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

(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

 (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

・実行エネルギー
: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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中性子と物質の相互作用

中性子

 (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~1keV  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)

・弾性散乱(67am73)
 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)

・捕獲反応 (70pm70)
 中性子の結合エネルギー:約8MeV
  → 捕獲反応は発熱反応
    原子核が励起され、γ線を放出
 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という特徴がある
 
*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

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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