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Description
Flashcards by Tom Schobert, updated more than 1 year ago
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Created by Tom Schobert
over 6 years ago
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| Question | Answer |
| Standard-Röntgenquellen | Parameter zur Beschreibung Röntgenröhren Beschleuniger-Strahlungsquellen |
| Parameter zur Beschreibung | Helligkeit Intensität Fluenz Dosis Dosisleistung Äquivalentdosis Fluss Brillianz |
| Helligkeit | spektrale Strahldichte L_ν=(∂^3 P)/∂A∂ν∂Ω bezogen auf Wellenlänge L_λ=c/λ^2 L_ν=(∂^3 P)/∂A∂λ∂Ω Bezug zu verwendetem Raumwinkel, vorteilhaft gepulste Strahlungsquellen |
| Întensität | - differenziert nicht nach Wellenlänge und Strahlrichtung (abh. von B0,E0) - Messung Strahlungsenergie pro Detektorfläche |
| Fluenz | - insgesamt aufgetroffene Strahlenergie pro Fläche |
| Dosis | Wirkung Strahlung auf Materie D=E_(xr,abs)/M [J/kg]=Gy 1rd=0,01 Gy |
| Dosisleistung | D ̇=1/M 〖dE〗_(xr,abs)/dt [Gy/s] |
| Äquivalentdosis | - spezifischer Gewebewichtungsfaktor für biologische Wirkung - H=QD [J/kg=Sv] - XR: Q=1 - andere Strahlungsarten: Q=1-20 |
| Fluss | Gesamtzahl aller erzeugten Photonen Np pro Zeiteinheit „pro 0,1% Bw“, nur Photonen innerhalb von 0,1 % Wellenlänge F=(∂N_p)/∂t(0,1%BW) |
| Brillianz | - Größe Quellfläche, oft virtuell (kleinste gemeinsame Querschnittsfläche) - hohe räumliche Auflösung (Kohärenz) - average/peak |
| Art der Größe | - eine Reaktion im Target pro Photon → z.B. Brillianz - umgesetzte Energie (E-Feld) → Intensität / verwandte Größe |
| Röntgenröhren Prinzip | - Vakuumgefäß: Freisetzung e- an Kathode beschleunigt zu Anode - Heizspannung UH →IH≈10 A - Beschleunigungsspannung UB: Ekin=30-300keV → IA≈2A - <1 % Konversion - Kühlung: Drehanode |
| Standardaufbau: Drehanoden-Röntgenröhre: | Kathode Drehanode Achslager Motor Vakuumsgefäß Äußeres Gehäuse |
| Kathode | - Elektronenquelle - Beschleunigung/Fokussierung e- - Quelle: Glühwendel (Wolfram) fast auf Schmelztemperatur erhitzt (T≈2600 °C) - Abfall Potenzial entlang Glühwendel - Elektronen je nach „Geburtsort“ für Beschleunigung verschieden schnell - Temperaturregulation des Elektronenstroms - Stromdichte (Richardson-Dushman-Gleichung): - glatte Oberfläche (polierte Nadel) - becherartige Form (elektrostatische Fokussierung auf kleinen Anodenfleck) - Abbildung Glühdraht auf Anodenfläche |
| Drehanode | - leitfähiges Material - hohe T-Belastbarkeit(fast gesamte Leistung aus Beschleunigungskreis als Wärme) - Molybdän-Kern - Target (Schicht aus Wolfram 5-10 % Rheniumlegierung (Duktilität,Festigkeit)) - ausgelegt bis 1000 °C - Kühlung durch Abstrahlung (Schwerpunkt im IR) - Anodenscheiben (d=10 cm; D=1 cm; Hochleistungsanoden: d=25 cm) - andere Materialien: o Mammographie: Molybdän,Rhenium o Röntgenstrukturanalyse: Kupfer,Molybdän |
| Achslager | - Standard-Drehanoden: Spezialkugellager 8000-10000 U/min - für jede Belichtungsserie in Rotation und runterfahren - Hochleistungsröhren: hydrodynamische Gleitlager |
| Motor | - Induktions(Asynchronsmotoren) - Stator außerhalb Vakuumröhre → rotierendes Magnetfeld innerhalb - Antrieb Rotor (axial Röhre) - Rotor auf Anodenpotential, trägt Anodenteller |
| Vakuumsgefäß | - Aufrechterhalten Hochvakuum - Isolation Anoden-Kathodenpotenzial voneinander - Durchlassen XR (gedünnte Austrittsstelle) |
| Äußeres Gehäuse | - Bleianteil zur Minimierung von Streustrahlung - Wärmetauscher, elektrisch geerdet - Fenster: Entnahme, Filterung (Al) |
| Alternative Bauformen | Crookes Coolidge Stehanoden-Röhre Drehkolben Stirnfenster Mikrofokus |
| Crookes | - Gasentladungsröhre mit Restgas - Ionisation, Beschleunigung , Freisetzung |
| Coolidge | - evakuiert, Kathode als Glühdraht , definierte Elektronenemission |
| Steh-Anodenröhre | - wenig Strahlungsfluss, feststehende Anoden, kompakter |
| Drehkolben | - Rotation gesamtes inneres Vakuumsgefäß (erleichtert Kühlung und Wartung) - axiale e—Strahl Beschleunigung (Ablenkung externes B-Feld) |
| Stirnfenster | - geheizte Kathode ringförmig um Anode - e- auf Halbkreisen auf Anodenfläche |
| Mikrofokus | - e- verlassen durch Loch Anode - Fokus Magnetlinsen (10-50 μm) - Materialprüfung, dünne Metallfolien/Strahlen aus flüssigem Metall |
| Elektrische Beschaltung | - konstante Gleichspannung für konstant schnelle e- (abh. Energie) - Medizin: fehlende Bild- , aber Dosisrelevanz - Gleichrichten von Wechselspannungen |
| Einpuls | Weglassen negative Hälfte des Zyklus (pos.Halbwellen) Röntgenröhre selbst als Diode (Rückzündung) |
| Zweipuls | - Diodenbrückenschaltung - Hochklappen negativer Halbwellen (stark fluktuierende Gleichspannung) - unkritische Anwendungen |
| Sechspuls | Dreiphasenwechselstrom („Drehstrom“) 6 Maxima pro Zyklus Schwankungen: ΔU=U_max-U_min=0.13 U_max |
| Zwölfpuls | - Drehstrom - 12 Maxima pro Zyklus - ΔU=4 % |
| HF-Generator | - Netzspannung (1/3 phasig) wird nach der Reihe o gleichgerichtet o grob geglättet o zerhackt (ν=0.5-20 kHz) o hochtransformiert o gleichgerichtet o geglättet - ΔU<1% |
| Bremsstrahlung | kontinuierliches Spektrum theoretische Grenzenergie: λ_min=hc/(eU_B ) Photonenzunahme zu weicher Seite (Ende durch Fenster) |
| Charakteristische Strahlung | Innerschalen-Linienstrahlung - Zunahme über Ionisationsenergie - Maximum - Abnahme |
| Selektion | - Wahl Elektronenenergie und Material Anode - Hohes Z: mehr Bremsstrahlung - Elektronenenergie ≥1 Größenordnung Ionisationsenergie K-e-: mehr Bremsstrahlung - e- Energie 2 bis 4 faches Ionisationsenergie: optimale Effizienz charakt. Strahlung - Normalrichtung: Bremsstrahlung - Isotrop: charakteristische Strahlung |
| Effizienz | - Wirkungsquerschnitt Innerschalenionisation |
| Bremsstrahlungsspektrum | - Kramersche Regel |
| Schrägstellen Anode im getroffenen Bereich | - variierende „Bildschärfe“: mehr zu Kathode (Anode) größere (kleinere) - benötigt wird Strahl mit 5-30° Öffnungswinkel, Quelle nicht nur an Oberfläche , bis zu vielen 10 μm im Material (Abschwächung) |
| effektive Quellgröße | - Emissionszone normal zu Elektronenstrahl verlassen - zentraler Röntgenstrahl 10-25° zu Oberfläche → kleinere effektive Quellgröße (Projektion Quellgröße auf Normalrichtung) |
| heel effect | - XR an Kathodenseite intensiver, Anodenseite schwächer - dickere Seite Durchstrahlungsobjekt auf Kathodenseite |
| Eigenschaften Teilchen Beschleunier-Strahlungsquellen | - e- geringer Masse, leicht an c (β≈1), hohes γ → sehr hohe Intensität emittierter Strahlung - in Materie schießen und bremsen - auf Kugelbahnen lenken (radiale Beschleunigung) - Vorwärtsstreuung wegen relativistischen Teilchen |
| Teilchenbeschleuniger Aufbau | - Elektronenkanone, Glühemission, negatives Potential bez. Anode, Vorbeschleunigung (einige 100 keV) - LINAC (längere gerade Strecke) - elektromagnetische Wellen im Raum reine Transversalwellen o normal auf Ausbreitungsrichtung, deshalb nicht für Beschleunigen geladener Teilchen o oszillierende Komponenten in Ausbreitungsrichtung |
| Linac: früher | o metallene Driftröhren, phasenrichtig mit hochfrequenter Wechselspannung o Beschleunigung in Zwischenraum, Umpolen in der Röhre „nicht mitbekommen“ |
| Linac: heute | o Mikrowellen-Hohlleiter, von der Seite Mikrowellen eingekoppelt (periodisch) |
| Einstellmöglichkeiten | TM-Moden Innengeometrie Hohlleiter RFQs Bunches Kopplung in Speicherring Kurvenstrecken über B-Felder |
| TM-Moden | - B-Feld streng transversal - E-Feld longitudinale Komponente (Beschleunigung) |
| Innengeometrie Hohlleiter | - Wanderwellen vs. stehende Wellen |
| RFQ | - radio frequency quadrupoles - kontinuierliche Fokussierung beschleunigter Strahlen - optimale Beschleunigungswirkung nur in kurzer Phase des RF-Feldes |
| Bunches | kurze e—Pulse Dauer: τ_B≈150 ps Abstand: τ_d≈3ns |
| Kopplung in Speicherring | viele Stunden im Kreis |
| Kurvenstrecken über B-Felder: | R=E_kin/ecB Bunches komplizierter Struktur |
| weitere Einstellmöglichkeiten: | - evakuierte Röhren mit gutem Vakuum - beamlines |
| Bremsstrahlung aus Targets | LINAC: Ekin= 5-30 MeV auf Länge 0,5-2m Bremsstrahlungskonverter (mm dickes Plättchen aus Blei, Gold oder Wolfram) (hoch Z da Ausbeute mit Z² skaliert) Homogenisierung mit Ausgleichskörper (Absorption im Zentrum , radial nach außen weniger) Ende Spektrum bei hν_max=E_kin , Absorption weicher Photonen im Target (Verstärkung durch Aufbreiter-Folien) MW: hν≈0.25-0.35 Ekin (gemittelt) Konversionseffizienz ≈ 50 % (bei einigen 10 MeV) |
| Synchrotronstrahlung | Radialbeschleunigung Maß für spektrale Härte |
| Maß für spektrale Härte | typische Frequenz: ω_typ=2π/Δt=(3πcγ^3)/2R kritische Frequenz: ω_c=ω_typ/π=(3cγ^3)/2R Teilung Spektrum in 2 Hälften mit gleicher Strahlungsleistung |
| Radialbeschleunigung | Pemm∞γ4∞1/R² 1. Generation: Kreisbeschleuniger für Teilchenphysik, parasitär als Strahlungsquelle Emission Strahlung in tangentialer Richtung innerhalb vollen Abstrahlwinkel Dauer Lichtpuls: Δt≈4R/(3cγ^3 ) Licht mit so hoher Frequenz ≥ 1 Schwingung/Puls Lichtpulse härter , desto kürzer Frequenz |
| Wiggler | - Elektronen im Speicherring auf Slalombahn in waagerechter Ebene - abwechseln nach oben/unten zeigendes Magnetfeld - Elektromagneten (λn=20-50 cm) - Permanentmagneten (λn=einige cm) - Erhöhung abgestrahlter Leistung um 2N (N Periodenanzahl) o weitere Erhöhung Intensität o Kurven in Wiggler deutlich schärfer |
| Lorentzkraft | sinusförmige Bahn Larmorradius: r(z)=p/|q|B(z) =(γmβc_0)/|q|B stärkste Krümmung bei maximalen B-Feld und maximaler Auslenkung maximale Winkelabweichung von der Achse, am Kreuzpunkt des Elektrons mit der Achse |
| Undulatorparameter | K=(eB_0)/(m_e c_0 k_n ) wie viel schiefer zur Achse läuft Elektron maximal, als der momentane Abstrahlwinkel groß ist Wiggler: K>>1: horizontal: Strahlung in breitem Fächer vertikal: Divergenzwinkel 1/γ |
| Undulator | - Strahlung im wesentlichen geradeaus - K≤1 - alle Strahlung eines bestimmten e- geradeaus nach vorne - Interferenz aller Photonen miteinander (sehr stark durchgängig konstruktiv Interferenz) |
| Abstrahlung | bevorzugt bei maximaler Krümmung massenbehaftet Kurvenbahn konstruktiv: Licht in Rechtskurve emittiert bis zur nächsten Linkskurve λ/2 weiter als e- Weglänge Elektron Periode: s_e=λ_n (1+K^2/(4γ^2 )) Rückstand nach einer Periode: Δs≈λ_n/(2γ^2 )(1+K^2/2) |
| Undulatorbedingung | λ=λ_n/(2γ^2 )(1+K^2/2+(γθ)^2) Intensität der von e- erzeugten Strahlung nimmt mit (2N)² zu Bedingung nur für Photonen desselben Elektrons Lichtanteile aller Elektronen addiert, nicht kohärent überlagert |
| Höhere Harmonische | - Frequenz und Photonenenergie ungradzahlige Vielfache der Grundwelle - gerade Harmonische: gebrochene Symmetrie |
| Bandbreite | Δλ/λ=Δν/ν≈1/nN |
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