Wechselwirkung von Strahlung mit Materie
1. Geladene Teilchen 1.1 schwere Teilchen 1.2 Elektronen2. Neutrale Teilchen 2.1 Photonen 2.2 Neutronen
Central Au+Au collision at 25 AGeV:URQMD + GEANT4
160 p 400 -
400 + 44 K+ 13 K-
Bethe-Bloch
Bethe-Bloch Formel:
Energieverlust geladener Teilchen in Materie
Notation:„dE/dx“ = dE/(ρdx)mit ρ als Dichte
Reichweite geladener Teilchen in Materie
Notation:„R/M“ = Rρ/Mmit ρ als Dichte.M ist Masse des Projektils.
Reichweite und Energieverlust-Streuung
Der Energieverlust geladener Teichen ist am Ende ihrer Reichweite am größten:
Energieverlust ist statistischer Prozess.Bethe-Bloch: mittlerer Energieverlust Landau Verteilung: dE in dünnem Absorber
Energieverlust und Reichweite geladener Teilchen
Tumortherapie mit Ionen
Beam energy variation
Rasterscan
Online positron emission tomography
Positron emission tomography after radiation
Simulation of the applied dosebefore radiation
Tumortherapie mit Ionenstrahlen an der Universitätsklinik in Heidelberg (im Bau)
Energieverlust von Elektronen in Materie
Cherenkov-Effekt:Bewegt sich ein geladenes Teilchen durch ein Medium schneller als Licht,
emittiert es Cherenkov-Strahlung: v > c/n (n ist Brechungsindex des Mediums)
Emission einer kohärenten Wellenfront: cosθ = 1/(βn)
Cherenkov-Licht
Übergangsstrahlung
Θ = 1 /γ
Vielfachstreuung geladener Teilchen in Materie
13.6 MeV
Wechselwirkung geladener Teilchen mit Elektronen der Materie:
Inelastische Streuung: Energieverlust
Elastische (Rutherford) Streuung: Ablenkung
Viele elastische Streuungen: Ablenkwinkel näherungsweise Gauss-verteilt um Mittelwert
Material Z A X0 [g/cm2] X0/ [cm] Ec [MeV]
Wasserstoff
1 1.01 63 700 000 350
Helium 2 4.00 94 530 000 250
Lithium 3 6.94 83 156 180
Kohlenstoff 6 12.01 43 18.8 90
Stickstoff 7 14.01 38 30 500 85
Sauerstoff 8 16.00 34 24 000 75
Aluminium 13 26.98 24 8.9 40
Silizium 14 28.09 22 9.4 39
Eisen 26 55.85 13.9 1.76 20.7
Kupfer 29 63.55 12.9 1.43 18.8
Silber 47 109.9 9.3 0.89 11.9
Wolfram 74 183.9 6.8 0.35 8.0
Blei 82 207.7 6.4 0.56 7.4
Luft 7.3 14.4 37 30 000 84
Wasser 7.5 14.2 36 36 83
Plastik 40 34Aeff = fiAi mit fi = Ai/Atot
Strahlungslängen und kritische Energien für verschiedene Materialien
Photoeffekt
Wechselwirkung von Photonen mit Materie
Compton-Streuung
Paarbildung
Wechselwirkung von Photonen mit Materie
1. Mehrfache Comptonstreuung, unvollständiger Energieverlust.
2. Mehrfache Comptonstreuung + Photoeffekt, vollständiger Energieverlust.
3. Paarbildung, Positronen-Vernichtung, Comptonstreuung, Photoeffekt. Vollständiger Energieverlust.
4. Paarbildung, Verlust eines Vernichtungsquants. 5. Paarbildung, Verlust beider Vernichtungsquanten
Gamma-Spektroskopie
Photolinie
Photolinie:Photoeffekt deponiertGesamtenergie im Detektor
Comptonkante:Maximaler Energieübertrag auf das Elektron, gestreutes Photon verlässt Detektor
Single und Double Escape:Verlust eines oder beider Photonender Elektron-Positron Vernichtungs-Strahlung nach Paarbildung
Rückstreulinie (backscatter peak):Comptoneffekt außerhalb desDetektors, rückgestreutes γ-Quant im Detektor deponiert
Totaler Photonen Wirkungsquerschnitt
Neutronen Wirkungsquerschnitte
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