Capítulo 9 Produção de Raios X e Qualidade

Transcrição

1 Física das Radiações e Dosimetria Capítulo 9 Produção de Raios X e Qualidade Dra. Luciana Tourinho Campos Programa Nacional de Formação em Radioterapia

2 Introdução Qualidade = penetrabilidade Qualidade = distribuição espectral de energia Qualidade = Efetividade biológica

3 Introdução Produção de raios X e energia Raios X de fluorescência Radiação de frenamento Filtração de raios X e qualidade do feixe A fluorescência de raios X é um processo secundário

4 Raios X característicos Colisões duras ocorrem entre partículas carregadas e elétrons de camadas interiores Ocorre raios X de fluorescência Aproximadamente <1% da energia

5 Quando um elétron é removido de uma camada interna por processos: Efeito fotoelétrico, conversão interna, captura de elétrons, colisão de partícula carregada. Essa vacância é preenchida por elétrons de camadas superiores Para camadas K e L são geralmente acompanhadas de emissão de fluorescência. Fluorescence Yield, Y K, Y L

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7 Colisão por partícula carregada Elétrons Contaminação do feixe por radiação de frenamento Partículas pesadas Emissão de radiação de frenamento desprezível Energia mínima necessária para ionizar a camada K ' 4M 0m0T T max ( E b ) 2 ( M m ) 0 0 K

8 ' 4M 0m0T T max ( E b ) 2 ( M m ) 0 0 K Próton (M 0 = 1836m 0 ) 460xE b para ejetar um elétron da camada K.

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11 Distribuição Angular Como a emissão de fótons de fluorescência Não há correlação angular entre a direção da partícula incidente e o fóton de fluorescência Fluorescência é emitida isotropicamente em relação a energia e intensidade Desprezando a atenuação de raios que escapam do átomo

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15 Incidir um feixe de elétrons em um alvo metálico. Proporcional a TZ Alto Z Tungstênio Alto ponto de fusão dt / dx r dt / dx n c TZ

16 Alvo fino: o feixe de elétrons não é siginificativamente espalhado e perde pouca energia. A fração da energia que é convertida em radiação de frenamento é: dt / dx dt / dx r dt / dxr TZ dt / dx dt / dx n TZ c r

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19 Espectro diferente para alvos finos e alvos espessos Para T 0 <<m 0 c 2 e alvos finos Hipótese de apenas uma colisão para o elétron Cada elétron perderá uma quantidade de energia de uma determinada quantidade até a energia máxima A intensidade da radiação que é emitida por intervalo de energia é constante A energia total que é irradiada é igual a uma constante vezes a energia máxima.

20 Para T 0 <<m 0 c 2 e alvos finos

21 Para T 0 <<m 0 c 2 e alvos finos

22 Para T 0 <<m 0 c 2 e alvos espessos

23 A produção de radiação de frenamento em um alvo espesso: T = 0 e B r = 16/3 dt dx r 2 N AZ 0 ( T m0c A 2 ) B dt dx r 5,80x10 28 N AZ A 2 16 (0,511) 3 dt dx r 9,52x Z A MeV cm 2 / g R a 2 Z T n T 4 0 ( 1) 9,52x10 Ne t A T 1 0 MeV

24 A energia emitida pela radiação de frenamento na folha n th em uma pilha de folhas N: Fluorescência de Raios X MeV t T T n T N A Z x R e a ) 1 ( 10,52 9 MeV T T n T N A Z x R N n e a ) 1 ( 10 9,52

25 A energia emitida pela radiação de frenamento na folha n th em uma pilha de folhas N: R a 9,52x10 4 Z N A 2 e MeV Z A 2 kt 0 R 1x10 3 N e ZT 2 0 MeV

26 Kramers spectrum (1923): R' ( h ) CNeZ( h max h ) A área sobre o triangulo representa a energia total da radiação de frenamento não filtrada: R' ( h ) C 2 N e Z( h ) 2 max C 2 N e ZT 2 0 R 1,6 x10 16 N e ZT 2 0 J

27 Espectro de Energia de Radiação de Frenamento Não Filtrado

28 Espectro de Energia de Radiação de Frenamento Não Filtrado Para T 0 >>m 0 c 2 Seção de choque diferencial para emissão de um fóton de energia h e h+d(h) por um elétron de energia T: d r 5,80x10 28 BrZ h 2 T m0c T 2 d( h ) d r d ( h ) Br h

29 Dependência Direcional da Radiação de Frenamento A forma do espectro da radiação de frenamento é isotrópica para alvos finos É independentemente da direção relativa do feixe de elétrons A intensidade da radiação de frenamento depende fortemente da direção Para os lados para elétrons de baixa energia Direção para frente para alto T 0.

30 Dependência Direcional da Radiação de Frenamento

31 Filtração de Raios X e Qualidade do Feixe Um feixe de raios X não filtrado contém Raios X de fluorescência Radiação de frenamento

32 Filtração de Raios X e Qualidade do Feixe Para T 0 <300 kev Para o cálculo das curvas B, C, D e A Feixe estreito (/) Espalhamento de fótons é desprezível pois fotoelétrico domina Fótons de fluorescência são desprezados.

33 Filtração de Raios X e Qualidade do Feixe O principal resultado de se adicionar filtros em um feixe de raios-x é remover os fótons de baixa energia

34 Filtração de Raios X e Qualidade do Feixe Para T 0 < 300 kev Meios utilizados para filtração: Chumbo Estanho Cobre Alumínio Podem ser utilizados sozinhos ou em conjunto.

35 Filtração de Raios X e Qualidade do Feixe Para T 0 < 300 kev Quando combinar filtros: Devem ser ordenados em ordem de Z decrescente na trajetória do feixe. Isto permite que cada filtro remova os raios X de fluorescência originados do filtro maior Z.

36 Especificação da Qualidade do Feixe de Raios X 1. Espectro: Estimado de considerações teóricas. Derivado da transformada de Laplace de uma medida de curva de atenuação de um feixe estreito. Medido diretamente por um espectrômetro.

37 Especificação da Qualidade do Feixe de Raios X Para T 0 < 300 kev 1. Curvas de Atenuação e Camada Semiredutora: É possível obter um espectro a partir da forma da curva de atenuação Alumínio ou cobre (Al para T 0 <120 kev e Cu 0,5 MeV). Geometria de feixe estreito. Detector ar-equivalente.

38 Especificação da Qualidade do Feixe de Raios X Para T 0 < 300 kev

39 Especificação da Qualidade do Feixe do Feixe de Raios X Para T 0 < 300 kev Camada Semiredutora: É definido como a espessura de material que atenua à metade à intensidade do feixe de fótons. Coeficiente de homogeneidade Definido como a razão HVL 1 /HVL 2 Se aproxima de uma um idade conforme o feixe vai se tornando estreito.

40 Especificação da Qualidade do Feixe de Raios X Para T 0 < 300 kev

41 Especificação da Qualidade do Feixe de Raios X Energia do fóton equivalente (h eq ) Utilizado para especificar a qualidade do feixe Definido como a energia de um feixe monoenergético tendo o mesmo HVL 1 do feixe que está sendo especificado. X X 0 eq 0,5 e /. HVL.,6931. HVL cm eq / g 1

42 Filtração dos Raios X e Qualidade do Feixe Para T 0 < 300 kev

43 Luciana Tourinho Campos Professora Adjunta