TÖÔNG TAÙC GIÖÕA ÑIEÄN TÖÛ VAØ VAÄT CHAÁT

Chi tiết xin xem tại: http://mientayvn http://mientayvn.com/Tai_lieu_da_dich.html

Phổ điện từ Tên Bước sóng  (m) Tần số  (Hz) Nguồn gốc Thực tế Công suất điện >105 <102 Dao động của nguyên tử và phân tử ở khoảng cách vĩ mô 60 Hz tiếng ồn ở cận chuyển đổi Radio/TV 10-1 - 10-4 109 -104 thấp được phản xạ từ khí quyển trái đất Vi sóng 10-3 - 10-1 1011 - 109 Dao động của nguyên tử và phân tử Bị chặn bởi “dots” trên cửa của lò vi sóng Hồng ngoại 10-7 - 10-3 1014 - 109 Dao động của nguyên tử và chuyển điện tử Ngang qua bụi hay sương mù của bầu khí quyển Khả kiến 4-7 x 10-7 7.5x1014 - 4.3x1014 Khoảng 1/40 phổ bức xạ điện từ Tử ngoại 10-8 - 7x10-7 1016 - 1014 “tia lửa” của mặt trời Tai X 10-11 - 10-8 1019 - 1016 chuyển điện tử  có kích thước cỡ nguyên tử, phá hỏng mô, ion hóa. Tia Gamma <10-11 >1019 Chuyển hạt nhân Phá hủy mô, ion hóa.

Tương tác của ánh sáng với Chất rắn Ánh sáng đi từ môi trường này sang môi trường khác – một phần đi qua, một phần bị hấp thụ, một phần bị phản xạ tại mặt phân cách I0 = IT + IA + IR T + A + R = 1 Các kim loại không trong suốt nên các phổ ánh sáng chỉ hoặc là hấp thụ, hoặc là phản xạ Các vật liệu điện môi có thể trong suốt Các chất bán dẫn có thể hoặc là trong suốt hoặc không trong suốt Xanh dương Tím Xanh laù caây Vaøng Cam Đỏ T độ truyền qua A độ hấp thụ R độ phản xạ

Tương tác với Điện tử và Nguyên tử Hiện tượng quang học xảy ra trong lòng chất rắn bao gồm các tương tác giữa bức xạ điện từ với các điện tử, ion và nguyên tử Hai trong các tương tác quan trọng nhất là sự phân cực điện tử (electronic polarization) và sự chuyển mức năng lượng điện tử (electron energy transitions)

Tương tác với Điện tử và Nguyên tử Sự phân cực điện tử Sóng điện từ là trường điện từ dao động nhanh Ở khoảng tần số khả kiến, điện trường tương tác với đám mây điện tử bao quanh nguyên tử tạo nên sự phân cực điện tử, làm dịch chuyển đám mây điện tử một cách tương đối với hạt nhân nguyên tử  làm thay đổi hướng của thành phần điện trường Điện tử kích thích E = E4 - E2 = h42 E5 E4 Photon tới có tần số 42 Các trạng thái năng lượng của nguyên tử là không liên tục Năng lượng E3 E2 E1 Tia saùng khi truyền qua laøm meùo ñaùm maây điện tử

Tương tác với Điện tử và Nguyên tử Sự phân cực điện tử Có 2 hệ quả của quá trình phân cực là Một phần của năng lượng bức xạ có thể bị hấp thụ Vận tốc của sóng ánh sáng bị chậm lại khi đi qua vật chất – có biểu hiện là sự khúc xạ trong vật chất đó Sự hấp thụ và bức xạ của sóng điện từ làm xảy ra hiện tượng chuyển mức điện tử (electron transitions) từ trạng thái năng lượng này tới trạng thái năng lượng khác Điện tử kích thích E = E4 - E2 = h42 E5 E4 Photon tới có tần số 42 Các trạng thái năng lượng của nguyên tử là không liên tục Năng lượng E3 E2 Chỉ có những photon có tần số phù hợp với E của nguyên tử mới bị hấp thụ bời sự chuyển mức điện tử E1

Chuyển mức điện tử Trước phaùt xạ Phaùt xạ Sau phaùt xạ Photon chiếu tới Photon bức xạ Nguyeân tử ở trạng thaùi bị kích thích Nguyeân tử ở trạng thaùi cơ bản Trước phaùt xạ Phaùt xạ Sau phaùt xạ

Chuyển mức điện tử ΔE = h 42 Sự hấp thụ và bức xạ sóng điện từ có thể tạo nên sự chuyển mức của các điện tử từ trạng thái năng lượng này sang trạng thái năng lượng khác Một điện tử có thể được kích thích để từ một trạng thái bị chiếm có năng lượng E2 chuyển sang trạng thái đang còn trống ở mức năng lượng cao hơn ở E4 bằng cách hấp thụ một photon năng lượng E = h42 ΔE = h 42

Chuyển mức điện tử Sự chuyển mức điện tử trong mô hình Bohr của nguyên tử Hydro Khi điện tử nhảy đến quỹ đạo n = 2, nó phát ra photon có tần số nhìn thấy trên quang phổ vạch ΔE = h 42

Chuyển mức điện tử ΔE = h Sự thay đổi mức năng lượng điện tử của chuyển mức phụ thuộc vào tần số của bức xạ ΔE = h Do các trạng thái năng lượng của nguyên tử là rời rạc  chỉ có mức ΔE = h xác định riêng biệt của nguyên tử là được hấp thụ bởi việc chuyển mức điện tử Hấp thụ tự phát Bức xạ tự phát Bức xạ bị kích thích ΔE = h

Tương tác của bức xạ với vật chất

Tương tác của bức xạ điện từ với vật chất Số trạng thái năng lượng hấp thụ mạnh Số trạng thái năng lượng trong suốt Wavelength Nếu không mức năng lượng lượng tử hóa tương ứng với mức năng lượng của bức xạ tới, vật liệu sẽ trong suốt với bức xạ đó

Tương tác tia X Tương tác tia X Năng lượng photon tia X cao hơn năng lượng ion hóa của nguyên tử Năng lượng lượng tử của photon tia X quá lớn được hấp thụ bởi chuyển điện tử trong hầu hết nguyên tử - chỉ có kết quả có thể là lấy đi hoàn một điện tử từ nguyên tử Do đó tất cả tia X là bức xạ ion hóa Nếu tất cả năng lượng tia X được cho một điện tử, điều này được gọi là photoionization Nếu một phần năng lượng được cho một điện tử phần còn lại chuyển thành photon năng lượng thấp hơn, điều này được gọi là tán xạ compton

Tương tác tử ngoại Photon tử ngoại cao hơn năng lượng ion hóa có thể phá vỡ nguyên tử hay phân tử Số trạng thái năng lượng hấp thụ mạnh Photon tử ngoại thấp hơn năng lượng ion hóa được hấp thụ mạnh sinh ra chuyển điện tử Bức xạ UV gần (chỉ ngắn hơn bước sóng khả kiến) được hấp thụ rất mạnh ở lớp da bề mặt bởi chuyển điện tử Ở năng lượng cao hơn, nhiều nguyên tử đạt đến năng lượng ion hóa và nhiều quá trình photoionization nguy hiểm xảy ra Ánh nắng mặt trời là một hiệu ứng của bức xạ UV, và ion hóa sinh ra nguy cơ làm ung thư da

Tương tác của ánh sáng khả kiến Số trạng thái năng lượng hấp thụ mạnh Ánh khả kiến cũng hấp thụ mạnh bởi chuyển điện tích Ánh sáng đỏ hấp thụ ít hơn ánh sáng xanh Hấp thụ của ánh sáng khả kiến gây nhiệt, nhưng không ion hóa Màng chắn xe hơi truyền qua ánh sáng khả kiến nhưng hấp thụ tầng số UV cao hơn

Photon Photon (sóng điện từ) Tia X và tia gama Không thể tương tác điện tử bởi vì không mang điện tích. Khi photon tương tác với vật chất, nó phải tương tác trực tiếp Nguyên tử như toàn bộ Điện tử trên các lớp vỏ Hạt nhân nguyên tử Để mất năng lượng trong vật chất, photon chỉ có thể tương tác trực tiếp với nguyên tử và những thành phần của nó.

Các tương tác cơ bản Tán xạ kết hợp (tán xạ cổ điển; tán xạ đàn hồi) Hiệu ứng quang điện (hấp thụ) Tán xạ Compton (tán xạ không đàn hồi) Sản sinh cặp đôi

Xác suất Photon sẽ tương tác theo bất kỳ cách thức tương tác đặc trưng nào bị ảnh hưởng trực tiếp bởi Năng lượng photon tới Photon tương tác với vật chất phụ thuộc mạnh vào năng lượng của chúng Loại vật chất Nhiều photon có thể xuyên qua chất hấp thụ mà không có tương tác nào (trong suốt)

Tán xạ kết hợp (Raleigh) Photon tới có năng lượng E được hấp thụ tức thời bởi nguyên tử và tái bức xạ cùng năng lượng (E) với thay đổi nhẹ hướng ban đầu Tính chất Tán xạ đàn hồi Năng lượng photon ↑ → xác suất ↓ Bỏ qua một lượng nhỏ năng lượng lớn hơn 100keV Xảy ra theo hướng thuận là chính Bởi vì không có năng lượng chuyển thành động năng, Tán xạ này là giới hạn của y học phóng xạ. Ghi chú: Tán xạ Thompson do photon tương tác với điện tử tự do con tan xa Raleigh do photon tương tác với điện tử liên kết (như toàn bộ nguyên tử), cả hai đều là tán xá đàn hồi hay kết hợp.

Tán xạ Rayleigh Photon tới tương tác và kích thích toàn bộ nguyên tử. Xảy ra chính yếu với tia X chẩn đoán năng lượng thấp (15 đến 30 keV) Ít hơn 5% tương tác trong mô mềm trên 70 keV; hầu hết chỉ có 12% ở ~30 keV Tán xạ Rayleigh xảy ra khi kích thước hạt nhỏ hơn bước sóng ánh sáng Ánh sáng có bước sóng ngắn bị tán xạ nhiều hơn ánh sáng có bước sóng dài, ánh sáng xanh bị tán xạ gấp 10 lần ánh sáng đỏ (tán xạ từ N2 và O2 của khí quyển trái đất, ánh sáng xanh tán xạ nhiều hơn một lần trước khi tới mắt người)

Tán xạ Rayleigh Tán xạ Rayleigh có thể cho thấy mật độ và nhiệt độ của nguyên tử và ion (hạt năng). Tán xạ Rayleigh cung cấp thông tin mật độ khí (ở nhiệt độ phòng). Điều này có thể đo mật độ của điện tử và nguyên tử trong plasma. Tán xạ Rayleigh—nguyên tử không bị kích thích cũng không bị ion hóa.

Tán xạ Rayleigh Dịch chuyển Stoke: Phân tử hấp thu một phần năng lượng, nên bức xạ bước sóng dài hơn Dịch chuyển anti-stoke: phân tử mất một phần năng lượng nên bức xạ ra năng lượng có bước sóng ngắn hơn

Hiệu ứng quang điện (hấp thụ) Quan trọng bật nhất trong tương tác photon năng lượng thấp Photon tới năng lượng thấp tương tác với Điện tử lớp vỏ trong cùng Điện tử đó được bức ra Photon được hấp thụ hoàn toàn PE đỏi hỏi “mất” hay “hấp thụ hoàn toàn” photon. Sản sinh Ion dương Bức xạ đặc trưng Điện tử quang điện

Hiệu ứng quang điện Photoelectron được nhận bất cứ khi nào kim loại được kích thích bởi ánh sáng có tần số  lớn hơn tần số ngưỡng tới hạn, không tương ứng với cường độ sáng. Hiệu ứng quang điện có thể được giải thích nếu giả sử rằng E (được mang bởi ánh sáng) với lượng rời rạc. Lượng này chỉ phụ thuộc  và không phụ thuộc cường độ I ≡Einstein in 1905 ->Nobel Prize in 1921

Hiệu ứng quang điện Tiết diện ngang tán xạ vi mô: Hệ số suy giảm tuyến tính Hệ số suy giảm khối lượng:

Hấp thụ quang điện Tất cả năng lượng photon tới được chuyển toàn bộ đến điện tử của lớp vỏ bên trong(K hay L), điện tử này được bức ra từ nguyên tử. Động năng của eletron quang điện được bức ra (Ec) bằng năng lượng photon tới (E0) trừ năng lượng liên kết của điện tử quỷ đạo (Eb) Ec = Eo – Eb Lỗ trống được lấp đầy bởi điện tử quĩ đạo ngoài có năng lượng liên kết nhỏ, lỗ trống của quỹ đạo này lại được lấp bởi điện tử ở quỹ đạo xa hơn Năng lượng dư được giải phóng khi điện tử chuyển từ quĩ đạo ngoài vào trong, tạo ra bức xạ đặc trưng, năng lượng này bằng đúng hiệu năng lượng liên kết của hai quĩ đạo. Năng lượng liên kết tăng theo số nguyên tử Z

Hấp thụ quang điện

Hấp thụ quang điện Năng lượng photon tới phải lớn hơn hay bằng năng lượng điện tử bức ra. Nguyên tử được ion hóa, với nút khuyết của lớp vỏ trong cùng Điện tử tăng từ lớp vỏ ngoài vào trong Xác suất của bức xạ tia X đặc trưng giảm khi Z giảm, năng lượng photon tăng. Không xảy ra thường đối với tương tác photon năng lượng chẩn đoán trong mô mềm.

Hấp thụ quang điện Xác suất hấp thụ quang điện mỗi đơn vị khối lượng của vật liệu tỉ lệ với (Z là số nguyên tử, E là năng lượng photon tới) Không có photon ban đầu làm giảm hình ảnh Tương phản hình ảnh giảm với năng lượng tia X cao hơn.

Hấp thụ quang điện Ở năng lượng photon dưới 50 keV, hiệu ứng quang điện đóng một vai trò quan trọng trong việc ghi hình mô mềm. Quá trình có thể được sử dụng với sự sai khác biên độ suy giảm giữa mô với số nguyên tử khác nhau chút ít, tăng cường tương phản hình ảnh Quá trình quang điện chiếm ứu thế khi photon năng lượng thấp tương tác với vật liệu Z cao (screen phosphors, radiographic constrast agents, bone)

Phần trăm Compton và phân bố quang điện

Hấp thụ quang điện Mặc dù xác suất hiệu ứng quang điện giảm với năng lượng photon tăng, có một ngoại lệ. Tồn tại cạnh hấp thụ không liên tục và dốc Năng lượng photon tương ứng với cạnh hấp thụ là năng lượng liên kết của điện tử trong vỏ đặc trưng.

Hệ số suy giảm khối lượng quang điện

Hấp thụ quang điện  Hấp thụ quang điện phụ thuộc: Tiết diện ngang hấp thụ photon giảm mạnh với năng lượng photon ( Ep-3) Năng lượng photon tăng tương đối với K, L, M,... Tiết diện hấp thụ photon tăng mạnh với Z (~ Z3) Hấp thụ photon ở lớp K luôn luôn trội Trong mô, Hệ số chuyển, hấp thụ và suy giảm gần bằng nhau.  Hấp thụ quang điện phụ thuộc: Z – số nguyên tử nguyên tố E – năng lượng bức xạ photon

Hấp thụ quang điện Áp dụng đối với y học phóng xạ chẩn đoán Hiệu ứng tốt: chất lượng hình ảnh tuyệt vời Bức xạ không bị tán xạ Tăng cường tương phản mô tự nhiên: mô xương/mềm Hiệu ứng xấu; phơi bệnh nhân PE : phần lớn năng lượng của photon tới bị hấp thụ. CE : phần nhỏ năng lượng của photon tới bị hấp thụ. Làm cực tiểu hiệu ứng hấp thụ quang điện Kỹ thuật năng lượng cao Phim tia X chẩn đoán chất lượng Tương phản hình ảnh trpng PE là do hấp thụ photon tới khác nhau trong mô.

Hiệu ứng quang điện Ec = hu – Eb Tương tác giữa photon và toàn bộ nguyên tử. Photon với năng lượng lơn hơn công thoát, hay năng lượng liên kết của điện tử, có thể làm bức điện tử nguyên tử, với động năng EC: Ec = hu – Eb 38

Tia X đặc trưng Bức xạ được sản sinh bởi chuyển điện tích trong một nguyên tử Được sản sinh bởi hiệu ứng quang điện

Năng lượng liên kết của điện tử lớp vỏ của những nguyên tố quan trọng Số nguyên tử Nguyên tử Năng lượng liên kết lớp vỏ K (keV) 6 C 0.284 7 N 0.400 8 O 0.532 13 Al 1.56 20 Ca 4.04 50 Sn 29.2 53 I 33.2 56 Ba 37.4 74 W 69.5 82 Pb 88.0

Tán xạ Compton (tán xạ không kết hợp) Photon năng lượng trung bình làm bật điện tử lớp vỏ ngoài cùng Kết quả sản sinh Photon tán xạ năng lượng thấp hơn có năng lượng giảm, E’ Điện tử bật ra Kết quả tán xạ Compton - Những yếu tố ion hóa : điện tử bật ra : ion dương - photon tán xạ năng lượng thấp hơn

Tán xạ Compton (tán xạ không kết hợp) Tiết diện ngang tán xạ Compton giảm theo năng lượng photon Tiết diện ngang tán xạ Compton tăng theo mật độ điện tử re [electrons/cm3] Phụ thuộc yếu theo Z Hầu như độc lập với số nguyên tử  Tán xạ Compton phụ thuộc vào: E – năng lượng photon tán xạ re – mật độ điện tử

Năng lượng của photon tán xạ Compton theo góc lệch Năng lượng photon tới (keV) Năng lượng của photon tán xạ (keV) Góc lệch photon 30 60 90 180 25 24.9 24.4 24 23 50 49.6 47.8 46 42 75 74.3 70 66 58 100 98.5 91 84 72 150 146 131 116 95 Năng lượng cao  góc lệch ↓ : hướng thuận Năng lượng thấp  góc lệch ↑ : hướng ngược trở lại Dãy năng lượng chẩn đoán (40-150kVp) : phân bố đối xứng cao

Tán xạ Compton (tán xạ không kết hợp) Hướng tán xạ của photon phụ thuộc vào năng lượng photon Ep: Ep thấp  xác suất “backscatter” cao (~180) Ep cao  xác suất “forward scatter” cao (phân bố đỉnh,~ 0) incident photons 0 180

Tán xạ Compton (tán xạ không kết hợp) 1. Bảo toàn năng lượng 2. Bảo toàn xung lượng

Tán xạ Compton (tán xạ không kết hợp) Năng lượng điện tử bật ra khi q = 180 Năng lượng photon lệch

Tán xạ Compton (tán xạ không kết hợp) Biểu thức cổ điển Dịch bước sóng 2. Sự thay đổi năng lượng

Tán xạ Compton (tán xạ không kết hợp) A 210 keV photon is scattered at angle of 80 degree during a Compton interaction. What are the energies of the scattered photons and the compton electron?

Tán xạ Compton (tán xạ không kết hợp) Xác định năng lượng cực đại của điện tử bật ra và năng lượng cực tiểu của photon tán xạ đối với E = 51.1 keV ? Giải

Tán xạ Compton  = 00, h’max = h, Tmin = 0 q = 1800,

Tán xạ Compton Tương tác trội trong dãy năng lượng điều trị y học đối với mô mềm. Tán xạ không đàn hồi Xảy ra giữa photon và điện tử “hóa trị” vỏ ngoài Điện tử được bức ra từ nguyên tử; photon được tán xạ, giảm năng lượng. Năng lượng liên kết nhỏ, có thể bỏ qua

Tán xạ Compton Năng lượng của photon tới truyền một phần cho điện tử böùc ra töø nguyeân töû Khi năng lượng photon tới tăng, photon tán xạ và điện tử bật ra theo nhiều hướng. Những photon được nhận bởi máy thu hình ảnh, giảm tương phản hình ảnh.

Tán xạ Compton Định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng giới hạn bởi góc tán xạ và năng lượng truyền. Năng lượng cực đại chuyển cho điện tử Compton xảy ra với tán xạ ngược photon 180 độ. Góc tán xạ đối với điện tử bị bức ra không thể lớn hơn 90 độ. Năng lượng điện tử tán xạ được hấp thụ gần vị trí tán xạ.

Tán xạ Compton Năng lượng photon tới phải lớn hơn năng lượng liên kết điện tử trước khi tương tác Compton xảy ra. Xác suất tương tác Compton tăng với năng lượng photon tới tăng. Xác suất cũng phụ thuộc mật độ điện tử (số điện tử/g  mật độ) Trừ Hydro, số điện tử/g không đổi trong mô. Xác suất tán xạ Compton mỗi đơn vị khối lượng gần như độc lập với Z

Xác suất tán xạ compton

Tán xạ Compton Tần số của photon tán xạ: Hiệu ứng Compton: Tán xạ một photon tới với điện tử nguyên tử. Sự khác nhau về bước sóng giữa photon tới và photon đi: Tần số của photon tán xạ: 56

Sản sinh cặp e--e+ Có thể xảy ra khi năng lượng photon vượt 1.02 MeV Photon tương tác với điện trường của hạt nhân; năng lượng chuyển vào cặp electron-positron

Sản sinh cặp đôi Hệ số suy giảm tuyến tính

Sản sinh cặp e--e+

Electrons và Positrons Electrons và positrons mất năng lượng thông qua ion hóa như những hạt mang điện khác. Tuy nhiên, khối lượng nhỏ hơn mà chúng mất năng lượng cần thiết cũng do bức xạ: Bremsstrahlung tán xạ đàn hồi Sản sinh cặp đôi hạt thác lũ điện từ trường Bởi vì chúng tương tác tương tự tương tác điện từ, sử dụng điện tử như ví dụ ban đầu. Ion hóa: một sự khác biệt là tán xạ Bhabha của e- and e+ thay vì của e- e- tán xạ Moller. Bethe-Block cả những tiết diện ngang tương tự nhau, vì vậy đối với bậc 1, tất cả những hạt đơn với mất mát năng lượng bằng 1 ở cùng tốc độ. 60

Sản sinh cặp đôi hạt Nền rộng Tiết diện ngang toàn phần tăng nhanh theo năng lượng photon, sắp xĩ tỉ lệ Z2. So cặp đôi hạt với bremsstrahlung: Hệ số suy giảm khối lượng toàn phần 61

Tương tác Photon Năng lượng thấp (< 100 keV): hiệu ứng quang điện Năng lượng trung bình (~1 MeV): tán xạ Compton Năng lượng cao (> 10 MeV): sản sinh cặp đôi e+e- Ghi chú rằng mỗi một quá trình dẫn đến bức điện tử khỏi nguyên tử! “electromagnetic showers” 62

Độ suy giảm x dx I0 Id I I - dI l Target I I - dI l Sự thay đổi tương đối về cường độ dI ở khoảng cách nhỏ dx: dI tỉ lệ với – I dx  m : hệ số suy giảm tuyến tính

Độ suy giảm Lớp giá trị một nữa HVL Bề dày sau khi cường độ giảm một nữa giá trị ban đầu

Hệ số suy giảm tuyến tính Hệ số suy giảm tuyến tính m [cm-1] Phụ thuộc năng lượng photon và số nguyên tử của vật liệu  phổ hấp thụ Hệ số suy giảm khối lượng m /r [cm2/g] độc lập với trạng thái vật lý của vật liệu

Hệ số suy giảm tuyến tính 50keV Mật độ (gm/㎝3) Bề dày của 1 gm/㎝2 Hệ số suy giảm tuyến tính (㎝-1) Hệ số suy giảm khối lượng(㎝2/gm) 0.214 1 Nước 1 cm 0.196 0.917 đá 1.09 cm 0.000128 0.000598

Hệ số suy giảm tuyến tính Hệ số suy giảm khối lượng tổng cộng Hệ số suy giảm tuyến tính đối với hiệu ứng quang điện: τ Hệ số suy giảm tuyến tính đối với hiệu ứng Compton: σ Hệ số suy giảm tuyến tính toàn phần: μ Phụ thuộc vào số nguyên tử của mội trường và năng lượng photon của chùm tia X là quan trọng.

Hệ số suy giảm khối lượng của PE Hệ số suy giảm khối lượng quang điện Phụ thuộc số nguyên tử Z 2. Phụ thuộc vào năng lượng photon tới, E :

Hệ số suy giảm khối lượng của PE

Hệ số suy giảm khối lượng của PE Tương phản hình ảnh trên màng do hấp thụ quang điện

Compton so với Photoelectric Dưới 60 kVp hấp thụ quang điện trội, trên 60 kVp tán xạ Compton bắt đầu tăng. Phụ thuộc vào tính chất suy giảm của mô Bảng 10-13

Độ cấm sâu tia X Ray trong mô của người kVp cao hơn làm giảm hiệu ứng quang điện Hình ảnh tương phản bị hạ thấp Cấu trúc xương và phổi có thể được ghi ảnh đồng thời Ghi chú: lổ rỗng cơ thể có thể được thấy bở tương phản của môi trường: Iodine, barium

Hệ số suy giảm khối lượng của CE Hệ số suy giảm khối lượng Compton Phụ thuộc số nguyên tử, Z : Trong tán xạ Compton, năng lượng photon lớn hơn năng lượng liên kết của những điện tử bị ảnh hưởng Phần lớn những điện tử là khí bao gồm cả khí tự do. Mật độ điện tử ( = số điện tử mỗi gram) Xác định hệ số suy giảm khối lượng Compton Tất cả mô sinh học có cùng hệ số suy giảm khối lượng Compton

Hệ số suy giảm khối lượng của CE Hệ số suy giảm khối lượng Compton 2. Phụ thuộc năng lượng photon, E : Klein-Nishina fomula giảm theo năng lượng

Hệ số suy giảm khối lượng

Hệ số suy giảm khối lượng

Hệ số suy giảm theo độ cấm sâu

Relation between Coefficients Các loại hệ số suy giảm Coefficient Symbol Relation between Coefficients Units of Coefficients Linear μ m-1 Mass (μ/ρ) m2/kg Electronic μe (μ/ρ)·(1 / 1000 Ne) m2/eletron Atomic μa (μ/ρ)·(Z / 1000 Na) m2/atom ρ: mật độ Na số nguyên tử mỗi gram = Na / A Ne : số điện tử mỗi gram = Na Z /A Z : số nguyên tử của vật liệu

Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số suy giảm Bốn yếu tố Xác định mức độ suy giảm của chùm tia X khi nó ngang qua vật chất. Radiation Matter Energy Density Atomic number Electrons per gram

Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số suy giảm Mật độ và số nguyên tử Mối liên hệ giữa mật độ và số nguyên tử Qui luật không đơn giản Tổng quát, nguyên tố với số nguyên tử cao đặc hơn nguyên tố với số nguyên tử thấp hơn Tuy nhiên, có ngoại lệ Vàng và Chì Atomic number Density Gold 79 19.3 [g/cm3] Lead 82 11.0 [g/cm3]

Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số suy giảm Water Số nguyên tử 7.4 không cần chú ý tới trạng thái (rắn, lỏng và khí) Nhưng, mật độ khác nhau trong ba dạng 50keV Density (gm/㎝3) Thickness of 1 gm/㎝2 Linear Attenuation Coefficient (㎝-1) Mass Attenuation Coefficient (㎝2/gm) 0.214 1 WATER 1 cm 0.196 0.917 ICE 1.09 cm 0.000128 0.000598

Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số suy giảm Mật độ và điện tử mỗi gram Không có mối liên hệ giữa mật độ và điện tử mỗi gram Bởi vì mật độ phụ thuộc thể tích (trọng lượng mỗi thể tích) Một gram nước Có cùng số điện tử trong ba trạng thái 1 cm3 như chất lỏng 1670 cm3 như chất khí

Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số suy giảm Số nguyên tử và điện tử mỗi gram Số điện tử mỗi gram là hàm của số neutron trong nguyên tử. Nếu nguyên tố không có neutron, Tất cả vật liệu có 6.02×1023 điện tử/gram Nhưng, số nguyên tử↑→ điện tử mỗi gram↓

Tóm lại Higher Lower Energy Suy giảm Giảm cường độ chùm tia X khi nó di chuyển qua vật chất hoặc bởi hấp thụ hoặc lệch hướng photon từ chùm(tán xạ) Suy giảm bức xạ đơn sắc Theo hàm mũ, mỗi lớp hấp thụ suy giảm cùng phần trăm photon trong chùm, thay đổi về số lượng, không thay đổi tính chất. Tất cả photon trong chùm có cùng năng lượng Suy giảm bức xạ đa sắc Không theo hàm mũ Phần trăm lớn photon năng lượng thấp bị suy giảm bởi lớp hấp thụ đầu tiên, vì thế số lượng photon năng lượng cao trong chùm chiếm đa số khi ngang qua lớp hấp thụ, làm tăng độ cứng chùm Higher Energy Lower

Tóm lại Lượng suy giảm phụ thuộc Năng lượng bức xạ Và ba đặc trưng của vật chất Số nguyên tử Số điện tử mỗi gram Mật độ Tăng năng lượng làm tăng số photon truyền qua, trong khi tăng số nguyên tử, mật độ hay số điện tử mỗi gram giảm truyền qua. Năng lượng và số nguyên tử Xác định phần trăm tương đối của hấp thụ và Compton Với hấp thụ năng lượng thấp và số nguyên tử cao: hiệu ứng quang điện chiếm ứu thế Khi năng lượng tăng, hiệu ứng quang điện giảm, cho đến khi nền của suy giảm Compton được duy trì

Tóm lại Mật độ Là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến suy giảm Và tương phản hình ảnh phụ thuộc mạnh vào sự khác nhau về mật độ mô Số điện tử mỗi gram Đóng vai trò kém quan trọng. Tổng quát, số nguyên tử tăng, số điện tử mỗi gram giảm. Nguyên tố có số nguyên tử cao suy giảm bức xạ nhiều, mặc dù chúng có ít điện tử mỗi gram