny lub
fali elektromagnetycznej.

• Oddziaływanie

promieniowania jonizującego
na materię można podzielić
na 3 etapy

-- fizyczny

-- chemiczny
-- biologiczny

FIZYCZNY ETAP ABSORPCJI PROMIENIOWANIA

JONIZUJĄCEGO: PROMIENIOWANIE KORPUSKULARNE

Cząstki promieniowania korpuskularnego mają duże energie kinetyczne, dzięki którym

mogą wzbudzić atomy ośrodka z którym się zderzają lub jonizację. Wzbudzone
atomy emitują kwanty promieniowania elektromagnetycznego, które przy niższych
energiach (fale widzialne lub ultrafioletowe) zamieniane są następnie na ciepło.

Jeśli pochłanianymi cząstkami promieniowania jonizującego są elektrony (β-) to mogą

być one wyhamowane w pobliżu jąder atomowych ośrodka pochłaniającego.

Jeśli elektrony wybijane w procesie jonizacji posiadają duże energie kinetyczne to są

one równoważne z elektronami z promieniowania (β-) i ulegają tym samym
procesom absorpcji.

Jeśli energia wybitych elektronów jest mała, to poprzez zderzenia zostaje ona

zamieniona na ciepło.

W wyniku absorpcji promieniowania korpuskularnego powstają elektrony, zjonizowane

atomy, promieniowanie elektromagnetyczne i ciepło.

Cząstki jonizujące w zderzeniach z atomami ośrodka tracą swą energie kinetyczną,

czyli maleje ich prędkość. Absorpcja energii powinna gwałtownie rosnąć w miarę
spadku prędkości cząstki.

FIZYCZNY ETAP ABSORPCJI PROMIENIOWANIA

JONIZUJĄCEGO: PROMIENIOWANIE

ELEKTROMAGNETYCZNE

• Promieniowanie

elektromagnetyczne (czyli
kwanty y lub promienie
Roentgena) pochłaniane
jest w :

-zjawisku fotoelektrycznym
-efekcie Comptona
-powstawaniu par elektron-

pozyton

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

• Zjawisko fotoelektryczne polega na absorpcji energii

kwantu promieniowania przez elektron znajdujący się na
jednej z orbit atomu ośrodka pochłaniającego. Energia
pochłanianych kwantów jest duża, więc ich absorpcja
prowadzi do jonizacji, a wybite elektrony posiadają energię
kinetyczną równą różnicy energii pochłoniętego kwantu i
energii jonizacji:

• Gdy energia kwantów promieniowania
Przyjmuje wartość od 100 keV do 10MeV
to pojawia się efekt Comptona.

eV - elektronowolt

ZJAWISKO COMPTONA

• Zjawisko Comptona polega na sprężystym zderzeniu kwantu

promieniowania z elektronem

(w tkankach miękkich to zjawisko przeważa nad

dwoma pozostałymi zjawiskami)

W tym zderzeniu foton oddaje część swej energii elektronowi, co

prowadzi do zmniejszenia częstości promieniowania; zmienia się
kierunek ruchu fotonu – dochodzi do jego rozproszenia.

Fotony rozproszone w efekcie Comptona mogą daleć brać udział w tym

zjawisku ( jeżeli maja wystarczająco energii) lub mogą być
pochłonięte w zjawisku fotoelektrycznym.

TWO

RZENIE PAR ELEKTRON-PO

ZYTON

• Zjaw

isko tworzenia par zachodzi wtedy, gdy

ene

rgia kwantu p

romieniowania przekracza

graniczną wartość

1,02MeV i taki kwant

przechodzi w pobliżu jądra atomowego.

• W t

ym zjawisku dochodzi do zamiany energii

promieniowania

na masę 2

cząsteczek: elektronu

i pozytonu,

masy obu cząste

czek są jednakowe.

• Gdy e

nergia fotonu jest większa niż

1,02MeV to

nadwyżka jest przekazywana

cząstkom w postaci

energii

kinetycznej.

• Po

napotkaniu przez pozyton elektronu obie

cząs

tki

anihilują,

czyli znikają ;).

W wyniku

anihilacji z dwóch cząst

eczek

po

wstaje

promieniowanie gamma.

• W

zjawisku anihilacji musi być zachowana zasada

zac

howania pędu i energii.

• Pow

stałe w wyniku tworzenia par kwanty mają

zbyt

małe ener

gie, aby ponownie uczestniczyć w

procesie twor

zenia

par; m

ogą natomiast brać

udział w zjawisku

fotoelektrycznym i Compt

ona.

WYSTĘPOWANIE

ZJAWISKA

FOTOELEKTRYCZNEGO

, COMPTONA I

TW

ORZENIE PAR POZYTON

-

ELEKTRO

N

• Zjawisko efektu

fotoelektrycznego przeważa,
gdy energie padających
kwantów są niewielkie, zjawisko
Comptona występuje głownie
dla średnich wartości energii, a
zjawisko tworzenia par przeważa
dla najwyższych energii.

OSŁABIANIE PROMIENIOWANIA

ELEKTROMAGNETYCZNEGO (X i gamma)-

PRAWO POCHŁANIANIA

• Pochłanianie wiązki promieniowania

prowadzi do jej osłabienia.

• Prawo absorpcji-

natężenie wiązki

promieniowania przechodzącego przez
warstwę substancji maleje wykładniczo
wraz ze wzrostem grubości tej warstwy.

I-

natężenie

wiązki promieniowania

przechodzącej

przez

warstwę

I

o

-

natę

żenie

wiązki padaj

ącej

x -

grub

ość

warstwy

substancji (absorbe

ntu

)

α -

linio

wy współczynnik absorpcji (pochłan

iania

)

e -

l

oga

rytm natura

lny

LINIOWY I MASOWY WSPÓŁCZYNNIK

POCHŁANIANIA

• Liniowy współczynnik pochłaniania (α ) charakteryzuje

ośrodek pochłaniający. Na wartość liniowego
współczynnika składają się trzy składniki :
fotoelektryczny (r), comptonowskiego (δ) i tworzenia par
(π).

α=r+ δ+ π

Wartości składników zależą od energii padających kwantów, co wpływa na

wartość liniowego współczynnika , tak jak wpływa gęstość pochłaniającego
ośrodka i stan jego skupienia . Aby uniknąć tej zależności stosuję się
masowy współczynnik pochłaniania.

Masowy współczynnik pochłaniania jest to po prostu liniowy

współczynnik pochłaniania podzielony przez gęstość.
Masowy współczynnik odpowiada zdolności absorpcyjnej
warstwy absorbentu o masie 1kg i 1m2

.

BIBLIOGRAFIA

• Miękisz S., Hendrich A. , Biofizyka
• Jaroszyk F., Biofizyka

• http://www.ipj.gov.pl/pl/szkolenia/matedu/podstawy.htm#_T

oc7408386

• www.lepla.org/pl/modules/Activities/m17/m17-theo.htm
• www.wikipedia.org.pl/wiki/Prawo_Bouguera
• www.wikipedia.org.pl/wiki/Promieniowanie_jonizujące

ZAKOŃCZENIE

•