Was ist linearer und Massendämpfungskoeffizient – Röntgenstrahlen – Definition

Unter Röntgenstrahlung , auch Röntgenstrahlung genannt , versteht man elektromagnetische Strahlung (keine Ruhemasse, keine Ladung) hoher Energien. Röntgenstrahlen sind energiereiche 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 energiearmen Radiowellen und Infrarotstrahlung über sichtbares Licht bis hin zu energiereichen 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 .

Absorptionskoeffizient – Röntgenstrahlen

Die Abschwächung von Röntgenstrahlen kann dann durch die folgende Gleichung beschrieben werden.

I = I ₀ .e ^-μx

, Wobei I Intensität nach der Dämpfung, I _o ist , einfallende Intensität, μ der lineare Abschwächungskoeffizient (cm ^-1 ), und die physikalische Dicke des Absorbers (cm).

Die in der Tabelle aufgeführten Materialien sind Luft, Wasser und verschiedene Elemente von Kohlenstoff ( Z = 6) bis Blei ( Z = 82). Ihre linearen Schwächungskoeffizienten sind für zwei Röntgenenergien angegeben. Es gibt zwei Hauptmerkmale des linearen Dämpfungskoeffizienten:

• Der lineare Dämpfungskoeffizient steigt mit zunehmender Ordnungszahl des Absorbers.
• Der lineare Dämpfungskoeffizient für alle Materialien nimmt mit der Energie der Röntgenstrahlen ab.

Massendämpfungskoeffizient

Bei der Charakterisierung eines absorbierenden Materials können wir manchmal den Massendämpfungskoeffizienten verwenden.  Der Massendämpfungskoeffizient ist definiert als das Verhältnis des linearen Dämpfungskoeffizienten und der Absorberdichte (μ / ρ) . Die Abschwächung von Röntgenstrahlen kann dann durch die folgende Gleichung beschrieben werden:

I = I ₀ .e ^{– (μ / ρ) .ρl}

wobei ρ die Materialdichte ist, (μ / ρ) der Massendämpfungskoeffizient ist und ρ.l die Massendicke ist. Die Maßeinheit für den Massendämpfungskoeffizienten cm ² g ^-1 . Für Zwischenenergien dominiert die Compton-Effekt und verschiedene Absorber haben ungefähr gleiche Massendämpfungskoeffizienten . Dies liegt an der Tatsache, dass der Querschnitt der Compton-Effekt proportional zum Z (Ordnungszahl) ist und daher der Koeffizient proportional zur Materialdichte ρ ist. Bei kleinen Werten der Röntgenenergie, bei denen der Koeffizient proportional zu höheren Potenzen der Ordnungszahl Z ist (für den photoelektrischen Effekt σ _f ~ Z ³ ), ist der Dämpfungskoeffizient μ keine Konstante.

Siehe auch Rechner:  Gamma-Aktivität zur Dosisleistung (mit / ohne Schild)

Siehe auch XCOM – Photonenquerschnittsdatenbank:  XCOM: Photonenquerschnittsdatenbank

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 .

Lineare Dämpfungskoeffizienten

Tabelle der linearen Dämpfungskoeffizienten (in cm ^-1 ) für verschiedene Materialien bei Photonenenergien von 100, 200 und 500 keV.