Was ist eine Halbwertsschicht – Röntgenstrahlen – Definition

Röntgenstrahlen , auch als Röntgenstrahlung bekannt , beziehen sich auf elektromagnetische Strahlung (keine Ruhemasse, keine Ladung) hoher Energien. Röntgenstrahlen sind hochenergetische Photonen mit kurzen Wellenlängen und damit sehr hoher Frequenz. Die Strahlungsfrequenz ist der Schlüsselparameter aller Photonen, da sie die Energie eines Photons bestimmt. Photonen werden nach den Energien von niederenergetischen Radiowellen und Infrarotstrahlung über sichtbares Licht bis hin zu hochenergetischen Röntgen- und Gammastrahlen kategorisiert .

Die meisten Röntgenstrahlen haben eine Wellenlänge im Bereich von 0,01 bis 10 Nanometer (3 × 10 ¹⁶ Hz bis 3 × 10 ¹⁹ Hz), was Energien im Bereich von 100 eV bis 100 keV entspricht. Röntgenwellenlängen sind kürzer als die von UV-Strahlen und typischerweise länger als die von Gammastrahlen. Die Unterscheidung zwischen Röntgen- und Gammastrahlen ist nicht so einfach und hat sich in den letzten Jahrzehnten geändert. Nach der derzeit gültigen Definition werden Röntgenstrahlen von Elektronen außerhalb des Kerns emittiert , während Gammastrahlen vom Kern emittiert werden .

Halbe Wertebene

Die Halbwertsschicht drückt die Dicke des absorbierenden Materials aus, die zur Verringerung der Intensität der einfallenden Strahlung um den Faktor zwei benötigt wird . Es gibt zwei Hauptmerkmale der Halbwertsschicht:

• Die Halbwertsschicht nimmt mit zunehmender Ordnungszahl des Absorbers ab. Zum Beispiel werden 35 m Luft benötigt, um die Intensität eines 100 keV-Röntgenstrahls um den Faktor zwei zu reduzieren, während nur 0,12 mm Blei dasselbe bewirken können.
• Die Halbwertsschicht für alle Materialien nimmt mit der Energie der Röntgenstrahlen zu. Zum Beispiel von 0,26 cm für Eisen bei 100 keV bis etwa 0,64 cm bei 200 keV.

Halbwertsschicht – Beispiel:

Wie viel Wasserschutz benötigen Sie, wenn Sie die Intensität eines monoenergetischen 100-keV -Röntgenstrahls ( schmaler Strahl ) auf 1% seiner Einfallsintensität reduzieren möchten ? Die Halbwertsschicht für 100 keV-Röntgenstrahlen in Wasser beträgt 4,15 cm und der lineare Dämpfungskoeffizient für 100 keV-Röntgenstrahlen in Wasser beträgt 0,167 cm ^–1 . Das Problem ist recht einfach und kann durch folgende Gleichung beschrieben werden:

Wenn die Halbwertsschicht für Wasser 4,15 cm beträgt, beträgt der lineare Dämpfungskoeffizient:Jetzt können wir die exponentielle Dämpfungsgleichung verwenden:

Die erforderliche Wasserdicke beträgt also ca. 27,58 cm . Dies ist eine relativ große Dicke und wird durch kleine Atomzahlen von Wasserstoff und Sauerstoff verursacht. Wenn wir das gleiche Problem für Blei (Pb) berechnen , erhalten wir die Dicke x = 0,077 cm .

Halbe Wertebenen

Tabelle der Halbwertsschichten (in cm) für verschiedene Materialien bei Photonenenergien von 100, 200 und 500 keV.