x- stari (rentgena stari)2. pārejas uz tuvāko kaimiņu čaulu – par α pārejām, no nākošās...

X- stari (Rentgena stari)

1. Līniju spektrs

2. Lādētu daļiņu paātrinājuma starojums

3. Starojuma avoti

X-staru līniju spektri ( Raksturīgais starojums)

• Elektronu sistēmas ierosināšana dažādās atomu čaulās ir cēlonis virknei parādību, kuras rodas

• elektronu pārejās atoma čaulu robežās

• fotona – atoma čaula mijiedarbībā

• lādēta daļiņa – atoma čaula mijiedarbībā

• lādēta daļiņa – kodols mijiedarbībā

• Atkarībā no iedarbības dabas un enerģijas vakance var parādīties;

• ārējā (valences) čaulā,

• vienā no iekšējām čaulām.

Mijiedarbības efekti:

1. Fotoerlektriskais efekts

2. Komptona izkliede

3. Tripletu veidošanās

4. Lādētas daļiņas kulona mijiedarbība ar atomu

5. Iekšējā konversija

6. Elektrona satveršana

7. Pozitronu anihilācija

8. Ožē efekts

Raksturīgais starojums

• Starojuma viļņu garums l un enerģija hn ir raksturīgas atomam, kas to staro.

• Radiatīvo pāreju kopums, ko emitē noteikts atoms, sauc par atoma līniju spektru.

• X-staru avotu enerģijas līmeņu diagrammas parasti attēlo lietojot n, l, j un mj kvantu skaitļus.

• X- starus emitē daļa no visām, tā sauktās atļautās pārejas.

•Zīmējumā attēlotas vienīgi pārejas no M un L čaulas uz K – čaulu.

• Atļautās pārejas – nepārtrauktas līnijas.

• Izvēles likumi atļautām pārejām:

ar izņēmumu no Δj =0 uz Δj = 0.1 vai0un 1 ±=±= ΔjΔl


• Enerģijas, kas atbrīvojas elektronu pārejās ir atkarīgas no absorbējošā atoma numura Z unčaulukvantu skaitļiem, kuras piedalās pārejās.

• Elektronu pārejas starp ārējās čaulas līmeņiem var atbilst optiskiem fononiem no vakuuma ultravioletā starojuma līdz infrasarkanajam starojumam. Tās sauc par optiskām pārejām.

• Pārejas starp iekšējām čaulām atomiem ar lielu atoma numuru var emitēt X- starus un tās sauc par x-staru pārejām.

• Vienošanās par terminoloģiju atomu fizikā.

1. Pārejas uz K čaulu sauc par K līnijām, uz L čaulu – par L līnijām, uz M čaulu – par M līnijām u.t.t.

2. Pārejas uz tuvāko kaimiņu čaulu – par α pārejām, no nākošās tuvākās čaulas – par β pārejām u.t.t.

3. Pārejas starp vienasčaulas uz otru ne vienmēr ir ar vienu un to pašu enerģiju čaulas līmeņu sīkstruktūras (apakščaulas) dēļ. Pāreju ar lielāko enerģiju apzīmē ar ciparu 1, nākošo augstākoo ar ciparu 2 u.t.t.


4. Zīmējumā pāreja Kα3 ir aizliegta pāreja (Dl=0) no L uz K čaulu

5. Pāreja Kb1 atļauta pāreja no M uz K čaulu 0un 0ar 12 2/12/1 ==→ ΔjΔlss

1un 1ar 13 2/12/3 ==→ ΔjΔlsp

Ožē efekts (Auger effect)

• Ožē efekta dēļ pāreju rezultātā starp atoma elektronu čaulām raksturīgais x- starojums var neparādīties.

• Elektroni var piedalīties pārejās, kas pārkapj raksturīgā starojuma izvēles likumus.

• Enerģiju starpība tiek pārdota citiem orbitāliem elektroniem, kuri tOže elektroni.iek emitēti no atoma kā Ožē elektroni vai Kostera- Kroniga elektroni

• Atbrīvoto elektronu kinētiskā enerģija: elektronu pārejas enerģijas un Ožē saites enerģijas starpība.

• Ožē efekta mehānisms: primārā pāreja notiek starp divām čaulām. Ožē elektrons tiek emitēts no sub-čaulas (L).

•Kostera- Kroniga efekta mehānisms: primārā pāreja’notiek starp līmeņiem subčaulas robežā. Pārejas enerģija tiek transformēta uz elektronu augstākā čaulā.

• Super Kostera-Kroniga efektā primārā pāreja notiek starp līmeņiem subčaulas robežās. Pārejas enerģija tiek transformēta uz elektronu tai pat čaulā.

Ožē efekts (Auger effect)

• Fluorescences iznākums ω dotai čaulai: emitēto raksturīgo fotonu skaits uz radīto vakanci. K čaulai ωK, L čaulai ωL.

• Ožē efekts tipiski rodas no aizliegtām radiatīvām pārejām.

• Fluorescences iznākums ω liela numura atomu materiālam ir ievērojami lielāks nekā maza numura atomu materiāliem.

•

• Fluorescences iznākums atkarība no atoma numura Z:

• wK krītošā starojuma enerģijai hν > (EB)K

• wL krītošā starojuma enerģijai (EB)L < hν < (EB)K

• fluorescences frakcija kopējā starojumā PK starojuma enerģijai hν > (EB)K

• fluorescences frakcija kopējā starojumā PK starojuma enerģijai (EB)L < hν < (EB)K

Paātrinātu lādētu daļiņu starojums ( Bremzes starojums)

• Lādētas daļiņas raksturojas ar:

• miera masu

• lādiņu

• ātrumu

• kinētisko enerģiju

• Medicīniskās fizikas pielietojumiem attiecībā uz miera masu lādētas daļiņas sadala divās klasēs

• vieglās lādētās daļiņas

• elektroni e-

• pozitroni e+

• smagās lādētās daļiņas

• protoni p

• deitroni d

• alfa daļiņas α

• smagie joni, tai skaitā Li+, Be+, C+, Ne+, citi joni


Lādētu daļiņu ātrums

• Attiecībā uz ātrumu lādēta daļiņa var būt:

• stacionāra ar

• kustoša ar nemainīgu ātrumu

• kustoša ar paātrinājumu

→

v0=

→

v

0=→

vkonstante=

→

v

dtvdv /→→

=

→

E

Stacionāra lādēta daļiņa

• Stacionāra lādēta daļiņa ir saistīta ar elektrisko lauku ap to

• Elektriskā lauka enerģijas blīvums ρ:

→

E

2E021 ερ =

kur ε0 ir vakuuma dielektriskā konstante ( ).ms/VA 1085.8 120 ⋅⋅×= −ε

• Tā ir elektriskā lauka enerģija, kura vienmēr tajā saglabājas un netiek izstarota.

• Elektriskais lauks E(r) , ko rada stacionāra daļiņa ar lādiņu q ir izotrops:

204

1)(rqr

επ=E


Lādēta daļiņa, kas kustās ar konstantu ātrumu

• Lādētai daļiņai, kas kustās ar pastāvīgu ātrumu kopā ar elektrisko lauku ir

saistīts magnētiskais lauks .

• Kopējais enerģijas blīvums :

0=→

v

const=→

v

→

B

→

B

→

E

2

00 2

121 BE2

μερ +=

ms/AV 104 70 ⋅⋅×= −πμkur μ0 ir vakuuma magnētiskā uzņēmība

• Enerģija ir uzkrāta laukā un kustās kopā ar lādēto daļiņu.

• Enerģija kustoties netiek izstarota

• Elektriskā lauka konfigurācija ap kustošos lādētu daļiņu ir atkarīga no kustības ātruma.


• Pie maza (klasiska) ātruma elektriskais lauks, ko staro daļiņa ir izotrops un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam.• Pie ātruma, tuva gaismas ātrumam c, elektriskais lauks samazinās virzienos uz priekšu un atpakaļ attiecībā pret kustības virzienu.• Elektriskais lauks kustības virzienā ir saspiests ar koeficientu kur

• Elektriskais lauks perpendikulāri kustības virzienam ir izplēsts ar koeficientu

Lādēta daļiņa, kas kustās ar konstantu ātrumu

)1( 2βγ −=

211

βγ

−=

cv

=β

• Lauka paplašināšanās relatīviskām daļiņām kustoties caur absorbējošu vielu, palielina daļiņas mijiedarbības šķērsgriezumu un daļiņas kinētiskās enerģijas zudumus.


Paātrināta lādēta daļiņa: elektriskais un magnētiskais lauki.

• Retardētais (aizkavētais) potenciāls: potenciāls, kas laika momentā t darbojas uz daļiņu, bet ir radīts daļiņas iepriekšējā laika momentā, kad daļiņa atradās tās trajektorijas retardētā(aizkavētā) pozicijā.

• Retard’tā potenciāla cēlonis ir elektromagnētiskā lauka galīgais izplatīšanās ātrums, vienāds ar gaismas ātrumu c.

• Elektriskais un magnētiskais potenciāli, kuri darbojas uz daļiņuP1 pozicijā C, ir pilnīgi noteikti ar daļiņas P2 pozicijā A pozicijas C pagātnes pagātnes konā, kuru nosaka gaismas izplatīšanās ātrums.

• Pāātrinātas daļiņas elektriskajam un magnētiskajam laukiem ir divas komponentes:

1. Lokālā (tuvā) ātruma lauka komponente, kas samazinās ~1/r2.

2. Tālā (starošanas) paātrināšanas lauka komponente, kas samazinās ~ 1/r.


Paātrināta lādēta daļiņa: elektriskais un magnētiskais lauki.

• Medicīniskā fizika un dozimertrija: tipiskas situācijas ir lieli attālumi no starojuma avota.

• Salīdzinot ar 1/r var neievērot tuvā lauka komponenti 1/r2.

• Radiācijas enerģijas zudumus nosaka elektriskā un magnētiskā lauka tālā lauka komponente.

• Izteiksmes komponentēm

( )r

vcq

rvrrq

⋅

=××

=θ

επεπsin

41 vai

4 20

30

&rrrr

EE

crv

cq

rrv

cq EBB ==

×=

⋅

θπμ

πμ sin

4 vai

40

20 &

rrr

rr - rādijas – veltors, kas savieno lādēto daļiņu ar novērošanas punktu

-lādētās daļiņas paātrinājums⋅

vr

q – daļiņas lādiņš

θ - leņķis starp un

c – gaismas izplatīšanās ātrumsvrrr

• un izplatās ar gaismas ātrumu c un veido elektromagnētisku (EM) starojumu vai bremzes starojumu, kuru rada paātrinoša (vai palēninoša) daļiņa.

Er

Br


Radiācijas enerģijas blīvums

• Enerģijas blīvums:222 EBE 0

00 2

121 ε

μερ =+=

Radiācijas intensitāte

• Emitētās radiācijas intensitāte I(r,θ) ir enerģijas plūsma caur vienības laukumu A, ko nosaka vektoru reizinājums , ko sauc par Pointinga vektoru :

• Elektromagnētiskam starojumam vektori ir savstarpēji perpendikulāri

• Ievieto vektoru E un B izteiksmes :

0/ μBErr

× Sr

0/ μBESrrr

×=

2

2

3

22

00

sin16

1),(rc

aqcrIS θεπ

εμ

θ ==== 2

0

EEBr

• Secinājumi:

•Emitētās radiācijas intensitāte ir proporcionāla:

• q2 – daļiņas lādiņa kvadrātam

• a2 - daļiņas paātrinājuma kvadrātam

• sin2θ

• Emitētās radiācijas intensitāte ir apgriezti proporcionāla r2.

• Emitētās radiācijas intensitāte ir maksimāla daļiņas kustības virzienā.


Paātrinātas daļiņas elektromagnētiskā starojuma jauda.

•Jauda P (enerģija laika vienībā) – intensitātes integrālis pa visu laukumu

3

22

0

2

0

33

22

02

2

0

2

62sin

162

sin),(2),(),(

caqd

caq

drrIdΩrrIdArIdtdP

εππθθ

εππ

θθθπθθ

π

π

==

=====

∫

∫∫∫E

•Jaudas izteiksme – Larmora sakarība bremzes starojuma jaudai:

• ~ q2 -daļiņas lādiņa kvadrāts;

• ~ a2 – daļiņas paātrinājuma kvadrāts.

• Rezultāts nosaka vienu no dabas pamatlikumiem:

Jebkad lādētai daļiņai paātrinoties vai palēninoties tā emitē daļu savas kinētiskās enerģijas fotonu bremzes starojuma veidā.


X- starojuma radīšanas efektivitāte

• Bramzes starojums rodas vienīgi neelastīgā Kulona mijiedarbībā starp lādētu daļiņu un absorbētāja kodolu

• Ņutona spēka un Kulona spēka līdzsvars

204 r

zeZemaεπ

=

• Paātrinājums proporcionāls

• daļiņas lādiņam (ze)

• absorbējošā kodola lādiņam (Ze)

• Apgriezti proporcionāls

• lādētās daļiņas masai (m)

• attāluma kvadrātam stap mijiedarbojošām daļiņām (r2)

2rmzeZea ∝

• Protons salīdzinot ar elektronu lielās masas dēļ rada daudz mazāku bremzes starojuma radiāciju

mp/me=1836, (mp/me)2 ~ 4 x 106 reižu mazāka


X- starojuma radīšanas efektivitāte

• Kopsavilkums:

• smagās lādētās daļiņas sadarbībā ar vielu zaudē enerģiju galvenokārt atomu jonizācijā;

• smagās lādētās daļiņas mijiedarbībojas ar vielas orbitāliem elektroniem.

• smago lādēto daļiņu apturēšanas jauda ir sadursmes: S=Ssadursmes

• vieglās lādētās daļiņas sadarbībā ar vielu zaudē enerģiju sadursmēs un radiatīvi:

• attiecīgi sadarbība ir ar orbitāliem elektroniem un kodolu

• Vieglo daļiņu apturēšanas jauda: S = Ssadursmes + S radiācija

• 1915.g. :W.Dunae un F. Hunt: daļiņa var starot enerģijas daudzumu, kas ir robežās no nulleslīdz daļiņas kinētiskai enerģijai EK

minmaxK 2

λπν chE h

==

• Eksperimentāli novēro asu īso viļņu robežu


Volframa X-staru spektrs, Ierosināšana elektroni 100 keV

Vieglas lādētas daļiņas: elektroni

X-staru spektrs:

Pa kreisi: konstanti Z un keV, maina mA

Vidū: konstanti Z un mA, maina keV

Pa labi: konstant keV, mA, maina Z

Cu- X-staru spektrs ierosināts ar subpikosekunžu lāzera radītām mikroeksplozijām vara mērķī1770 keV protoni


Smagas lādētas daļiņas: protoni, Cu- tvaiku mikroeksplozijas


Relatīviskā Larmora sakarība

• Ir spēkā pārveidojums:

mpva•

•

==r

rr

• Larmora sakarība relatīviskiem ātrumiemdtpd

dtpd

cmq

dtdEP

rr

⋅== 22

2

061επ

• Speciālā gadījumā lineārai kustībai (lineārie paātrinātāji):

2

32

2

0

2

22

2

0 61

61

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛==

dxdE

cmq

dtdp

cmq

dtdEP

επεπ

• Impulsa izmaiņa laikā ir vienāda ar enerģijas izmaiņu vienības attālum/a.

Relatīviskais elektriskais lauks, ko rada paātrināta lādēta daļiņa

• Lādētas daļiņas ātrumu ietekmē elektriskais lauks E, un, palielinoties β = v/c, elektriskā lauka Etelpiskais sadalījums E tiek novirzīts kustības virzienā un palielina intensitāti,

• No klasiskās izteiksmes

vr

rv

cq

⋅

=θ

επsin

41 2

0

&E izteiksme E atšķiras ar reizinātāju ( ) 2/5

cos1

1

ϑβ−

( ) ( ) 2/520 cos1

sin 4

1, θ

θεπ

θ−

=

⋅

rv

cqr&

E• Relatīviskam ātrumam ir spēkā


Relatīviskā Larmora sakarība

• Palielinoties β emitētā starojuma intensitātes sadalījuma vērsums arī tiek sašaurināts kustības virzienā

( ) ( )52

2

2

3

2

00

cos1

sin 16

1),(, θ

θεπ

εθθ−

===

⋅

ra

cqcrIrS 2E

Radiācija intensitāšu sadalījums diviem paātrinātiem elektroniem:

EK= 10 eV; EK= 1 MeV

Maksimālās intensitātes normētas.

Maksimālo intensitāšu attiecība:

1 : 1.44 x 104


Raksturīgais leņķis θmax

• β pieaug Maksimālās intensitātes raksturīgais leņķis βmax samazinās.

• Raksturīgā leņķa definīcija.

• Atvasinājums

• Iegūst :

0/),(max

==θθ

θθ drdI

( ) ( )0

cos1sin5

cos1cossin2

6max

max3

5max

maxmax =−

−− θβ

θβθβ

θθ

05cos2cos3 maxmax2 =−+ βθθβ

• Kvadrātvienādojums pret cosθmax :

• Skaitlisks risinājums dažādām elektrona enerģijām.

1

230

2

22

16

−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

rcaeC

επ

MeV 511.0kur , 1

11 20

20

K

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−== cm

cmEc

vβ

EK (MeV) β γ θ max C I(r,θmax)10-5 0.006 1.00002 89.2o 1.000010-4 0.020 1.0002 87.2o 1.002510-3 0.063 1.002 81.2o 1.02410-2 0.195 1.02 64.40 1.26310-1 0.548 1.20 35.0o 6.471 0.941 2.96 10.0o 1.44 x 104

10 0.999 20.4 1.4o 1.62 x 1011

102 0.9999 70.71 0.4o 1.64 x 1015


Raksturīgais X staru leņķis atkarībā no elektrona kinētiskās enerģijas

Normalizētais elektrona ātrums atkarībā no elektrona kinētiskās enerģijas.

Sinhrotrona starojums

• Sinhrotrona starojums – elektromagnētiskais starojums, ko emitē lādētas daļiņas, kas kostas pa liektu trajektoriju.

• Sinhrotrons- paātrinātājs, kas lādētas daļiņas paātrina pa cirkulārām orbitām līdz relatīviskām enerģijām.

• Daļiņas cirkulārā trajektorijā notur magnētisks lauks. Tādēļ efektu sauc par magnētisku bremzes starojumu.

• Starojumu var uzskatīt:

• nevēlams traucēklis, kas rada enerģijas zudumus, lai cirkulāros paātrinātājos iegūtu lādētas daļiņas ar augstu enerģiju

• izcils intensīvas īsu impulsu starojuma avots X-staru un ultravioletajā spektra rajonos.

• Sinhrotrona starojuma cēlonis: magnētiskā lauka radīts Lorenca spēks, kas darbojas perpendikulāri daļiņas kustības virzienam un rada centrtieces paātrinājumu.

•

H.A. Lorentz(1853-1928)

• Daļiņas paātrinājums a.

• Larmora sakarība starojuma jaudai P:

3

22

061

caqP

επ=


• Klasiska lādēta daļiņa. Paātrinājums:

• Relatīviska daļiņa: masa m = γ m0

• Paātrinājumu cirkulārā kustībā ar rādiju R līdzīgi nosaka sakarība

Rva

2

=

'0 dtdpamF ==

kur p – relatīviskais daļiņas impulss p = mv = γ m0v

t’ – saskaņā ar Lorenca transformāciju īstais laiks daļiņas koordinātu sistēmā : 21/' βγ −== ttt

• Turpmāk neņem vērā γ izmaiņu laikā t.

• Paātrinājums: ( )Rv

dtdv

dtvmd

mdtdp

ma

2220

0 '1 γγ

γγ====

• Relatīviskās daļiņas starotā jauda

20

42

2

4

30

42

3

22

0 6661

Rcq

Rv

cq

caqP

επγ

επγ

επ===

• Daļiņas pilnai enerģijai ir spēkā kur E0 ir daļiņas miera enerģija02

0 EcmE γγ ==

• Relatīviskās daļiņas starotā jauda 4

02

0

2

6 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

EE

RcqPεπ


Lorenca transformācija laikam, ko jūt paātrinātā daļiņa:

Elektromagnētiskā lauka aizkavēšanās dēļ telpiski pārdalās starojuma virziens

Starojuma intensitāte ir proporcionāla ( )52

cos1

sin),( θ

θθ−

∝rI

Sinhrotrona starojums4

02

0

2

6 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

EE

RcqPεπ

• Enerģijas zudumu ātrumu pie konstanta liekuma rādija nosaka

• Palielinot paātrinātāja rādiju enerģijas zudumi samazinās.

• Augsti relatīviskai daļiņai β~1 enerģijas zudumus aprēķina viena pilna apriņķojuma laikam τ :

4

0

4⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=EEγ

cR

vR ππ

τ22

≈=

• Radiācijas enerģijas zudumi vienā apriņķojumā4

00

24

02

0

2

32

6 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛==Δ

EE

Rq

cR

EE

RcqPE

επ

επτ

• Radiācijas enerģijas zudumi vienā apriņķojumā ir

•apgriezti proporcionāli rādijam R

• proporcionāli (E/E0)4

• Elektroniem (q = e un masu m0 = me = 0.511 MeV) enerģijas zudumiem ir spēkā

( ) RE

RE

cmqEe

4

48

4

420

2

MeVmeV108.8

)(3 ⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ ⋅

×==Δ −

ε


• Enerģija tiek starota kā konuss daļiņas justības virzienā pa pieskari

• Kona pusleņķis θsin aptuveni ir (E0/E)

•Sinhrotrona starojums - nepārtraukts spektrs

Čerenkova radiācija• Lādēta daļiņa, kas kustās brīvā telpā ar paātrinājumu, staro.

• Lādēta daļiņa, kas kustas brīvā telpā ar konstantu ātrumu, nezaudē kinētisko enerģiju – nestaro.

• Ja lādēta daļiņa caurspīdīgā dielektriskā materiālā veic vienmērīgu taisnvirziena kustību, daļa no tās kinētiskās enerģijas tiek izstarota kā elektromagnētisks starojums.

nccv n => n – refrakcijas koeficients

• Starojuma izpētījuši P.A. Čerenkovs un S.I. Vavilovs 1934.g.

• Čerenkova radiācija nāk no dielektriķa liela skaita atomiem, kurus polarizē ātra lādēta daļiņa.

• Lādētās daļiņas lauks paātrina polarizēto atomu orbitālos elektronus.

• Ja izpildās nosacījums par daļiņas polarizēto atomu pāātrinātie elektroni koherenti staro radiāciju.

• Čerenkova radiācija tiek emitēta gar virsmu konam, kas centrēts daļiņu izplatīšanās virzienā.

• Kona vienādojums

kur c/n- gaismas ātrums vielā, β c – daļiņas ātrums

nvcn

βθ 1cos cer ==

tnc

ctβ

• Robežātrums brobežas = 1/n, zem kura Čerenkova starojuma nav

•Starojuma nosacījums: Daļiņas ātrumam v dotajā materiālā jāpārsniedz gaismas fāzes ātrums cn.

Čerenkova radiācija•Čerenkova radiācijas slieksnis ūdenim vslieksnis=0.75 c.

• Čerenkova radiācija nav atkarīga no lārētās daļiņas masas.

• Emisijas maksimālais leņķis ir

• Čerenkova radiācija parādās redzamajā un tuvā redzamajai spektra rajonos.

• Čerenkova radiācijas emisijas leņkis ir atkarīgs no viļņu garuma refrakcijas indeksa spektrālās atkarības dēļ.

• Čerenkova radiācijas intensitāte intervālā Dλ ir ~ 1/λ.Starojuma spektrālais sastāvs ir ar maksimumu zilajā spektra daļā (Foto: Raktors ar ūdens neitronu palēninātāju)

• Čerenkova starojuma enerģija ir maza salīdzinot ar sadursmju radītiem enerģijas zudumiem.

• Čerenkova leņķis ļauj izmērīt ļādēto daļiņu enerģiju.

(1/n) cos arc)( maxcer =θ

Čerenkova leņķa maiņa lādētai daļiņai zaudējot enerģiju kustībā pa absorberu.

X-staru radīšanas paņēmieni

• Problēmas•X-staru radīšana pielietojumiem medicīnā ir ierobežota ar vieglām lādētām daļiņām

• Augstas enerģijas elektronu palēnināšana materiālos Kulona neelastīgās sadursmēs ar kodoliem.

•Elektronu palēnināšana aizkavētos potenciālos, kas notiek mikroviļņu starojumā. Radītā radiofrekvence (2856 MHz) tiek izmantota standarta klīniskos paātrinātājos.

• Elektronu palēnināšana, kura rada bremzes starojumu pacientā, kas saņem negaidītu dozu.

• Elektronu paātrināšana lineāros paātrinātājos, kas rezultējas uz pacientu apstarošanu ar nevēlamu dozu.

• Lielas enerģijas elektroni var izsaukt kodolu reakcijas, kas pacientā rada radioaktīvus izotopus.

• Paātrinātāju tipi:

• elektrostatiskie

• lineāriais paātrinātājs

• Cikliskie paātrinātāji

• mikrotrons

• betatrons

• ciklotrons


Daļiņu paātrinātāji

• Paātrinātāju tipi:

• elektrostatiskie

• lineāriais paātrinātājs

1 V

E -1 eV

ENERGIZER

+ -+

+- +-

ENERGIZER

+-

+

-

+

-

+

ENERGIZER

+

-++- +-

ENERGIZER

+

-+

+- +-

ENERGIZER

+-

+

-

+

-

+

ENERGIZER

+-

+

-

+

-

+Lineārie paātrinātāji

• Lineāri novietoti pāātrinošie elektrodi

•Paātrinošo potenciālu komutācijas siztēma.

• Potenciālu komutātors, singronizētsar elektromu paketes iziešanas laiku caur ekektrodu pāriem.

Lineārie paātrinātāji

Lineārā paātrinātāja principiālā konstrukcija.

• Paātrinošais spriegums starp caurulēm

• Cauruļu garums aug atbilstoši daļiņas ātrumam.

• Pastāvīga paātrinošā potenciāla frekvence.

Lineārie paātrinātāji

Linak’u paaudzes

• Mazu enerģiju fotoni (4-9 MV). Vertikāls elektronu paātrinātājs. Stacionārs izlīdzinošais filtrs, Ārējie ķīļi. Izocentriska montāža. Viena transmisijas jonizācijas kamera.

• Vidējo enerģiju fotoni (10-15 MV) un elektroni. Liekta elektronu kūļa trajektorija. Kustināmi objekts un izlīdzinošais filtrs. Izkliedes folijas. Elektronu koni –fokusēšana.

• Augstu enerģiju fotoni (18-25 MV) un elektroni. Divas fotonu enerģijas un mainīgas elektronu enerģijas. Ahromātisks nolieces magnēts. Dubultas izkliedes folijas vai skanējams elektronu zīmuļa kūlis. Motorizēta objekta kustība. Asimetriski vai neatkarīgi kolimātoora žokļi.

• Augstu enerģiju fotoni un elektroni. Datorvadītas operācijas; DinamIskie ķīļi. Multilapiņu kolimātors.

•Augstu enerģiju fotoni un elektroni. Fotonu plūsmas modulācija ar multilapiņu kolimātoru. Pilna dinamiska konformāla doza at intensitātes modulētiem kūļiem un multilapiņu kolimātoru. Tieša vizualizācija.

Moderna linak’a attēls.

Moderna linak’a shematisks attēls.

Moderna linak’a attēls.

Ciklotrons- lineāro paātrinātāju tālāka attīstība izmantojot iespēju daļiņas magnētiskā laukā kustināt pa liektu līniju.

• Iespēja atkārtoti lietot daļiņas paātrinošo mezglu.

• Pirmais ciklotrons: 1930-tie gadi E.O Laurenss (Lawrence)

• Ciklotronā ar 9 cm diametru protoni paātrināti līdz 80 keV.

• Ciklotrona konstrukcija:

• divi magneti ar pusapaļiem, elektriski izolētiem poliem

• centrā jonu avots

• starp poliem elektrodi, kas pievada paātrinošo potenciālu

• Ciklotrona kamerā starp poliem injecē jonu paketi

•Jonu paketi paātrina ar nepieciešamā frekvences maiņspriegumu brīžos,

kad pakete iet caur paātrinošajiem eleltrodiem spraugā starp magnētiem.

•Maiņsprieguma frekvence un fāze jāpieskaņo paketes ceļam pa spirāli.

Ciklotrons

Ciklotrons

http://www.physicsmasterclasses.org/exercises/erlangen/de/exp_forsc/areamap.gif

Sihrotrona kūļa glabāšanas gredzens: X- un UV- staru avots


Betatrona darbības princips Das erste Betatron wurde 1940 von Donald William Kerst1940.g. D.W Kerst Uni-Illinoisa.

• Uzbūve līdzīga ciklotronam.

• Divi dipolu magneti

• Magnetā elektronu avots

•Elektronus paātrina laikā mainīga magnētiskais lauks, kas paātrina elektronus.

• Princips analogs sprieguma transformātora uzbūvei.

• Elektronu kūlis – viens transformatora vijums.

Cikliskie paātrinātāji

Betatroni

Elektronu kūļu iegūšana


Mikrotrons (Japāna)

Protonu kūļu iegūšana

x- stari (rentgena stari)2. pārejas uz tuvāko kaimiņu čaulu – par α pārejām, no nākošās...

Documents