ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΑΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΑ ΙΙ

11οο ΜΑΘΗΜΑΜΑΘΗΜΑ

oo ΣτηνΣτην ακτινολογίαακτινολογία παράγουμεπαράγουμε εικόνεςεικόνες. . oo ΕίμαστεΕίμαστε φωτογράφοιφωτογράφοι ??????oo ΗΗ φωτογραφίαφωτογραφία δημιουργείταιδημιουργείται απόαπό τηντην αποτύπωσηαποτύπωση τουτου φωτόςφωτός πουπου

ανακλάταιανακλάται απόαπό τιςτις φωτογραφιζόμενεςφωτογραφιζόμενες επιφάνειεςεπιφάνειες ((φύσηφύση, , πρόσωπαπρόσωπακλπκλπ))

oo ΣτηνΣτην ακτινολογίαακτινολογία παράγουμεπαράγουμε εικόνεςεικόνες πουπου καταγράφουνκαταγράφουν τηντηναλληλεπίδρασηαλληλεπίδραση μιαςμιας μορφήςμορφής ενέργειαςενέργειας μεμε τιςτις διάφορεςδιάφορες δομέςδομές τουτουσώματόςσώματός μαςμας

oo ΚάθεΚάθε μαυρόασπρημαυρόασπρη εικόναεικόνα είναιείναιέναένα σύνολοσύνολο διαφορετικώνδιαφορετικώναποχρώσεωναποχρώσεων στηνστην κλίμακακλίμακα τουτουγκρίζουγκρίζου ((σκιαγραφικήσκιαγραφική αντίθεσηαντίθεση, , contrastcontrast, , έννοιαέννοια πουπου θαθακαθορίσουμεκαθορίσουμε ακριβέστεραακριβέστερα σεσεεπόμεναεπόμενα μαθήματαμαθήματα))

oo ΗΗ ερμηνείαερμηνεία τηςτης εικόναςεικόνας στηρίζεταιστηρίζεταιστοστο ότιότι οιοι διάφορεςδιάφορες αποχρώσειςαποχρώσειςκατανέμονταικατανέμονται σεσε σχήματασχήματα πουπουαντιστοιχούναντιστοιχούν σεσε γνωστέςγνωστές δομέςδομές

oo ΔηλαδήΔηλαδή γιαγια τηντην ανάγνωσηανάγνωσηοποιασδήποτεοποιασδήποτε εικόναςεικόνας χρειάζεταιχρειάζεται::oo αα. . ΣκιαγραφικήΣκιαγραφική αντίθεσηαντίθεσηoo ββ. . ΓνώσηΓνώση τηςτης ανατομίαςανατομίας

Wilhelm Wilhelm Conrad Conrad RRööntgenntgen18451845--19231923

BerthaBertha’’s hands handΑνακάλυψηΑνακάλυψη τωντων ακτίνωνακτίνων ––ΧΧ

ΠαρασκευήΠαρασκευή, , 8 8 –– NOV NOV –– 18951895

First Nobel Prize in physics in 1901First Nobel Prize in physics in 1901

"I didn't think, I investigated."

Ακτινογραφίες χεριούKing George and Queen Mary, 1896

BerthaBertha’’s hands hand, 1895, 1895

Francis Charles Abbott (circa 1903) (St Thomas's Gazette, 1903, vol 13)

Birth of Battlefield Radiology: Greco-Turkish War of 1897 Ioanna A. Ramoutsaki, PhD, Euaggelos N. Giannacos, MD and Gerasimos N. Livadas Radiographics. 2001;21:263-266

Ο καθ. Τιμολέων Αργυρόπουλοςστο εργαστήριό του στην οδό Σόλωνοςγύρω στο 1900

ΗλεκτρομαγνητισμόςΗλεκτρομαγνητισμός

ΗλεκτρομαγνητικήΗλεκτρομαγνητική ακτινοβολίαακτινοβολίαείναιείναι ηη μεταφοράμεταφορά ενέργειαςενέργειας στοστοχώροχώρο ωςως συνδυασμόςσυνδυασμόςηλεκτρικώνηλεκτρικών καικαι μαγνητικώνμαγνητικώνπεδίωνπεδίωνΠαράγεταιΠαράγεται απόαπό τηντην επιτάχυνσηεπιτάχυνσηφορτίωνφορτίων ((συνήθωςσυνήθως φορτισμένοφορτισμένοσωματίδιοσωματίδιο) ) καικαι τοτο αντίθετοαντίθετοΧαρακτηρίζεταιΧαρακτηρίζεται απόαπό μαγνητικόμαγνητικόκαικαι ηλεκτρικόηλεκτρικό πεδίοπεδίο πουπου είναιείναικάθετακάθετα μεταξύμεταξύ τουςτους καικαι κάθετακάθεταπροςπρος τηντην κατεύθυνσηκατεύθυνση κίνησηςκίνησηςτουτου φορτίουφορτίου ανάανά πάσαπάσα στιγμήστιγμήΤαΤα δύοδύο πεδίαπεδία αλληλεπιδρούναλληλεπιδρούνμεταξύμεταξύ τουςτους καικαι αλλάζουναλλάζουνταυτόχροναταυτόχρονα τοτο μέγεθοςμέγεθος καικαι τητηφοράφορά τουςτους..

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα:Χαρακτηρίζονται από τομήκος κύματος / συχνότηταΤαξιδεύουν με την ταχύτητατου φωτός

Εξίσωση Maxwell

Ταχύτητα = συχνότητα Χ μήκος κύματος

hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματαμεταφέρουν ενέργεια στο κενό, πουείναι αποθηκευμένη στα κινούμεναηλεκτρικό και μαγνητικό πεδία

Η μεταβολή τουμαγνητικούπεδίου είναικάθετη στουηλεκτρικού

Ηλεκτρομαγνητικό κύμα μιαςσυχνότητας εμφανίζειημιτονοειδή μεταβολή τωνηλεκτρικού και μαγνητικούπεδίων στο χώρο

hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

ΗλεκτρομαγνητικόΗλεκτρομαγνητικό φάσμαφάσμα

ΟιΟι αλληλεπιδράσειςαλληλεπιδράσεις τηςτης ΗΜΑΗΜΑ είναιείναι δύσκολοδύσκολο ναναεξηγηθούνεξηγηθούνΜερικέςΜερικές εξηγούνταιεξηγούνται μεμε τητη σωματιδιακήσωματιδιακή θεωρίαθεωρίαΜερικέςΜερικές εξηγούνταιεξηγούνται μεμε τηντην κυματικήκυματική θεωρίαθεωρία

ΕίναιΕίναι απαραίτητοαπαραίτητο νανα συζητάμεσυζητάμε γιαγια τηντην ΗΜΑΗΜΑσανσαν νανα αποτελούνταναποτελούνταν καικαι απόαπό τατα δύοδύο: : σωματίδιασωματίδια καικαι κύματακύματα

ΤαΤα ηλεκτρομαγνητικάηλεκτρομαγνητικά κύματακύματα::ΧαρακτηρίζονταιΧαρακτηρίζονται απόαπό τοτομήκοςμήκος κύματοςκύματος / / συχνότητασυχνότηταΤαξιδεύουνΤαξιδεύουν μεμε τηντην ταχύτηταταχύτητατουτου φωτόςφωτός

Εξίσωση Maxwell

Ταχύτητα = συχνότητα Χ μήκος κύματος

ΚυματικήΚυματική θεωρίαθεωρία τουτου MaxwellMaxwell

ΣωματιδιακήΣωματιδιακή θεωρίαθεωρία

ΗΜΑΗΜΑ όπωςόπως οιοι ακτίνεςακτίνες ––ΧΧ συμπεριφέρονταισυμπεριφέρονται άλλοτεάλλοτε σανσανσωματίδιασωματίδια καικαι άλλοτεάλλοτε σανσαν κύματακύματαΤαΤα σωματίδιασωματίδια αυτάαυτά αντιστοιχούναντιστοιχούν σεσε αυτοτελήαυτοτελή πακέταπακέταενέργειαςενέργειας πουπου ονομάζονταιονομάζονται quantaquanta ήή φωτόνιαφωτόνιαΤαΤα φωτόνιαφωτόνια ταξιδεύουνταξιδεύουν μεμε τηντην ταχύτηταταχύτητα τουτου φωτόςφωτόςΗΗ ενέργειαενέργεια πουπου κάθεκάθε φωτόνιοφωτόνιο μεταφέρειμεταφέρει εξαρτάταιεξαρτάται απόαπό τητησυχνότητασυχνότητα τουτουΗΗ ενέργειαενέργεια μπορείμπορεί νανα υπολογισθείυπολογισθεί πολλαπλασιάζονταςπολλαπλασιάζοντας τητησυχνότητασυχνότητα μεμε τητη σταθεράσταθερά τουτου Planck 4.13 X 10Planck 4.13 X 10 --1818 keVkeV secsec

ΕΕ = = hvhvE E = = ενέργειαενέργεια φωτονίουφωτονίουhh = = σταθεράσταθερά τουτου Planck Planck v v = = συχνότητασυχνότητα

ΣυνδυασμόςΣυνδυασμός σωματιδιακήςσωματιδιακής καικαι κυματικήςκυματικής θεωριώνθεωριών

C = C = λνλν →→ νν = = c / c / λλ ((κυματικήκυματική))EE = = hvhv ((σωματιδιακήσωματιδιακή))

ΑντικατάστασηΑντικατάσταση τουτου νν μεμε c / c / λλE = E = hchc / / λλ

ΕΕ = 12.4 / = 12.4 / λλhchc = 12.4 = 12.4 σεσε μονάδεςμονάδες keVkeV καικαι ǺǺ

ΈναΈνα φωτόνιοφωτόνιο μεμε ενέργειαενέργεια > 15> 15eVeV μπορείμπορεί νανα ιονίσειιονίσειάτομαάτομα ήή μόριαμόρια →→ ιονίζουσαιονίζουσα ακτινοβολίαακτινοβολίαΈναΈνα άτομοάτομο ιονίζεταιιονίζεται ότανόταν χάσειχάσει έναένα ηλεκτρόνιοηλεκτρόνιοΟιΟι ακτίνεςακτίνες ––γγ , , οιοι ακτίνεςακτίνες –– ΧΧ καικαι μερικέςμερικές υπεριώδειςυπεριώδειςείναιείναι ιονίζουσεςιονίζουσες ακτινοβολίεςακτινοβολίες

ΕστίαΒολφραμίουΗλεκτρόνια

Θερμαινόμενο νήμα βολφραμίου

Γυάλινοπερίβλημα

ΑΝΟΔΟΣ

ΚΑΘΟΔΟΣ

ΠαραγωγήΠαραγωγή καθοδικώνκαθοδικών ηλεκτρονίωνηλεκτρονίων

ΘερμιονικήΘερμιονική εκπομπήεκπομπήΚύκλωμαΚύκλωμα χαμηλήςχαμηλήςτάσεωςτάσεως (10(10V, 3V, 3--5 amp)5 amp)ΝόμοςΝόμος τουτου OhmOhm

V = I x RV = I x RV = V = διαφοράδιαφορά δυναμικούδυναμικούII = = έντασηένταση ρεύματοςρεύματοςRR = = αντίστασηαντίσταση

ΒολφράμιοΒολφράμιο, , WW ((ΖΖ = = 74)74)

ΗΗ κάθοδοςκάθοδος

ΔύοΔύο νήματανήματα / / σπειράματασπειράματαΣεΣε σειράσειρά ήή παράλληλαπαράλληλαΜόνοΜόνο έναένα λειτουργείλειτουργεί κάθεκάθεφοράφοράΔιαφορετικόΔιαφορετικό μήκοςμήκοςΔιαφορετικήΔιαφορετική μέγιστημέγιστηποσότηταποσότητα ηλεκτρονίωνηλεκτρονίων

ΟΟ αριθμόςαριθμός τωντων ηλεκτρονίωνηλεκτρονίωνπουπου παράγεταιπαράγεται εξαρτάταιεξαρτάται απόαπό::

ΤοΤο υλικόυλικό τουτου σπειράματοςσπειράματοςΤηνΤην εγκάρσιαεγκάρσια διατομήδιατομή τουτουΤοΤο μήκοςμήκος τουτουΤηΤη ΔΔΔΔ

Κύπελλοεστίασης

Νήμαμεγάληςεστίας

Νήμα μικρήςεστίας

ΑρχήΑρχή γραμμικήςγραμμικής εστίαςεστίας

99% 99% τηςτης ενέργειαςενέργειαςτωντων φωτονίωνφωτονίωνμετατρέπεταιμετατρέπεται σεσεθερμότηταθερμότητα

ΑΝΟΔΟΣ 20º ΚΑΘΟΔΟΣ

Αρχή γραμμικής εστίας

ΑΝΟΔΟΣ 20º

ΆνοδοςΆνοδος

ΣταθερήΣταθερήΒολφράμιοΒολφράμιο σεσε βάσηβάσηαπόαπό χαλκόχαλκόW, W, ΒολφράμιοΒολφράμιο

ΥψηλόςΥψηλός ατομικόςατομικόςαριθμόςαριθμός (74)(74)ΥψηλόΥψηλό σημείοσημείοτήξεωςτήξεως (3370(3370ºº CC))ΚαλήΚαλή απαγωγήαπαγωγήθερμότηταςθερμότητας

Νήμα

ΚΑΘΟΔΟΣΑΝΟΔΟΣ

Εστίαβολφραμίου

Κύπελλοεστίασης

ΆνοδοςΆνοδοςΣκοπόςΣκοπός τηςτης περιστρεφόμενηςπεριστρεφόμενηςανόδουανόδου είναιείναι ηη διασποράδιασπορά τηςτηςθερμότηταςθερμότητας σεσε μεγάλημεγάλη περιοχήπεριοχήΗΗ ζωήζωή τηςτης ανόδουανόδου περιορίζεταιπεριορίζεταιαπόαπό τιςτις θερμικέςθερμικές τάσειςτάσεις πουπουπροκαλούνπροκαλούν ανωμαλίεςανωμαλίες στηνστηνεπιφάνειάεπιφάνειά τηςτης..

ΦαινόμενοΦαινόμενο πεδήσεωςπεδήσεως

ΣυνεχέςΣυνεχές φάσμαφάσμαΠοικίληΠοικίλη ενέργειαενέργεια τωντωνηλεκτρονίωνηλεκτρονίωνΑπώλειαΑπώλεια ενέργειαςενέργειαςηλεκτρονίωνηλεκτρονίων σταδιακάσταδιακά

ΑλληλεπίδρασηΑλληλεπίδραση μεμε τοντονπυρήναπυρήνα τουτου WWΠολλαπλέςΠολλαπλές διαδοχικέςδιαδοχικέςαλληλεπιδράσειςαλληλεπιδράσεις απόαπό τοτοίδιοίδιο καθοδικόκαθοδικό ηλεκτρόνιοηλεκτρόνιο

e− hv

ΦαινόμενοΦαινόμενο αποδιεγέρσεωςαποδιεγέρσεως

ΧαρακτηριστικήΧαρακτηριστικήακτινοβολίαακτινοβολίαπροκύπτειπροκύπτει απόαπόαλληλεπίδρασηαλληλεπίδρασηκαθοδικώνκαθοδικών μεμεηλεκτρόνιαηλεκτρόνια τωντωνεσωτερικώνεσωτερικώνστιβάδωνστιβάδων τουτου WWΕξαρτάταιΕξαρτάται απόαπό ταταkVpkVp καικαι μόνομόνο