X線の発生 /中性子の相互作用

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X線の発生

特性X線の発生

(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

放射線の分類 / 壊変形式
放射線の分類 (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  ...

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
(70am72、68pm71、67am71、66.45、65.45、63.45、60.44)
 加速電子のエネルギーE=e×V 
 V:X線管電圧[kV]
 また、eV = 
      = hC / λ
 1eV=1.6×10-19[J]
 h=6.6×10-34[Jsec] 
 C=3.0×108[m/sec]
 より
 eV[kV]= Emax 
      = hνmax
        = hC / λmin
        = 12.4 / λmin [Å] 
 *Å=10-10m

制動X線の強度分布(角度)

 (62.45)
・ゾンマーフェルトの理論式I(θ)
 I(θ)=A-sin2θ/(1-βcosθ)6
 θ:ターゲットへ入射した電子の進行方向を0°とした角度

 入射電子のエネルギーが増加した場合(10MeV以上)
 βが1に近づく → θ=0°(前方)の強度が増加
 
 入射電子のエネルギーが減少した場合(30~150keV程度)
 βが0に近づく → θ=90°(側方)の強度が増加

ターゲットでの減弱前の制動X線

クラマースの式  

 光子エネルギーE×光子数N 
  = k ×(Emax-E) 
 k:1.1×10-9

X線の線質・線量

 (68pm71)
・線量
管電流管電圧に影響され、X線の量を表す

・線質
:X線のエネルギースペクトルで表される
 簡易的には管電圧や半価層、実行エネルギーで表される

・実効エネルギー
ある連続スペクトルX線と半価層が等しくなる単色X線のエネルギー

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中性子

(73am73、70pm70、68am74、66.49、62.49)
 電荷をもたない間接電離放射線
  → 主に原子核と相互作用を起こす

・核スピン量子数:1/2

β壊変をする(半減期10分)

・エネルギーによる分類 (64.48)

エネルギー名前主な反応
~0.025eV熱中性子 中性子捕獲反応
0.1eV~1ke熱外中性子  
0.1MeV速中性子散乱

中性子と物質の相互作用 

(69pm73)

1,弾性散乱

(67am73)
 反応の前後で運動量が保存される反応
 反跳エネルギーE
$$ E=\frac { 2mM }{ (m+M)^{ 2 } } ×(1-cosθ)×En$$
 En:中性子のエネルギー  
 M:原子核の質量 
 m:中性子の質量

*原子の質量が小さい
 → 反跳エネルギーが大きい
  → 水素で最も減速させられる(ビリヤードの法則)

2,非弾性散乱

 運動エネルギーの一部が反応原子核の励起に使われる反応

吸収反応

 (72pm73,70pm70)
1,放射捕獲反応 
 原子核が励起され,γ線を放出する
 中性子は電荷を持たないため,クーロン作用を受けず,他の反応に比べて,低エネルギーで核に入れる
*中性子の結合エネルギー:約8MeV
→捕獲反応は発熱反応

*中性子捕獲反応断面積は中性子速度に反比例する
*特定のエネルギーでは共鳴吸収がある

2,荷電粒子放出反応
 軽い原子核では中性子を吸収し、荷電粒子を放出する反応がある

3,核分裂反応
 235U239Pu233Uなどの重い原子核で中性子が吸収されて起こる反応

核分裂中性子 

(68am74、62.49)
 252Cfの自発核分裂などで放出される
 連続エネルギー分布(マクスウェルボルツマン分布)をもつ
 平均エネルギーは約2MeV
 

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