Physikalische Grundlagen der Röntgentechnik und Sonographie, Skripte von Strategisches Marketing

Nur auf Docsity: Lade Physikalische Grundlagen der Röntgentechnik und Sonographie und mehr Skripte als PDF für Strategisches Marketing herunter! 1 Seite 1 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 17 I Datum Physikalische Grundlagen der Röngtenstrahlen PD Dr. Frank Zöllner Physikalische Grundlagen der Röntgentechnik und Sonographie Computer Assisted Clinical Medicine Faculty of Medicine Mannheim University of Heidelberg Theodor-Kutzer-Ufer 1-3 D-68167 Mannheim, Germany [email protected] PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 18 I Datum Physikalische Grundlagen - Röntgenstrahlen ! Wellen ! Was sind Röntgenstrahlen ? ! Welche physikalischen Eigenschaften haben sie ? ! Wie entstehen sie ? 2 Seite 2 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 19 I Datum Röntgenstrahlen Elektromagnetische Strahlen oder auch Wellen " Was sind Wellen ? PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 20 I Datum Einschub: Wellen Welle → Schwingungen die sich im Raum ausbreiten !  Periodische Ausbreitung (klingender Ton) !  Stoßwellen (Knall) 5 Seite 5 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 25 I Datum Zusammenfassung ! Wellen charakterisiert durch Frequenz und Wellenlänge !  Transversale und longitudinale ! mediumgebundene und nicht-gebundene Wellen ! Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 26 I Datum Entstehung der Röntgenstrahlen PD Dr. Frank Zöllner Computer Assisted Clinical Medicine Faculty of Medicine Mannheim University of Heidelberg Theodor-Kutzer-Ufer 1-3 D-68167 Mannheim, Germany [email protected] Physikalische Grundlagen der Röntgentechnik und Sonographie 6 Seite 6 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 27 I Datum Übersicht ! Grundlagen – Atome und Elektronen ! Generierung von Röntgenstrahlen ! Bremsstrahlen und Grenzwellenlänge ! Charakteristische Röngtenstrahlen ! Energie der Röngtenstrahlen PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 28 I Datum Grundlagen – Atome und Elektronen ! Bestandteile: #  Atomkern (Protonen + Neutronen) #  Elektronen ! einfaches Modell: Kugel oder Schalenmodell (Bohr) ! heutiges Modell: Orbitalmodell 7 Seite 7 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 29 I Datum Grundlagen – Atome und Elektronen ! Bestandteile: #  Atomkern (Protonen + Neutronen) #  Elektronen ! einfaches Modell: Kugel oder Schalenmodell (Bohr) ! heutiges Modell: Orbitalmodell PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 30 I Datum Wichtige Einheiten bzgl. Atome ! Ordnungszahl (Z) #  Anzahl der Protonen im Kern !  Isotope (A) #  Entspricht der Massezahl (Neutronen + Protonen) #  Alle Isotope haben die gleiche Ordnungszahl ! Elektronenschale(n) oder ~hülle(n) #  sind mit Elektronen besetzt #  Anzahl Elektronen i. A. gleich der Ordnungszahl (neutrale Ladung) #  Ionen → von Z unterschiedliche Anzahl Elektronen 10 Seite 10 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 36 I Datum Edison-Richardson-Effekt (Glühemission) ! Elektronen in einem Metalldraht bewegen sich !  überwinden Austrittsarbeit des Metalles ! Bilden um die Glühkathode im Vakuum Raumladungswolke aus !  laden Elektroden in der Nähe der Kathode auf PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 37 I Datum Bremsstrahlung ! Entstehen beim Aufprall auf die Brennfläche (Anode/ Brennfleck) # Umsatz von kinet. Energie in Bremsstrahlung # Ablenkung der Kathodeelektronen durch Atomkerne der Anode # Umsetzung abhängig vom Abstand zum Kern Atomkern (Anode) Flugbahn des Elektrons Roentgen-Bremsstrahlung Laubenberger and Laubenberger. „Technik der medizinischen Radiologie“, Deutscher Ärzte-Verlag 1999 11 Seite 11 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 38 I Datum Bremsstrahlenspektrum ! Spektrum von Bremsstrahlen # viele verschiedene Wellenlängen # abhängig von der Röhrenspannung # Anodenmaterial mit hoher Ordnungszahl erhöht die Ausbeute an Bremsstrahlen Schaaffs. Handbuch der Physik, Springer 1957 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 39 I Datum Röntgenstrahlen ! Ausbreitungsgeschwindigkeit # 300.000 km/s (Lichtgeschwindigkeit) # konstant für alle elektromagnetischen Wellen " nur Frequenz und Wellenlänge beschreiben Form der Welle " Spannung der Röntgenröhre bestimmt die kinetische Energie der Kathodenelektronen 5 - 20 kV Überweiche Strahlung 20 - 60 kV Weiche Strahlung 60 -100 kV Mittelharte Strahlung 100 – 250 kV Harte Strahlung (Röntgen & Gamma Strahlung) 100 – 150 kV Diagnostische Strahlung > 250 kV Ultraharte Strahlung 12 Seite 12 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 40 I Datum Röntgenstrahlen ! Energie (E) eines Röntgenstrahls # keine kontinuierliche Strahlung # Gemessen in Elektronenvolt (eV) #  typische Strahlenenergien in der Röntgendiagnostik / Strahlentherapie: 1 keV / 1 MeV Einzelne Röntgenstrahlen werden auch als Röntgenquant bezeichnet Elektronenvolt : kinetische Energie eines Elektrons mit Ladung 1, das sich bei einer Potentialdifferenz von 1 Volt im Vakuum bewegt. PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 41 I Datum Anodenspannung und Frequenz/Wellenlänge ! Bremsstrahlenspektrum nicht gleichmäßig verteilt ! abhängig von der Anodenspannung (UA) ! maximale Frequenz und somit minimale Wellenlänge gegeben der Spannung 15 Seite 15 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 46 I Datum Beispiel – Bremsspektrum mit Spektrallinien PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 47 I Datum Bremsstrahlenspektrum ! Welche Grenzwellenlänge erhält man bei einer Röhrenspannung von 40 kV ? ! Welche Energie (keV) haben Röntgenstrahlen maximal bei einer Röhrenspannung von 40 kV? 16 Seite 16 PD Dr. Ing Frank G. Zöllner I Folie 48 I Datum Zusammenfassung Röntgenstrahlen ! entstehen durch Abbremsung von Kathodenelektronen # Bremsstrahlung # Charakteristische Röntgenstrahlen # Wärme ! Röhrenspannung # beeinflusst die Beschleuningung der Elektronen # Ablenkung der Elektronen an der Anode ! Bremstrahlenspektrum # Grenzwellenlänge, energiereichste Strahlen mit kleinster Wellenlänge ! Eigenstrahlung # Entsteht aus “Shoot-out” von Anodenelektronen # charakterisiert das Anodenmaterial