RAGGI X : assorbimento! ! ! parte Ia

- ASSORBIMENTO RAGGI X MONOCROMATICI - DIFFUSIONE - EFFETTO FOTOELETTRICO - EFFETTO COMPTON - PRODUZIONE DI COPPIE e ANNICHILAZIONE Lucidi del Prof. D. Scannicchio

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ASSORBIMENTO RAGGI X (monocromatici)

– ΔIΔx = µ I(x) d I(x)

dx = µ I(x)– I = Io e – µ x

λν = c E = hν

ONDE RADIO

MICRO ONDE

INFRA- -ROSSO ULTRA-

-VIOLETTO

RAGGI X

RAGGI GAMMA

102 1 10–2 10–4 10–6 10–8 10–10 10–12 10–14 (m) λ (m)

ν (Hz)

ν

(Hz) 106 108

3 108 Hz

1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022

(cm) (mm) (µm) (Å) (fermi) (nm) λ

VISIBILE MeV keV GeV

(eV)

E 103 106 109

700 600 500 400 λ

(nm)

colori

Precisazione: in questo ambito si parla indifferentemente di raggi X o raggi γ, cioe’ di radiazione e.m. di energia compresa fra il keV e le decine di MeV (o piu’)

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ASSORBIMENTO RAGGI X (monocromatici)

I = Io e – µ x

µ = coefficiente lineare di attenuazione totaledimensioni [µ] = [L]–1

unità di misura: sistema pratico cm–1

Definizione di cammino libero medio:

alla profondita’ x=λ l’intensita’ del fascio iniziale e’ ridotta di un fattore 1/e.

€

λ ≡1 µ

€

I = I0 e−

xλ

€

[λ] = [L] unita' di misura : sist. pratico cm

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ASSORBIMENTO RAGGI X (monocromatici)

I = Io e – µ x

diffusioneeffetto fotoelettricoeffetto Comptonproduzione di coppie

µτ

µσµπ

µ = µτ

+ µσ

+ µπ

trascurabile

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DIFFUSIONE

effetto velatura sulle radiografie

h ν

fotoni X diffusi

la diffusione dei raggi X (cioe’ la deviazione dei fotoni in tutte le direzioni ma senza variazione di energia) e’ in genere trascurabile

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3

fotone X emesso successivamente con energia inferiore

Effetto netto finale: fotone iniziale sparisce viene emesso un elettrone (chiamato fotoelettrone) + diseccitazione atomo successiva con emissione fotoni X (o di fluorescenza)

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8

Effetto netto finale: fotone iniziale cambia direzione e diminuisce la sua energia, viene emesso un fotoelettrone

4

9

Effetto netto finale: fotone iniziale sparisce viene emessa una coppia elettrone-positrone

5

10

6

Effetto netto finale: positrone iniziale sparisce (insieme ad un elettrone atomico), viene emessa una coppia di fotoni

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ASSORBIMENTO COMPLESSIVO

µ = µτ

+ µσ

+ µπ

1 keV 1 MeV 1 GeV

106

103

1

10 eV 1 keV 1 MeV 1 GeV

106

103

1

E

µ(u.a.)

µtotale

µτ

µσ

µπ

rame Cu (Z=29)

E λ = 0.5 Å ≈ 25 keV

I = Io e–2 ≈ Io7

30 m O2 (1 atm) oppure0.12 mm Cu oppure32 µm Pb

esempio

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ASSORBIMENTO COMPLESSIVO

µ = µτ

+ µσ

+ µπ

µd = coefficiente di assorbimento di massa

µd = [L–1][ML–3]–1 = [L2M–1]

unita’ di misura: sistema pratico cm2g–1

13 0.01 0.1 1 10 1000.01

0.1

1

10

100µd

(cm2g–1)

0.1

1

10

100

0.1 1 10

0.01

(MeV)E

(MeV) E

piombo

calcioacqua

µd(cm2g–1)

ASSORBIMENTO COMPLESSIVO

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RADIOSCOPIA

tubo a raggi X

strutturabiologica

diaframmischermofluorescente

vetro al piomboosservatore

immagine positivaosservazione diretta limitataosservazione via telecamera e monitor

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RADIOGRAFIA

immagine negativasviluppo della pellicolaradiografia digitale

schermofluorescente

tubo a raggi X

strutturabiologica

diaframmi

pellicola radiografica

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