RÖNTGEN CİHAZLARI ve FİZİK PRENSİPLERİ 2

1. RÖNTGEN CİHAZLARI ve FİZİK PRENSİPLERİ 2 Dr. Erol Akgül Ç. Ü. SHMYO 1. Sınıf

2. ELEKTROMANYETİK ENERJİ

3. MADDE VE ENERJİ KAVRAMLARI 1 • Uzayda bulunan herşey madde ve enerji olarak sınıflandırılabilir. • Yer kaplayan, şekli ve formu olan cisimler madde olarak adlandırılır. • Kitle, herhangi bir cisimdeki madde miktarıdır. • Maddelerin şekli, büyüklüğü ve formu değiştirilse de kitlesi aynı kalır.

4. MADDE VE ENERJİ KAVRAMLARI 2 • Enerji, iş yapabilme yeteneğidir ve değişik şekilleri mevcuttur. • Belli başlı enerji şekilleri; potansiyel, kinetik, kimyasal, termal, elektrik ve elektromanyetik enerjilerdir. • Enerji bir formdan diğerine dönüştürülebilir.

5. MADDE VE ENERJİ KAVRAMLARI 3 • Tıbbı görüntülemede; elektrik enerjisi röntgen tüpünde önce elektromanyetik enerji olan x-ışınına daha sonra film üzerinde kimyasal enerjiye dönüştürülür. • Bu işlemler sırasında x-ışını tüpünde termal enerji açığa çıkar, film kasetinde ise diğer bir elektromanyetik enerji olan ışık enerjisi görüntüyü güçlendirmede kullanılır.

6. MADDE VE ENERJİ KAVRAMLARI 4 • Enerji ve kitlenin eşdeğerleri mevcut olup aralarındaki ilişki; • E = mc2 (m: kitle, c: ışık hızı, E: enerji)

7. ELEKTROMANYETİK RADYASYON SPEKTRUMU VE ÖZELLİKLERİ 1 • Çevremizdeki ortamda devamlı mevcut olan enerji alanı veya durumuna elektromanyetik enerji denir. • Gerçekte bu tek bir enerji şekli olmayıp kesintisiz geniş bir enerji spektrumu yani yelpazesini kapsar. • Yelpazenin dar bir kısmını oluşturan radyan ısı ve görünür ışık insan duyu organlarınca algılanabilir.

8. ELEKTROMANYETİK RADYASYON SPEKTRUMU VE ÖZELLİKLERİ 2 • Yelpazenin daha geniş kısmını yapan radyo, televizyon, radar dalgaları, infrared radyasyon, ultraviolet radyasyon ve değişik enerjilere sahip x-ışınları ise duyu organları ile algılanamazlar. • X-ışınları, görünür ışık ve radyo dalgaları diagnostik radyolojide görüntü oluşturmak için kullanılan elektromanyetik enerjilerdir.

9. ELEKTROMANYETİK RADYASYON SPEKTRUMU VE ÖZELLİKLERİ 3 • Elektromanyetik radyasyonda enerji, uzayda elektrik ve manyetik alan olarak taşınır. • Yüklü bir partikülün ivmeli hareketi elektromanyetik enerji kaynağını oluşturur. • Elektromanyetik radyasyonun hem dalga hem de partikül olmak üzere dual karakteristikleri mevcuttur. • Dalga sinüs dalgası özelliğinde olup frekansı ve dalga boyu bulunur.

12. ELEKTROMANYETİK RADYASYON SPEKTRUMU VE ÖZELLİKLERİ 4 • Frekans, belirli bir noktadan birim zamanda geçen dalga sayısıdır ve nu ( ) ile gösterilir. • Dalga boyu bir tepe noktası ile diğeri arasındaki mesafedir ve lambda ile () sembolize edilir. • Hız (V), dalga boyu ve frekansın çarpımıdır: V =  x 

13. ELEKTROMANYETİK RADYASYON SPEKTRUMU VE ÖZELLİKLERİ 4 • Elektromanyetik radyasyon vakumda sabit hız olan 3x108 m/sn ile hareket eder ve bu da bilindiği gibi c ile sembolize edilen ışık hızıdır. • Dolayısıyla: c =  x  olarak ifade edilebilir. • Hız sabit olduğu için frekans ve dalga boyu ters orantılıdır.

14. ELEKTROMANYETİK RADYASYON SPEKTRUMU VE ÖZELLİKLERİ 5 • Nokta ışık kaynağından yayılan elektromanyetik radyasyonların enerjileri, uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak azalır. • Işığın yayılım alanına dikey birim alanından birim sürede geçen enerji miktarına intensite adı verilir. • I1 / I2 = (d2 / d1)2 • Bu formüle göre ışık kaynağına 2x uzaklıkta ışığın intensitesi, x uzaklığına göre 4 kat azalır.

15. ELEKTROMANYETİK RADYASYON SPEKTRUMU VE ÖZELLİKLERİ 6 • Elektromanyetik enerji yelpazesinde yer alan enerjilerin frekansı 10-1024 Hz (siklus/sn), dalga boyları ise 107-10-16 arasında değişir. • Bu yelpazedeki bazı enerji şekilleri azalan dalga boylarına göre şöyle sıralanabilir: (1 Ao=10-10 m) • Radyo, televizyon, radar: 3x105-1 cm • İnfrared radyasyon: 0.01-0.000008 cm (8000 A O) • Görünür ışık: 700-3900 AO • Ultraviolet radyasyon: 3900-20 A O • Yumuşak x-ışını: 100-1 A o • Diagnostik x-ışını: 1-0.1 A o • Tedavide kullanılan x-ışını: 0.1-10-4 Ao

17. ELEKTROMANYETİK RADYASYON SPEKTRUMU VE ÖZELLİKLERİ 7 • Frekansları yüksek, dalga boyları kısa elektromanyetik enerjinin madde ile etkileşimi dalgadan ziyade partikül özelliği taşır. • Bu enerji küme veya topaklarına kuantum veya foton adı verilir. • Fotonlar da ışık hızı ile hareket ederler ve enerjileri frekansları ile doğru orantılıdır.

18. ELEKTROMANYETİK RADYASYON SPEKTRUMU VE ÖZELLİKLERİ 8 • Enerjileri belirleyen denklem: E=h  • (E: foton enerjisi, h:Planck sabiti, : frekans) • Planck sabiti (h): 4.13x10-18 keVsn’dir. • 1 elektronvolt: 1 voltluk potansiyel farkında hareket eden elektronun kazandığı enerjidir.

19. ELEKTROMANYETİK RADYASYON SPEKTRUMU VE ÖZELLİKLERİ 9 • Tanısal amaçlı x-ışını fotonlarının enerjileri 100 keV, dalga boyları 10-2 nm, frekansları 1019 Hz civarındadır. • Elektromanyetik radyasyonların madde ile etkileşimini dalga boyları belirler. • Dalga boyları metreleri bulan radyo dalgaları radyo antenleri ile alınabilir. • Mikrodalgalrın dalga boyları santimetrelerle belirtilir.

20. ELEKTROMANYETİK RADYASYON SPEKTRUMU VE ÖZELLİKLERİ 10 • Görülebilir ışığın dalga boyu, görme hücrelerini (rod ve cone) etkileyecek boyuttadır. • Ultraviyole ışık, molekülleri etkileyen dalga boyuna sahiptir. • X ışını ise atom ve subatomik parçacıklarla etkileşir. • Elektromanyetik spektrumun algılayabildiğimiz bölümü olan görülebilir ışık, spektrumun çok dar bir kısmını oluşturur. • Bir uçta mor, diğer uçta kırmızı ışık bulunur.

21. ELEKTROMANYETİK RADYASYON SPEKTRUMU VE ÖZELLİKLERİ 11 • Görülebilir ışığı geçiren maddeler transparent, yarı geçirgen maddeler ise opak olarak adlandırılır. • Radyoloji pratiğinde kullanılan tanısal amaçlı x-ışınını fazla geçiren vücut yapıları (akciğerler, yağ dokusu gibi) radyolusent, az geçiren vücut yapıları (kemik, kalsifikasyon gibi) ise radyoopakdır.

22. İYONİZAN RADYASYONLAR 1 • Bir fotonun enerjisi 15 eV veya daha fazla ise atom veya molekülleri iyonize edebilir. • Bir atomun elektron kaybetmesine iyonizasyon adı verilir. • İyonizasyon sonucu yörüngeden ayrılan elektron negatif iyonu, geride kalan atom ise pozitif iyonu oluşturur ve bir iyon çifti ortaya çıkar. • 1 santimetre küp havada 2.08x109 iyon çifti oluşmasına yol açacak radyasyon şiddetine 1 Röntgen ( R ) denilir.

23. İYONİZAN RADYASYONLAR 2 • X-ışınları ve gamma ışınları iyonizan ışınlardır. • Dalga boyları düşük olan x ve gamma ışınının frekansları ve enerjileri yüksektir. • Bu nedenle geçtikleri ortama fazla enerji aktarırlar. • X ve gamma ışınları arasındaki fark, atomdaki kaynaklarıdır. • X ışını yapay olarak, atomların çekirdeği dışında üretilir. • Gamma ışını ise radyoaktif atomların çekirdeğinde oluşur.

24. ALFA VE BETA RADYASYON 1 • Partiküler radyasyondur. • Alfa partikülünün elektronu yoktur. • Yalnızca radyoaktif ağır metallerin çekirdeklerinden salınabilen alfa partikülleri, havada 5 cm, yumuşak dokuda ise 100 mikron kadar ilerleyebilmektedir.

25. ALFA VE BETA RADYASYON 2 • Beta partikülleri radyoaktif atomların çekirdeğinden salınırlar. • Atom numaraları sıfır olan partiküller şeklindedir. • Beta partiküllerinin elektronlardan tek farkı, çekirdekten salınıyor olmalarıdır. • Bir beta partikülü havada 10-100 cm, yumuşak dokuda ise 1-2 cm kadar ilerleyebilir. • Yumuşak doku penetrasyonları yeterli plmadığı için tanısal radyolojide yerleri yoktur.

26. Kaynaklar • Bushong SC. Radiologic Science for Technologist: Physics, Biology and Protection. 3rd ed. St. Louis, The C. V. Mosby Company, 1984. • Oğuz M. Röntgen Fiziğine Giriş: Diagnostik I. Adana, ÇÜ Basımevi, 1992. • Kaya T. Temel Radyoloji Tekniği. Bursa, Güneş & Nobel, 1997.