Techniek Longen
Röntgenstraling (X-Ray)
Projectie radiografie (X-Ray)
Röntgen beeldvorming
Computed Tomografie (CT)
Positron Emissie Tomografie (PET)
Nucleaire geneeskunde
,Röntgenstraling (X-Ray)
Röntgenstraling productie
Röntgenstraling zijn elektromagnetische golven van een hoge frequentie. De energie van
hoogfrequente golven is groot, waardoor deze golven in staat zijn om atomen te ioniseren.
Elektromagnetische straling heeft een energie:
E=h ∙ f
Waarbij E de energie (eV), h de constante van Planck (eVs) en f de frequentie (1/s).
Constante van Planck :4,135 ∙ 10−15 eV ∙ seV ∙ s=6,63 ∙ 10−34 J ∙ s
In de medische diagnostiek liggen de Röntgenstralen in het
bereik van 40-120 keV. De golflengte (c= λ ∙ f ) ligt daarmee
ongeveer in het bereik 0,1 nm (bij 12,4 keV) - 0,01 nm (bij
124 keV).
De stopping power is een maat voor de mogelijkheid van de
materie om een elektron in de Röntgenbuis af te remmen.
De stopping power is enorm afhankelijk van de energie van
het elektron.
Een Röntgenbuis is vacuüm en bevat
een anode en kathode waar een
spanning tussen staat. De spanning
tussen de kathode en anode ligt
ongeveer in het bereik van 30-100 kV.
De kathode wordt warm gemaakt,
waardoor elektroden makkelijker de
kathode verlaten en richting de anode
bewegen. Bij botsing van het elektron
met de anode, ontstaan Röntgenstralen.
Kathode: In normale situatie positief. Tijdens opladen is een kathode negatief.
Anode: In normale situatie negatief. Tijdens opladen is een anode positief.
,Vuistregel: 10 mR (milli Röntgen) per mAs (milli ampère seconde)
Versnelling elektronen
Een elektron uit het filament (kathode) versnelt richting het target (anode).
Massa-energie vergelijking
De versnelling van een elektron is te berekenen met de massa-energie vergelijking:
2
E=m∙ c
Waarbij E het potentiaalverschil (J), m de massa (kg) en c de lichtsnelheid (m/s)
Voor een elektron geldt voor de massa de rustmassa van een elektron ( 9,109 ∙ 10−31 kg).
De omrekenfactor van Joule (J) naar elektron Volt (eV) is:
18
1 joule=6,24 ∙ 10 eV
Kinetische energie
De versnelling die optreedt bij een bepaald potentiaalverschil is te berekenen met de formule voor
de kinetische energie:
1 2
E= ∙ m ∙ v
2
Waarbij E het potentiaalverschil (J), m de massa (kg) en v de snelheid van het object (m/s)
Doordringing in anode
Het elektron zal tot een bepaalde diepte indringen (t). De kinetische energie van het elektron wordt
aangegeven met Te. Wanneer een elektron botst tegen de anode kunnen 2 dingen gebeuren:
- Ionisatie: 99% van het energieverlies. Hierbij ontstaat karakteristieke straling en komt
warmte vrij. Karakteristieke straling: Het elektron kan een elektron uit de k-schil schieten,
wanneer het elektron hiervoor voldoende energie heeft. Het elektron dat uit de k-schil is
geschoten zal vrij snel terugvallen en hierbij een Röntgenstraal uitzenden. Geeft bijdrage aan
het spectrum. Op spectrum weergaves zichtbaar als pieken, omdat de energieniveaus tussen
de verschillende schillen constant zijn. Veelgebruikte targetmaterialen zijn jodium, wolfraam
en molybdenum. Het percentage karakteristieke straling van de totale hoeveelheid
Röntgenstraling is afhankelijk van de spanning tussen anode en kathode.
o Jodium: 33 keV
o Wolfraaf 69,5 keV
o Molybdenum 20 keV
- Remstraling: Ongeveer 1% van het energieverlies. Het elektron weet door te dringen in de
kern, waarbij emissie van een Röntgenstraal ontstaat. Het elektron kan binnen de k-schil
afgebogen worden door de kern. Hierbij zal het elektron afremmen en van richting
veranderen, waarbij een Röntgenstraal vrijkomt. Afhankelijk van de afstand tot de kern zal de
afremming en afbuiging verschillen, waardoor de energie van de vrijgekomen Röntgenstraal
niet heel specifiek is. De straling heeft een breed spectrum en wordt daarom wel witte
straling genoemd.
, Een theorie die alle facetten bespreekt van de Röntgentheorie bestaat niet. Onderzoeken naar
kansberekening zijn veel uitgevoerd.
Stel dat een elektron afgaat op een dunne target, waarbij het niet vaker dan één keer botst. De
1
stopping power is dan ongeveer gelijk aan . De stopping power (S) is gelijk aan:
Te
d T e −b
S= = .
dt Te
Waarbij S de stopping power (eV/m), Te de elektronenergie (eV), t de afstand (m) en b de constante
die afhankelijk is van het targetmateriaal (eV 2/m).
Bij een dunne target geldt de volgende formule:
d2 ∙ N C
=
dk ∙ dt k T e
Waarbij N de fluentie (m2/s), k de fotonenergie (eV), C evenredig met Z/m e2 en Te de
elektronenenergie (eV).
N is gelijk aan de totale hoeveelheid remstraling onder alle hoeken. De differentiaal d 2N van
2
d ∙N
geproduceerde remstraling energierange (dk) per dikterange (dt) wordt dan gegeven door: .
dk ∙ dt
2
De C rechts in de formule is evenredig met Z /me . Hierbij is Z het atoomnummer en me de
elektronenrustmassa.
Voor een dunne target kan een formule worden opgesteld:
dN C Δt
=
dk k T e
De intensiteit wordt dan gegeven door:
I =k ∙ N
Waarbij I de intensiteit ((eV*m2)/s), k de fotonenergie (eV) en N de
fluentie (m2/s).
Randvoorwaarden zijn dan:
- Begin: T e =T 0 , t=0
- Eind: T e =0 , t=R , waarbij T0 de kinetische energie op t=0.
Hierdoor geldt:
[ ( )]
1
T2 2 t 2
R= 0 T e ( t )= T 0 1−
2b R
Waarbij R de afstand, waarvoor geldt: T e=0 (m), T0 de beginenergie van het foton (eV), t de afstand
(m) en b de constante die afhankelijk is van het targetmateriaal (eV 2/m).
