Produzione+di+raggi+x by squecchia84

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									Produzione di un fascio di raggi x




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Un fascio di elettroni penetra nella materia, dando origine a:

• produzione di elettroni secondari (raggi delta)

• emissione X caratteristica

• bremsstrahlung di elettroni nel mezzo
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Produzione di raggi delta

I raggi sono elettroni secondari con
energia sufficientemente elevata da
lasciare    la     traccia    principale
dell’evento ionizzante e creare una
traccia propria.
La cessione di energia al mezzo da
parte     dell’elettrone     secondario
avviene lontano dalla traccia primaria.

Gli elettroni secondari prodotti
possono perdere la loro energia sotto
forma di energia di frenamento o in
processi    di  eccitazione    e   di
ionizzazione lontano dalla traccia
primaria.
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Produzione di raggi X di fluorescenza
Gli elettroni che orbitano attorno al nucleo
atomico sono organizzati in shell.
A seguito dell’interazione di un elettrone o
di un fotone con un’energia pari all’energia
di ionizzazione di una shell atomica, la
normale configurazione atomica viene
alterata. All’interno dell’atomo hanno inizio
una serie di transizioni verso le lacune
createsi nelle shell più interne, di energia
più elevata, finché l’atomo non si riassesta
in una configurazione stabile. Ad ogni
transizione è emesso un fotone X, detto di
fluorescenza, caratteristico del mezzo, di
energia:

               h   ass   = E1 - E 2

E1 ed E2 sono le enrgie degli orbitali
coinvolti nel processo.
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Produzione di raggi X di bremsstrahlung
Durante i processi di interazione con la
materia gli elettroni vengono accelerati ed
emettono radiazione elettromagnetica:

      e N         Ne
La frazione di energia totale persa per
irraggiamento sotto forma di radiazione X
è:


          dE
           dx   rad       E Z
          dE           800 E Z
           dx   tot
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L’energia massima dei fotoni di bremsstrahlung corrisponde
all’energia massima degli elettroni e si ha quando l’elettrone perde
completamente la sua energia per frenamento.
Allo spettro continuo sono sovrapposti i picchi di emissione
caratteristica.
Lo spettro reale presenta una filtrazione della componente a
bassa energia, dovuta allo spessore della targhetta che assorbe
tale componente per effetto fotoelettrico.
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L’energia massima EXmax dello spettro di bremsstrahlung è:

       X                                         V: d.d.p. tra anodo e catodo
      Emax       e   V   h   max   Ee           e: carica dell’elettrone


L’energia media:

             Emax
     E
              3
La lunghezza d’onda minima
della radiazione X prodotta
è:


             c        hc
    min
             max     e V
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Tubo a raggi X
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                                 (a)                                      (b)




(a) Spettro continuo dei raggi X emesso per due diversi valori della d.d.p. V
applicata fra il filamento e l'anodo. Aumentando la tensione, la soglia si sposta
verso le lunghezze d'onda più piccole e aumenta la potenza totale irradiata, il cui
valore è rappresentato dall'area compresa sotto la curva.
(b) Spettro continuo dei raggi X emesso con una d.d.p. di alimentazione costante,
ma con due diversi valori di corrente anodica. Quando aumenta l'intensità di
corrente, a seguito dell'aumentata temperatura del catodo, aumenta pure la
potenza irradiata, senza però produrre alcuna variazione nelle caratteristiche
spettrali del fascio.
Qualità del fascio: capacità di penetrazione del
fascio, legata all’energia media del fascio.
Parametro di controllo: d.d.p. tra anodo e catodo.



Quantità o intensità del fascio: numero di fotoni X,
rappresenta l’area sottesa alla curva dello spettro.
Dipende dal numero di elettroni emessi dal catodo e
dalla loro energia.
Parametro di controllo: corrente nel tubo, d.d.p. tra
anodo e catodo.
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Riassumendo…



                                       <E>
  d.d.p. anodo-catodo                  Emax
                                     Intensità


        Icatodo                      Intensità
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La qualità dei raggi X è indicata in termini di spessore emivalente,
SEV.

Il SEV indica lo spessore di un determinato materiale in grado di
dimezzare l’intensità di un fascio fotonico di una data energia (o
X con una certa distribuzione spettrale).

Questi spessori, quando sono espressi in gr/cm2, sono quasi
indipendenti dal tipo di materiale preso in considerazione, se i
fotoni non hanno energie troppo basse.

Es: Fotone da 1 MeV       SEV acqua                    10 cm
                          SEV calcestruzzo             4,5 cm
                          SEV piombo                   0,9 cm

Per tutti i materiali sopraccitati il SEV massico è 10 mg/cm2
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Acceleratore lineare
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Il LINAC accelera gli elettroni, prodotti per effetto termoionico, secondo una
traiettoria rettilinea, utilizzando il campo elettrico di un’onda
elettromagnetica prodotta dal Klystron.
Gli elettroni vengono trasportati dalle onde elettromagnetiche come dei “surf”
dalle onde del mare, acquisendo via via energia cinetica sempre maggiore.
Questi elettroni accelerati impattano contro una targhetta di platino o
tungsteno, producendo fotoni X ad alta energia.
Per ottenere la focalizzazione degli elettroni durante l’accelerazione è
applicato un campo magnetico assiale.
Gli elettroni prodotti subiscono una prima collimazione da parte di un
collimatore fisso (primario) e attraversano il “monitor” costituito da due
camere di ionizzazione a piatti paralleli che coprono l’intera superficie del
fascio.
Il monitor serve per controllare la simmetria del fascio, l’intensità di dose e la
dose integrata (unità monitor).
Infine le dimensioni del fascio di fotoni X vengono regolate da un collimatore
mobile mentre per gli elettroni viene aggiunto un collimatore supplementare
per ridurne la diffusione.
Il LINAC per il suo funzionamento necessita di altre due apparecchiature
sussidiarie:
     pompa aspirante: pratica il vuoto spinto nelle cavità;
     impianto di raffreddamento: circuito chiuso ad acqua distillata.
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                       Gli elettroni rilasciano tutta la loro
                       energia nei primi centimetri di tessuto,
                       mentre i raggi X attraversano il corpo
     Dose Rilasciata   con poca attenuazione.
100% ai tessuti




                           Elettroni da 9 MeV
                           Raggi X da 9 MeV

                                          Profondità di penetrazione
         4 cm

								
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