Tương tác giữa điện tử và vật chất

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)

 

ppt86 trang | Chia sẻ: Mr Hưng | Ngày: 10/09/2016 | Lượt xem: 20 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang nội dung tài liệu Tương tác giữa điện tử và vật chất, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TƯƠNG TÁC GIỮA ĐIỆN TỬ VÀ VẬT CHẤTChi tiết xin xem tại: ổ điện từTênBước sóng  (m)Tần số  (Hz)Nguồn gốcThực tếCông suất điện>1051019Chuyển hạt nhânPhá hủy mô, ion hóa.Tương tác của ánh sáng với Chất rắnÁnh 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 cáchI0 = IT + IA + IRT + A + R = 1Các kim loại không trong suốt nên các phổ ánh sáng chỉ hoặc là hấp thụ, hoặc là phản xạCác vật liệu điện môi có thể trong suốtCác chất bán dẫn có thể hoặc là trong suốt hoặc không trong suốtXanh dươngTímXanh lá câyVàngCamĐỏT độ truyền quaA độ hấp thụR độ phản xạTương tác với Điện tử và Nguyên tửHiện 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 tửHai 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 tửE1E2E3E4E5Điện tử kích thích E = E4 - E2 = h42Photon tới có tần số 42Năng lượngCác trạng thái năng lượng của nguyên tử là không liên tụcSự phân cực điện tửTia sáng khi truyền qua làm méo đám mây điện tửSóng điện từ là trường điện từ dao động nhanhỞ 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 trườngTương tác với Điện tử và Nguyên tửCó 2 hệ quả của quá trình phân cực làMột phần của năng lượng bức xạ có thể bị hấp thụVận tốc của sóng ánh sáng bị chậm lại khi đi qua vật chất – có biểu hiện là sự khúc xạ trong vật chất đóSự 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 khácE1E2E3E4E5Điện tử kích thích E = E4 - E2 = h42Photon tới có tần số 42Năng lượngCác trạng thái năng lượng của nguyên tử là không liên tụcChỉ có những photon có tần số phù hợp với E của nguyên tử mới bị hấp thụ bời sự chuyển mức điện tửSự phân cực điện tửVào năm 1916, Einstein trình bày rằng những quá trình khác nhau, bức xạ kích thích có thể xảy ra Trước sauHấp thụBức xạ kích thíchBức xạ tự phátChuyển mức điện tửChuyển mức điện tửChuyển mức điện tửSự 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 khácMột 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42ΔE = h 42Chuyển mức điện tửSự chuyển mức điện tử trong mô hình Bohr của nguyên tử HydroKhi điện tử nhảy đến quỹ đạo n = 2, nó phát ra photon có tần số nhìn thấy trên quang phổ vạchΔE = h 42 Hấp thụ tự phát Bức xạ tự phát Bức xạ bị kích thíchΔE = 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 tửChuyển mức điện tửTương tác của bức xạ với vật chấtTương tác của bức xạ điện từ với vật chất 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 đóWavelengthSố trạng thái năng lượng hấp thụ mạnhSố trạng thái năng lượng trong suốtTương tác tia X 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 comptonTương tác tia XNăng lượng photon tia X cao hơn năng lượng ion hóa của nguyên tửTương tác tử ngoại 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 daPhoton tử ngoại thấp hơn năng lượng ion hóa được hấp thụ mạnh sinh ra chuyển điện tửSố trạng thái năng lượng hấp thụ mạnhPhoton tử ngoại cao hơn năng lượng ion hóa có thể phá vỡ nguyên tử hay phân tửTương tác của ánh sáng khả kiến 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 hơnSố trạng thái năng lượng hấp thụ mạnhPhotonPhoton (sóng điện từ)Tia X và tia gamaKhông thể tương tác điện tử bởi vì không mang điện tích.Khi photon tương tác với vật chất, nó phải tương tác trực tiếpNguyên tử như toàn bộĐiện tử trên các lớp vỏHạt nhân nguyên tửĐể 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 bảnTán 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 đôiPhoton sẽ tương tác theo bất kỳ cách thức tương tác đặc trưng nào bị ảnh hưởng trực tiếp bởiNăng lượng photon tớiPhoton tương tác với vật chất phụ thuộc mạnh vào năng lượng của chúngLoại vật chấtNhiều photon có thể xuyên qua chất hấp thụ mà không có tương tác nào (trong suốt)Xác suấtPhoton 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 đầuTính chấtTán xạ đàn hồiNăng lượng photon ↑ → xác suất ↓Bỏ qua một lượng nhỏ năng lượng lớn hơn 100keVXảy ra theo hướng thuận là chínhBởi vì không có năng lượng chuyển thành động năng, Tán xạ này là giới hạn của y học phóng xạ.Tán xạ kết hợp (Raleigh)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 RayleighPhoton 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 keVTán xạ Rayleigh xảy ra khi kích thước hạt nhỏ hơn bước sóng ánh sángÁnh 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 RayleighTán 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.Dịch chuyển Stoke: Phân tử hấp thu một phần năng lượng, nên bức xạ bước sóng dài hơnDịch chuyển anti-stoke: phân tử mất một phần năng lượng nên bức xạ ra năng lượng có bước sóng ngắn hơnTán xạ RayleighQuan trọng bật nhất trong tương tác photon năng lượng thấpPhoton tới năng lượng thấp tương tác vớiĐiện tử lớp vỏ trong cùngĐiện tử đó được bức raPhoton được hấp thụ hoàn toànPE đỏi hỏi“mất” hay “hấp thụ hoàn toàn” photon.Sản sinhIon dươngBức xạ đặc trưngĐiện tử quang điệnHiệu ứng quang điện (hấp thụ)Hiệu ứng quang điệnPhotoelectron 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 1921Hiệu ứng quang điệnTiết diện ngang tán xạ vi mô:Hệ số suy giảm tuyến tínhHệ số suy giảm khối lượng:Hấp thụ quang điệnTất 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 – EbLỗ 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 hơnNăng 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 điệnNăng 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 cùngĐiện tử tăng từ lớp vỏ ngoài vào trongXác 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 điệnXác 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 ảnhTương phản hình ảnh giảm với năng lượng tia X cao hơn.Hấp thụ quang điệnHấp thụ quang điệnỞ 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 ảnhQuá 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 điệnMặc 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 dốcNăng lượng photon tương ứng với cạnh hấp thụ là năng lượng liên kết của điện tử trong vỏ đặc trưng.Hấp thụ quang điệnHệ số suy giảm khối lượng quang điệnTiết 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 tốE – năng lượng bức xạ photon Hấp thụ quang điệnÁp dụng đối với y học phóng xạ chẩn đoánHiệu ứng tốt: chất lượng hình ảnh tuyệt vờiBức xạ không bị tán xạTăng cường tương phản mô tự nhiên: mô xương/mềmHiệu ứng xấu; phơi bệnh nhânPE : 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 điệnKỹ thuật năng lượng cao Phim tia X chẩn đoán chất lượngTương phản hình ảnh trpng PE là do hấp thụ photon tới khác nhau trong mô.Hấp thụ quang điệnHiệu ứng quang điệnTương 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 – EbBức xạ được sản sinh bởi chuyển điện tích trong một nguyên tửĐược sản sinh bởi hiệu ứng quang điệnTia X đặc trưngNăng lượng liên kết của điện tử lớp vỏ của những nguyên tố quan trọng Số nguyên tửNguyên tửNăng lượng liên kết lớp vỏ K(keV)6C0.2847N0.4008O0.53213Al1.5620Ca4.0450Sn29.253I33.256Ba37.474W69.582Pb88.0Photon năng lượng trung bình làm bật điện tử lớp vỏ ngoài cùngKết quả sản sinhPhoton tán xạ năng lượng thấp hơn có năng lượng giảm, E’Điện tử bật raKết quả tán xạ Compton - Những yếu tố ion hóa : điện tử bật ra : ion dương - photon tán xạ năng lượng thấp hơnTán xạ Compton (tán xạ không kết hợp)Tiết diện ngang tán xạ Compton giảm theo năng lượng photonTiết diện ngang tán xạ Compton tăng theo mật độ điện tử re [electrons/cm3]Phụ thuộc yếu theo ZHầu như độc lập với số nguyên tửTán xạ Compton phụ thuộc vào:E – năng lượng photon tán xạre – mật độ điện tử Tán xạ Compton (tán xạ không kết hợp)Năng lượng photon tới(keV)Năng lượng của photon tán xạ (keV)Góc lệch photon3060901802524.924.424235049.647.846427574.370665810098.591847215014613111695Năng lượng của photon tán xạ Compton theo góc lệchNăng lượng cao  góc lệch ↓ : hướng thuậnNăng lượng thấp  góc lệch ↑ : hướng ngược trở lạiDãy năng lượng chẩn đoán (40-150kVp): phân bố đối xứng caoincident photons1800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)Tán xạ Compton (tán xạ không kết hợp)Tán xạ Compton (tán xạ không kết hợp)1. Bảo toàn năng lượng2. Bảo toàn xung lượngNăng lượng điện tử bật raNăng lượng photon lệchTán xạ Compton (tán xạ không kết hợp)khi q = 180Biểu thức cổ điểnDịch bước sóng2. 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 (tán xạ không kết hợp)Tán xạ Compton  = 00, h’max = h, Tmin = 0q = 1800, Tán xạ ComptonTương tác trội trong dãy năng lượng điều trị y học đối với mô mềm.Tán xạ không đàn hồiXảy ra giữa photon và điện tử “hóa trị” vỏ ngoàiĐiện tử được bức ra từ nguyên tử; photon được tán xạ, giảm năng lượng.Năng lượng liên kết nhỏ, có thể bỏ quaTán xạ Compton Năng lượng của photon tới truyền một phần cho điện tử bức ra từ nguyên tử 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 ComptonĐịnh 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 ComptonNăng 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 ZXác suất tán xạ comptonTán xạ ComptonHiệu 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:Sản sinh cặp e--e+Có thể xảy ra khi năng lượng photon vượt 1.02 MeVPhoton tương tác với điện trường của hạt nhân; năng lượng chuyển vào cặp electron-positronSản sinh cặp đôiHệ số suy giảm tuyến tínhSản sinh cặp e--e+Electrons và PositronsElectrons 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 hồiSản sinh cặp đôi hạt thác lũ điện từ trườngBởi 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.Sản sinh cặp đôi hạtNền 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 phầnTương tác Photon Năng lượng thấp ( 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”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 tínhxdxI0IdTargetII - dIl0Độ suy giảmLớp giá trị một nữa HVL Bề dày sau khi cường độ giảm một nữa giá trị ban đầuĐộ suy giảmHệ số suy giảm tuyến tínhHệ số suy giảm tuyến tính m [cm-1] Phụ thuộc năng lượng photon và số nguyên tử của vật liệu  phổ hấp thụHệ số suy giảm khối lượng m /r [cm2/g] độc lập với trạng thái vật lý của vật liệu50keVMật độ(gm/㎝3)Bề dày của 1 gm/㎝2Hệ số suy giảm tuyến tính (㎝-1)Hệ số suy giảm khối lượng(㎝2/gm)0.2140.2141Nước1 cm0.1960.2140.917đá1.09 cm0.0001280.2140.000598Hệ số suy giảm tuyến tínhHệ số suy giảm khối lượng tổng cộngHệ số suy giảm tuyến tính đối với hiệu ứng quang điện: τHệ số suy giảm tuyến tính đối với hiệu ứng Compton: σHệ số suy giảm tuyến tính toàn phần: μPhụ thuộc vào số nguyên tử của mội trường và năng lượng photon của chùm tia X là quan trọng.Hệ số suy giảm tuyến tínhHệ số suy giảm khối lượng quang điệnPhụ thuộc số nguyên tử Z2. Phụ thuộc vào năng lượng photon tới, E :Hệ số suy giảm khối lượng của PEHệ số suy giảm khối lượng của PETương phản hình ảnh trên màng do hấp thụ quang điệnHệ số suy giảm khối lượng của PECompton so với PhotoelectricDưới 60 kVp hấp thụ quang điện trội, trên 60 kVp tán xạ Compton bắt đầu tăng. Phụ thuộc vào tính chất suy giảm của môBảng 10-13Độ cấm sâu tia X Ray trong mô của ngườikVp cao hơn làm giảm hiệu ứng quang điện Hình ảnh tương phản bị hạ thấpCấu trúc xương và phổi có thể được ghi ảnh đồng thờiGhi chú: lổ rỗng cơ thể có thể được thấy bở tương phản của môi trường: Iodine, bariumHệ số suy giảm khối lượng ComptonPhụ thuộc số nguyên tử, Z : Trong tán xạ Compton, năng lượng photon lớn hơn năng lượng liên kết của những điện tử bị ảnh hưởngPhần 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 ComptonTất cả mô sinh học có cùng hệ số suy giảm khối lượng ComptonHệ số suy giảm khối lượng của CEHệ số suy giảm khối lượng Compton2. Phụ thuộc năng lượng photon, E :Klein-Nishina fomula giảm theo năng lượng Hệ số suy giảm khối lượng của CEHệ số suy giảm khối lượngHệ số suy giảm khối lượngHệ số suy giảm theo độ cấm sâuCoefficientSymbolRelation between CoefficientsUnits of CoefficientsLinearμm-1Mass(μ/ρ)(μ/ρ)m2/kgElectronicμe(μ/ρ)·(1 / 1000 Ne)m2/eletronAtomicμa(μ/ρ)·(Z / 1000 Na)m2/atomρ: mật độNa số nguyên tử mỗi gram = Na / ANe : số điện tử mỗi gram = Na Z /AZ : số nguyên tử của vật liệuCác loại hệ số suy giảmYếu tố ảnh hưởng đến hệ số suy giảmRadiationMatterEnergyDensityAtomic numberElectrons per gramBốn yếu tốXác định mức độ suy giảm của chùm tia X khi nó ngang qua vật chất. Mật độ và số nguyên tửMối liên hệ giữa mật độ và số nguyên tửQui luật không đơn giảnTổng quát, nguyên tố với số nguyên tử cao đặc hơn nguyên tố với số nguyên tử thấp hơnTuy nhiên, có ngoại lệ Vàng và ChìAtomic numberDensityGold7919.3 [g/cm3]Lead8211.0 [g/cm3]Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số suy giảmWaterSố nguyên tử 7.4 không cần chú ý tới trạng thái (rắn, lỏng và khí)Nhưng, mật độ khác nhau trong ba dạng50keVDensity(gm/㎝3)Thickness of 1 gm/㎝2Linear Attenuation Coefficient (㎝-1)Mass Attenuation Coefficient (㎝2/gm)0.2140.2141WATER1 cm0.1960.2140.917ICE1.09 cm0.0001280.2140.000598Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số suy giảmMật độ và điện tử mỗi gramKhông có mối liên hệ giữa mật độ và điện tử mỗi gramBởi vì mật độ phụ thuộc thể tích (trọng lượng mỗi thể tích)Một gram nướcCó cùng số điện tử trong ba trạng thái1 cm3 như chất lỏng1670 cm3 như chất khíYếu tố ảnh hưởng đến hệ số suy giảmSố nguyên tử và điện tử mỗi gramSố 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/gramNhưng, số nguyên tử↑→ điện tử mỗi gram↓Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số suy giảmTóm lạiSuy giảmGiảm 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 sắcTheo 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 lượngSuy giảm bức xạ đa sắc Không theo hàm mũPhần 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 chùmLượng suy giảm phụ thuộcNăng lượng bức xạVà ba đặc trưng của vật chấtSố nguyên tửSố điện tử mỗi gramMật độTăng 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 tửXác định phần trăm tương đối của hấp thụ và ComptonVới hấp thụ năng lượng thấp và số nguyên tử cao: hiệu ứng quang điện chiếm ứu thếKhi năng lượng tăng, hiệu ứng quang điện giảm, cho đến khi nền của suy giảm Compton được duy trìTóm lạiMật độLà một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến suy giảmVà tương phản hình ảnh phụ thuộc mạnh vào sự khác nhau về mật độ môSố điện tử mỗi gramĐóng 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 gramTóm lại

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • ppttuong_tac_giua_dien_tu_va_vat_chat_7879.ppt
Tài liệu liên quan