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

放射線の分類 / 壊変形式

放射線の分類（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　→Eαはトンネル効果（...

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・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　＝　hν
　　　　　　＝　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

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）

中性子と物質の相互作用　

（69pm73）

1，弾性散乱

（75am73、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
　²³⁵U、²³⁹Pu、²³³U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