専門基礎分野

放射線物理学

放射線物理学 基礎

粒子としての挙動・運動量P P = M×V ・運動エネルギーT(74am73,62.41) T = 1/2×M×V2  (J=N・m=kg・m2・s-2)・粒子の加速 E(72am70.73、71am76、69am70) E = e×電位差V  =  1/2×M×V2   -光速度に近いとき-相対論的力学・運動量P$$P=\frac { M×V }{ \sqrt { 1-V^{ 2 }/C^{ 2 } } } $$・全エネルギー(70am74) 全エネルギー = T+MC2         = √(P2 C2+M2 C4 ) T:運動エネルギー  (一般的に放射線のエネルギーEとされるものと等しい)  MC2:静止エネルギー$$E={ M′C }^{ 2 }-{ MC }^{ 2 }={ MC }^{ 2 }×(\frac { 1 }{ \sqrt { 1-v^{ 2 }/C^{ 2 } } } -1)$$・相対論的質量m′$$P=\frac { M}{ \sqrt { 1-V^{ 2 }/C^{ 2 } } } $$ M:静止質量・相対論的速度v′$$v′=c×\sqrt { 1-{...
放射線物理学

原子と原子核

原子と原子核の大きさ(76am70、74pm70、69pm70、67am70、66.43)・原子の直径:10-10m・原子核の半径R:10-15~10-14m R=r0×(質量数)1/3   r0:1.2~1.4×10-15・原子核の体積 = (4π/3)R3 = 質量数×(4π/3) r03・原子番号が大きくなるにつれて、中性子が過剰の状態で原子核は安定する・同位体:同一原子番号で,中性子数が異なる核種の関係・安定同位体:放射性壊変を起こさない同位体・放射性同位体:放射性壊変を起こす同位体・同重体:質量数が互いに等しい関係・核異性体:原子核が一時的に励起した状態を保っている状態・同素体:同一元素の単体で,原子の配列(結晶構造)や結合様式の関係が異なるもの原子核モデル(69pm70)・液滴模型量子数(76pm70、65.42、64.42、63.42、62.42、60.41)主量子数(n)方位量子数磁気量子数スピン配置可能電子数1(K殻)00(s)×222(L殻)00(s)×280、11(p)=-1、0、1 3(M殻)00(s)×2180、11(p)=-1、0、1 0、1、22(d)=-...
放射線物理学

放射線の分類 / 壊変形式

放射線の分類(77am55.60、75pm74、73am65、72am70、71am65.70.74、70am70.pm83、68am65、65.41、64.41、61.42.43、60.42)・非電離放射線:電波、紫外線、可視光、(紫外線)など・電離放射線 ― 直接電離放射線:荷電粒子  ― 間接電離放射線:光子、中性子、(紫外線)・電磁放射線:光子線(γ線*1、特性X線*1、制動X線*2、消滅X線*1)・粒子放射線:α線*1 β線*2 電子線*2(オージェ電子*1、内部転換電子*1) 陽電子線*2 陽子線*2 重粒子線*2 中性子線*2*1:単一スペクトル放射線 *2:連続スペクトル放射線 放射性同位体の壊変形式(74am71、71pm71、70am1、68am1、67am1、61.1)α壊変 (67pm72) (A,Z) → (A-4,Z-2) + α・親核種からα粒子が飛び出す・壊変条件:Q>0 Q値={M親-(m娘+α)}×C2 M親:親核種の質量  m娘:娘核種の質量 C:光速・α粒子のエネルギーEα Eα=m娘 / (m娘+mα)×Q→α線は線スペクトルのエネルギーをもつ...
放射線物理学

荷電粒子と物質の相互作用

相互作用の種類 (72pm72、71am78)相互作用 相互作用の相手電子のエネルギー発生するもの弾性散乱原子(核)不変なし衝突損失(電離,励起)軌道電子減少 特性X線,オージェ電子放射損失原子核減少制動X線チェレンコフ効果原子減少 青色光・弾性散乱 衝突によって相手粒子の内部エネルギーを変化させない散乱*ラザフォード散乱:ごくまれな確率で原子核と衝突しておこす大角度の散乱・非弾性散乱 衝突によって相手粒子を励起状態にする場合の散乱・制動放射 (63.45) 荷電粒子が原子核の電場により制動を受け、そのエネルギーを光子として放出する現象・電子対消滅 (67am72) 陽電子と電子が対消滅し、その全静止エネルギー(1.022MeV)を180度対向に放出される2つの光子のエネルギー(0.511MeV)として放出する現象・チェレンコフ放射 (68pm73、63.47、60.48) 荷電粒子が透明な誘電物質中(屈折率n)を通過するとき、物質中での光の速度(c/n)を超えた速度(v)で移動した場合に、分極によって位相が重なり、可視光(青色)が放出される現象 屈折率nの大きい物質で発生する 発生時...
放射線物理学

光子と物質の相互作用

光子と物質の相互作用(76pm71、74pm72、68pm39、68am70、67pm73、64.46、61.47、60.46) 相互作用反応相手光子のエネルギー二次電子トムソン散乱自由電子不変なしレイリー散乱軌道電子不変なし光電効果軌道電子消滅 光電子コンプトン散乱自由電子、最外殻電子散乱反跳電子電子対生成原子核消滅 原子、陽電子三電子生成軌道電子消滅 原子、陽電子光核反応原子核 消滅 なし弾性散乱 (69pm71)・光子の波動性を示す反応 ・トムソン散乱 自由電子との相互作用 光子のエネルギーは変化せず、進行方向が変化する・レイリー散乱(干渉性散乱) 軌道電子との相互作用   光子のエネルギーは変化せず、進行方向が変化する光電効果(77pm61、75pm72、68am72) 原子核のまわりを回る束縛電子や, 金属の中で自由に動きまわる電子が, 入射した光子のエネルギーの大部分を吸収し, その系から飛び出せるだけのエネルギーを持ったときに生じる現象・光子のエネルギーEe Ee=Er‐Eb    Er:光子のエネルギー  Eb:軌道電子のエネルギー・光電子エネルギー  K殻光電子<L殻...
放射線物理学

X線の発生 /中性子の相互作用

X線の発生特性X線の発生(75am71、72am72、70.72、66.45、63.46、61.46)・詳細は前述 ↓ 放射性同位体の壊変形式・モーズリーの法則 (68pm71、64.45、63.44、62.46、61.45) 特性X線の振動数ν=C2R2(Z-σ)2 C:光速    R:リュードベリ定数 Z:ターゲットの原子番号  σ:遮蔽定数 → 特性X線のエネルギーE=hνであり、Eはターゲットの原子番号にのみ依存する制動X線の発生(74pm71、73am71、72pm71、70pm37、68pm71、67am71、66.45、65.45、63.45、62.45、60.45)・単位時間の発生強度I I=K×I×Z×V2・制動放射線の発生効率η η=K×Z×V[%]*診断領域ではηは1%未満である。 K:定数(1.1×10-9)  I:管電流  Z:ターゲットの原子番号 V:管電圧管電圧と制動放射線の最大エネルギーの関係・デュエンハントの法則(76pm73、70am72、68pm71、67am71、66.45、65.45、63.45、60.44) 加速電子のエネルギーE=e×V  ...
医用工学

電界 / 磁界 / 電磁力 / ローレンツ力

電荷・電界・電位差(電圧)電荷(量)Q 単位:C(クーロン) 電荷素量e e = 1.602×10-19[C] 2個の静電荷に働くクーロン力 (63.51) クーロン力F   $$F=\frac { 1 }{ 4πε_{ 0 } } ×\frac { g_{ 1 }×g_{ 2 } }{ r^{ 2 } } =9×{ 10 }^{ 9 }×\frac { g_{ 1 }×g_{ 2 } }{ r^{ 2 } }$$  r:距離 g:電荷 ε0:真空の誘電率電界(1つの電荷が力を及ぼす空間) 電界の強さE   E = 「電気力線の数」÷「表面線[m2]」・点電荷から距離r[m]での電界の強さE  (70pm75、67am74、61.51)$$E=\frac { g }{ 4π・r^{ 2 }・ε }  [N/C=V/m]$$・電気力線 (70am75.pm75、67am74) 電荷から放射性に発生し、電界を形成する仮想的な線 数はQ /ε本出る 正電荷から垂直に出て負電荷で終わる (単独の場合は無限点) 電界の方向を示す(接線方向) 電気力線の密度は電界の強さを示す 交わったり、枝分かれ...
医用工学

抵抗・コンデンサ・コイル / 直流回路 / 並列回路

抵抗・コンデンサ・コイル抵抗R (72am75、65.56、64.52、63.53、62.55) 単位:Ω(オーム)=1/S(ジーメンス) 電流の流れにくさを表す 電流の流れやすさはコンダクタンスという 抵抗R=ρ×長さl[m]÷断面積S[m2]    ρ:抵抗率(比抵抗)[Ω・m]*倍率器(73pm77)コンデンサ・静電誘導  導体外部からの電界により電荷が導体表面に移動する現象・静電容量(76am75、74pm77、71am75、70pm75、69pm75、68pm76、67am74、61.51) 単位:F(ファラド) 二つの導体(コンデンサ)に電圧Vを印加すると+q、-qの電界が誘起される 静電容量C = q / V[F=A・s/V=C/V] 蓄積されるエネルギーW = CV2×1/2・平行平板コンデンサの静電容量C[F] (76pm77、72am77) C[F]=ε×S[m2]÷d[m] ε:誘電率・交流回路では電圧Vの位相は、電流Iに対して90°遅れる Vc = 1/wc × I0 × sin(wt-π/2)コイルL・電磁誘導 コイル内の磁束の変化によって起電力が誘導される現...
医用工学

交流電力 / 変圧器 / 時定数 / 鉄心 / 真空管

交流電力(77am65、76pm78、74am75、73pm75、68pm76、67pm77、66.53、65.53、61.55) 一周期にわたる瞬時電力pの平均値を交流電力という・交流電力P  P=VIcosθ[W] VI:皮相電力 cosθ:力率・無効電力P  P=VIsinθ[W]・実効値=最大値(瞬時値)/√2・平均値=2/π×最大値(瞬時値)・消費電力P(電力の瞬時値の時間平均) P=V×I×cosθ V:実効値 I:実効値  cosθ:位相差変圧器の原理 (72am5、70am77、69am77) a= V2/V1  = N2/N1   = I1/I2 一次等価抵抗R1=r1+r2/a2 二次等価抵抗R2=r2+a2×r2 定格容量P=V2×I2=V1×I1変圧器の損失(76pm75、73pm76、72pm76)・損失W W=鉄損+銅損  鉄損=銅損:変圧器の最大効率1, 無負荷損(鉄損):鉄心に生じる損失        周波数が高くなると損失が減少する 1-1, ヒステリシス損 1-2,うず電流損2,負荷損(銅損):負荷電流による巻線の抵抗損        周波数では損失...
医用工学

半導体 / 様々なダイオード

固体素子(半導体)固体の帯理論・真性半導体 (77am66、69pm78) 伝導電子の密度n と正孔の密度p が等しい半導体 フェルミ準位はバンドギャップの中央に位置する 絶対零度では、電子は伝導帯に励起されず、導電性を示さない・n 形半導体 (69pm78、66.56、60.56) 真性半導体に不純物を入れ、自由電子を生じさせ、伝導電子密度n>正孔密度pとする キャリア:電子 不純物(ドナー):Siの場合Sb、P、As (いずれも15 族元素)・p 形半導体 (71pm77、60.56) 真性半導体に不純物を入れ、正孔を生じさせ、正孔密度p>伝導電子密度nとする キャリア:正孔 不純物(アクセプタ):Siの場合B、Al、Ga、In (いずれも13 族元素)・フェルミ準位 (66.56、60.56) 電子の存在確率が1/2のエネルギーのところ 真性半導体:バンドギャップ(価電子帯のすぐ上の禁止帯)の中央 n 形半導体:中央から伝導帯に近づいた位置 p 形半導体: 中央から価電子帯に近づいた位置・抵抗率 (69pm78) 絶縁体の抵抗率は1014[Ωm] シリコンの抵抗率は約105[Ωm...
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