Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

RÖNTGEN CİHAZLARI ve FİZİK PRENSİPLERİ 7 Dr. Gülçin Dilmen.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "RÖNTGEN CİHAZLARI ve FİZİK PRENSİPLERİ 7 Dr. Gülçin Dilmen."— Sunum transkripti:

1

2 RÖNTGEN CİHAZLARI ve FİZİK PRENSİPLERİ 7 Dr. Gülçin Dilmen

3 X-IŞINLARININ OLUŞUMU

4 ATOMİK YAPI VE TEMEL PARTİKÜLLER 1  Bohr’un 1913’te tanımladığı atom modeli güneş sistemine benzer olup merkezde pozitif nukleus, çevresindeki yörüngelerde ise negatif yüklü elektronlar yer alır.  Nukleusta nukleon adı verilen subatomik partiküller bulunur.  Radyolojide bunlardan sadece proton ve nötronlar önem taşır.  Proton pozitif yüklüdür, nötronun ise yükü yoktur.

5 ATOMİK YAPI VE TEMEL PARTİKÜLLER 2  Nötron ve protonun kitleleri birbirine eşittir ve yaklaşık olarak elektron kitlesinin 2000 mislidir.  Nukleustaki protonların sayısına atomik numara denilir ve Z sembolu ile gösterilir.  Proton ve nötronların toplam sayısına ise kitle numarası denilir ve A sembolu ile gösterilir.  Örneğin altının 79 protonu (Z), 118 nötronu mevcut olup kitle numarası 197 (A)’dir.

6 ATOMİK YAPI VE TEMEL PARTİKÜLLER 3  Elektronlar negatif yüklüdür ve nukleus çevresindeki yörüngelerde dönerler.  Atomlar normalde nötral oldukları için elektron sayıları proton sayılarına eşittir.  Elektronların yörüngeleri küre şeklindedir ve merkezden dışarı doğru her yörünge K, L, M, N, O... olarak adlandırılır.  Her yörüngede bulunabilecek elektron sayısı belirli olup K’da 2, L’de 8, M’de 18, N’de 32, O’da 50 elektron bulunabilir.

7

8 ATOMİK YAPI VE TEMEL PARTİKÜLLER 4  Yörüngelerde bulunabilecek maksimal elektron sayısı 2n 2 formülü ile verilir ve n yörüngesinin merkezden dışarı doğru numarasıdır.  Peryodik tabloda en dış yörünge numarası elementin peryodunu, bu en dış yörüngedeki elektron sayısı ise grubunu belirler.  Örneğin oksijenin peryodik tabloda ikinci peryod, 6. grubta yeralır.

9

10 BAĞLAMA ENERJİSİ 1  Pozitif yüklü nukleus ile negatif yüklü elektron arasındaki çekici güce bağlama enerjisi denilir.  Bu kuvvet elektronu yörüngede tutar.  Bağlama enerjisi, nukleustan mesafenin karesi ile ters orantılıdır.  Dolayısıyla K’nin bağlama enerjisi L’den fazladır.  Bağlama enerjisi negatif olup, bir elektronu atomdan koparmak için bağlama enerjisi kadar veya daha fazla enerjinin o yörüngedeki elektrona eklenmesi gerekir.

11 BAĞLAMA ENERJİSİ 2  Tungstenin K yörünge enerjisi 70 keV, L yörünge enerjisi 11 keV’dur.  K yörüngesinden elektron kopartmak için 70 keV, L için ise 11 keV enerji gerekir.  Eğer atomun yörüngelerinde boşluk varsa bu boşluk daha yukardaki yörünge elektronları ile doldurulabilir.  Bu arada yörüngelerin bağlama enerjileri arasındaki fark kadar enerji salımı olur.  Kaide olarak atom kendisini en düşük enerjide tutmaya çalışır.

12 X-IŞINLARININ OLUŞUMU 1  X- ışınları katoddan çıkarak potansiyel farkı ile anoda hızlandırılan elektronların anodun targetine çarpması sonucu kinetik enerjilerinin dönüşümü ile oluşur.  Kinetik enerji hareket enerjisidir ve miktarı; KE = ½ mv 2 denklemi ile belirlenir (m: kg olarak kitle, v: m/sn olarak hız olduğunda KE birimi jouldur).

13 X-IŞINLARININ OLUŞUMU 2  Tüp potansiyeli kVp (kilovolt peak) olarak belirlenir. Yani tüpteki maksimal potansiyeli belirler.  70 kVp ile çalıştırılan tüpte maksimal potansiyel volt olup, elektronların maksimal kazanabildiği enerji 70 keV’dur.  Bu enerji kinetik enerji denklemine uygulandığında elektronların katod ve anod arasındaki 1-3 cm mesafelik yolda ışık hızının yaklaşık yarı hızına ulaştığı anlaşılır.  İşte bu kadar yüksek bir hızla targeti bombardıman eden elektronların kinetik enerjileri termal enerji ve x-ışını şeklinde elektromanyetik enerjiye dönüşmektedir.

14  Enerji dönüşümü; targetteki nukleusların elektrik alanı ve orbital elektronların bağlama enerjisi düzeyinde olmaktadır.  Target elektronlarının yörüngeden ayrılmadan uyarılması termal enerjiye; nukleusla ve yörünge elektronları ile etkileşim ise x-ışını (karakteristik ve frenleme radyasyonu) oluşumuna yolaçmaktadır. X-IŞINLARININ OLUŞUMU 2

15 TERMAL ENERJİ  Elektron bombardımanında kinetik enerjinin büyük kısmı ısı enerjisine dönüşmektedir.  Elektronlar, targetin dış yörünge elektronlarını aynı yörüngede daha yüksek enerji düzeyine uyarmakta ancak yörüngeden koparamamaktadır.  Uyarılmış elektronlar normal konumlarına dönerken infrared radyasyon salınır.  Böylece elektronların kinetik enerjilerinin % 99’u ısı enerjisine dönüşmektedir.

16

17 KARAKTERİSTİK RADYASYON 1  Targete ulaşan yüksek enerjili elektonların target atomlarının iç yörüngelerinden elektron koparması ile oluşur.  Elektronun ayrılması iyonizasyon olup, atom pozitif iyon haline gelir.  K yörüngesindeki boşluk daha dış yörüngelerden doldurulur.  Doldurma sırasında yörüngelerin elektron bağlama enerjileri arasındaki farka eşit düzeyde enerjili x-ışını fotonu salınır.

18 KARAKTERİSTİK RADYASYON 2  Örneğin tungstenin K yörüngesindeki boşluk L yörüngesinden doldurulursa yaklaşık 59 keV enerjili foton salınır (K enerjisi: 70 keV, L enerjisi: 11 keV).  K yörünge elektronunun koparılabilmesi için katoddan gelen elektronun 70 keV veya daha fazla enerjili olması gerekir.  Daha fazla olan enerji koparılan elektrona kinetik enerji sağlar.

19 KARAKTERİSTİK RADYASYON 3  K yörüngesineki boşluk L yörüngesinden doldurulabileceği gibi daha dış yörüngelerden de doldurulabilir.  Ayrıca elektron koparılması da daha dış yörüngelerden olabilir.  Her durumda doldurulan yörüngeler arasındaki fark kadar yani belirli düzeyde enerji salınır.  Bu nedenle bu radyasyona karakteristik radyasyon denilmektedir.  70 kVp altındaki potansiyelde karakteristik radyasyonu oluşmamakta 100 kVp’de ise total x-ışını demetinin % 15’i karakteristik radyasyon (%85’i frenleme radyasyonu) olarak ortaya çıkmaktadır.

20

21 GENEL RADYASYON 1 (Frenleme - Bremsstrahlung- radyasyonu)  Diğer iki etkileşim şeklinden farklı olarak burada katod elektronu yörünge elektronları ile değil nukleusun pozitif elektrik alanı ile etkileşir.  Katod elektronu yörünge elektronlarına rastlamadan nukleusun yanından geçerken nukleusun pozitif elektrostatik çekim alanı tarafından yavaşlatılır ve sapmaya uğrar.  Elektronun azalan kinetik enerjisi fotonu olarak salınır.  Nukleusun elektrik alanının yavaşlatma etkisi nedeni ile bu radyasyona firenleme radyasyonu (Bremsstahlung) adı verilmektedir.

22 GENEL RADYASYON 2 (Frenleme radyasyonu)  Elektron kinetik enerjinin tamamı veya bir kısmını kaybedebileceği gibi enerjisini hiç kaybetmeden de nukleusun yanından geçebilir.  Elektron tüm enerjisini kaybetmeden targette belirli mesafe yolalabilir.  Gerek katod elektronlarının enerjilerinin farklı oluşu gerekse de frenlemenin değişik miktarlarda olması nedeniyle genel radyasyon geniş bir enerji spektrumu şeklinde ortaya çıkar.

23

24 GENEL RADYASYON 3 (Frenleme radyasyonu)  90 kVp potansiyelde x-ışını enerjileri 0-90 keV arasında değişir.  Enerjinin önemli bir miktarı düşük olduğu için infrared radyasyon olarak termal enerjiye dönüşür.  Biraz daha yüksek enerjili fotonlar ise bizzat target veya cam tüp tarafından filtre edilirler.

25

26 X-IŞINI ŞİDDETİ  X-ışını şiddeti, ışın demetindeki fotonların sayısı ile enerjilerinin çarpımıdır.  Işın şiddeti Röntgen/dk ile ölçülür.  1 Röntgen, 1 santimetre küp havada 2.08x10 9 iyon çifti oluşmasına yolaçabilen radyasyon şiddetidir.  X-ışını tüpünde ışın demetinin şiddetini belirleyen 5 faktör bulunur:  1. X-ışını tüp akımı 2. Tüp potansiyeli 3. Target maddesi 4. Filtrasyon 5. Tüp voltajının dalga şekli

27 X-IŞINI TÜP AKIMI  X-ışını tüp akımı ışın şiddeti ile doğru orantılıdır.  Tüp akımı iki misli arttırılırsa iki misli sayıda foton oluşur.

28

29 TÜP POTANSİYELİ 1  Tüp potansiyeli katod elektronlarının enerjisini belirler.  Elektronların enerjisinin artması x-ışını oluşumunu hem sayı hem de enerji olarak arttırır.  Işın şiddetindeki artma tüp potansiyelinin karesi ile orantılıdır.  Dolayısıyla ışın şiddetinin eğrisi potansiyelle hem yükselir hem de daha yüksek enerjili alana kayar.

30

31 TÜP POTANSİYELİ 2  kVp’nin etkisi teknisyenler tarafından pratikte şöyle bilinir:  kVp’deki % 15 artma mA’ın iki misli artışına eşittir. Örneğin 60 kVp’den 70 kVp’e potansiyeli arttırma film dansitesini mAs’ın iki misli artması kadar etkiler.  Gerçekte ışın şiddetini iki misli artırmak için kVp % 40 arttırılmalıdır.  Ancak yüksek enerjili x-ışınları hastadan daha fazla geçtiği ve filme ulaştığı için % 15’lik artma % 40’lık artma oranında etki etmektedir.

32 TARGET MATERYALİ 1  Target maddesinin atomik numarası arttıkça x-ışını oluşumunun etkinliği artmaktadır.  Atomik numara karakteristik radyasyonunun enerjisini belirlemektedir.  Ayrıca atomik numara kısmen genel radyasyon miktarını da arttırmaktadır.

33

34 TARGET MATERYALİ 2  Düşük atomik numaralı targette firenleme (genel) radyasyon azalmaktadır.  Düşük atomik numaralı anod düşük kVp ile kullanıldığında toplam ışın demetindeki karakteristik radyasyon miktarı artar.  Molybdenum anodlar ve bu nedenle mammografide kullanılır.  40 kVp ile kullanıldığında K karakteristik radyasyon keV arasında oluşur ki mammografi için idealdir.

35 FİLTRASYON  Hem tüpün kendisine ait olan hem de ilave edilmiş filtrasyon, düşük enerjili x- ışınını absorbe ederek x-ışının effektif enerjisini arttırır ancak bu arada toplam ışın şiddeti de azalmış olur.

36

37 VOLTAJ DALGA ŞEKLİNİN ETKİSİ  Trifaze voltajda potansiyel sıfıra düşmediği ve maksimal değerlere yakın seyretiği için x-ışının hem enerjisi hem de şiddeti artar.  Trifaze cihazla çalışıldığında tek fazlıya göre film dansitesinde %12 artış olur.  Dolayısıyla monofazede 72 kVp gerektiren bir çekim için trifazede 64 kVp kullanmak gerekir.

38


"RÖNTGEN CİHAZLARI ve FİZİK PRENSİPLERİ 7 Dr. Gülçin Dilmen." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları