Otras carreras Radiofisica

[Ashnar]

Cómo me doy cuenta de que mecanismo de interacción es el más probable? Muchas gracias.

¿Cual sera el mecanismo de interacción más probable de las radiaciones emitidas por el TC 99m (E gamma = 140 kev) en agua y en plomo?

[Alriga]

Re: Radiofisica

Intento ayudar. Cuando los rayos gamma interaccionan con la materia lo suelen hacer principalmente mediante 3 posibles mecanismos:

• Efecto fotoeléctrico
• Efecto Compton
• Creación de pares

Observa que los rayos gamma de 140 keV no pueden crear pares $e^- / \ e^+$ lo que descarta la tercera opción, ya que la energía mínima necesaria para crear un par electrón/positrón el interaccionar el fotón gamma con la materia es de 511+511=1022 keV

Pero no sé decirte con seguridad cual de los 2 mecanismos restantes será más probable en agua y en plomo. La Wikipedia en inglés dice "Se cree que la dispersión Compton es el principal mecanismo de absorción de los rayos gamma en el rango de energía intermedia de 100 keV a 10 MeV. La dispersión Compton es relativamente independiente del número atómico del material absorbente, por lo que los materiales muy densos como el plomo son sólo modestamente mejores escudos, (por peso), que los materiales menos densos"

Según esto, la respuesta sería que el mecanismo de interacción más probable de las radiaciones emitidas por el TC 99m (E gamma = 140 keV) en agua y en plomo es el Efecto Compton. Pero repito que no estoy seguro, a ver si hay suerte y pasa por aquí alguien que sepa más,

ACTUALIZADO: Ver post #3 de carroza

Saludos.

[carroza]

Re: Radiofisica

Hola.

Mira, por ejemplo

http://gluon.particle.kth.se/TEACHIN...y/photoabs.gif

Cuando el material es plomo, o cualquier atomo pesado, hay muchos electrones muy ligados, de muchos keV, que pueden abosrber un fotón de 140 keV o más por efecto fotoeléctrico. Esto no ocurre en atomos más ligeros, como los que forman el agua. Alli los electrones están muy poco ligados, de menos de 1 keV, por lo que el fotón de 140 keV los ve prácticamente como si fueran libres, y domina el efecto compton. Así que, para fotones de 140 keV, el mecanismo dominante de absorción en plomo, u otros atomos pesados, es el efecto fotoeléctrico, mientras que para materiales ligeros, como agua, carbono, y tejidos biológicos en general, es el efecto compton.

Saludos

[Alriga]

Re: Radiofisica

Hola. Mira, por ejemplo

http://gluon.particle.kth.se/TEACHIN...y/photoabs.gif

Hola, gracias carroza, perdona, pero resulta que no sé "leer" el gráfico que has adjuntado:

Veo que los circulitos corresponden a la sección eficaz total, pero no entiendo el resto de la nomenclatura de cada una de las curvas adicionales, por ejemplo ¿qué leyenda corresponde al Efecto Fotoeléctrico y cuál al Efecto Compton?

ACTUALIZADO: He encontrado en Internet los gráficos para el Agua y el Plomo en los que las leyendas se entienden mejor, y en los que se observa claramente lo que dice carroza:

... Cuando el material es plomo, o cualquier átomo pesado, hay muchos electrones muy ligados, de muchos keV, que pueden absorber un fotón de 140 keV o más por efecto fotoeléctrico. Esto no ocurre en átomos más ligeros, como los que forman el agua. Allí los electrones están muy poco ligados, de menos de 1 keV, por lo que el fotón de 140 keV los ve prácticamente como si fueran libres, y domina el efecto Compton. Así que, para fotones de 140 keV, el mecanismo dominante de absorción en plomo, u otros átomos pesados, es el efecto fotoeléctrico, mientras que para materiales ligeros, como agua, carbono, y tejidos biológicos en general, es el efecto Compton ...

En la izquierda para el agua a 0.14 MeV se observa que la interacción dominante es el "Compton Scattering", siendo el "Photo" despreciable. Mientras que en la derecha para el plomo a 0.14 MeV la atenuación debida al "Photo" es muchísimo mayor que la debida al "Compton Scattering"

En estos últimos gráficos aparecen atenuaciones debidas a "Compton absorption" y a "Rayleigh" que no sé que significan.

Saludos.

[carroza]

Re: Radiofisica

Hola.

$\sigma_{p.e.}$ es la seccion eficaz del efecto fotoeléctrico, dominante a bajas energias. Es la que tiene los picos, que corresponden a las energias de ionización de los electrones de las distintas capas. Fijate que para el plomo domina hasta energias de 1 MeV, mientras que para el carbono domina hasta unos 10 keV.

$\sigma_{coherent}$ es la seccion eficaz correspondiente a la dispersión "coherente" del fotón por el conjunto de la distribución de carga, no por un electrón individual

$\sigma_{incoh}$ es la seccion eficaz correspondiente a la dispersión "incoherente" del fotón por electrones individuales. Es lo que correspondería al efecto Compton.ç

A energias más altas, tienes los procesos de producción de pares, y la seccion nuclear de fotoabsorción, que pica en torno a 10 MeV. Esto sería como el efecto fotoeléctrico, pero arrancando protones y neutrones, en lugar de electrones.

Un saludo

[Alriga]

Re: Radiofisica

... los gráficos para el Agua y el Plomo ...

[ATTACH=CONFIG]14337[/ATTACH]

En la izquierda para el agua a 0.14 MeV se observa que la interacción dominante es el "Compton Scattering", siendo el "Photo" despreciable. Mientras que en la derecha para el plomo a 0.14 MeV la atenuación debida al "Photo" es muchísimo mayor que la debida al "Compton Scattering"

En estos últimos gráficos aparecen atenuaciones debidas a "Compton absorption" y a "Rayleigh" que no sé que significan.

Después de leer el post de carroza:

$\sigma_{coherent}$ es la sección eficaz correspondiente a la dispersión "coherente" del fotón por el conjunto de la distribución de carga, no por un electrón individual

$\sigma_{incoh}$ es la sección eficaz correspondiente a la dispersión "incoherente" del fotón por electrones individuales. Es lo que correspondería al efecto Compton.

Entiendo que seguramente Coherent scattering = Rayleigh scattering

Pero me sigue despistando que en los gráficos adjuntos aparezcan dos conceptos diferenciados "Compton scattering" y "Compton absorption" cuando en el gráfico que aportó carroza hay un único "Incoherent scattering"

No acabo de entender si "Incoherent scattering" corresponde solo a "Compton scattering", o corresponde a la ¿suma? de "Compton scattering" + "Compton absorption". Y tampoco sé cual es la diferencia entre "Compton scattering" y "Compton absorption"

Gracias y saludos.

[carroza]

Re: Radiofisica

Hola.

A ver, los dos gráficos (el que yo puse en el post #3, y el que tu pusiste en el post #4) representan magnitudes diferentes.

El primero, el del post #3, representa la sección eficaz por cada átomo. Esto incluye tanto dispersión (por el efecto compton, o por rayleigh), como la absorción del fotón (por efecto fotoeléctrico, producción de pares, u otros).

El segundo, el del post #4 , representa la atenuación, o la absorción, por un cierto material. La atenuación indica qué fracción del haz incidente se pierde for interacción con el material. Esta atenuación puede deberse a que se absorban los fotones, o a que se dispersen en una dirección distinta a la del haz incidente. El efecto Compton produciría, en principio, solamente dispersión, en el sentido de que el fotón no se absorbe, sino que cambia de dirección y de energía. Lo que ocurre es que, una vez que el fotón has perdido energía por el efecto Compton, es mucho más facil que se absorba por efecto fotoeléctrico. Imagino que a ese proceso es a lo que se refiere con "compton absorption".

A efectos prácticos, las curvas del post #4 se obtendrían a partir de una simulación de lo que pasa a un gran número de fotones, que interaccionan con los átomos de un material, dispersándose y absorbiéndose con probabilidades dadas por las secciones eficaces del post #3.

Saludos

[Alriga]

Re: Radiofisica

… A ver, los dos gráficos (el que yo puse en el post #3, y el que tu pusiste en el post #4) representan magnitudes diferentes.
El primero, el del post #3, representa la sección eficaz por cada átomo ...

Sí, sección eficaz expresada en “barn/átomo”

… El segundo, el del post #4, representa la atenuación, o la absorción, por un cierto material. La atenuación indica qué fracción del haz incidente se pierde por interacción con el material…

No veo claro que sea así. Si la leyenda es correcta dice, por ejemplo para el plomo, “cm²/ g plomo” Eso sería también sección eficaz, (no fracción) solo que ahora expresada en unidades cm²/g

Para pasar de una unidad a otra en el caso del plomo, si no me equivoco:

$\dfrac{barn}{atomo \ Pb}=\dfrac{barn}{atomo} \dfrac{10^{-24} \ cm^2}{barn} \dfrac{6.023\cdot 10^{22} \ atomos}{mol} \dfrac{1 \ mol}{207.2 \ g \ Pb}=0.0029 \ \dfrac{cm^2}{g \ Pb}$

El gráfico tabula el coeficiente al que llama $\boldsymbol{\mu / \rho}$ en unidades cm²/g

Entiendo que a partir del valor de $\boldsymbol{\mu / \rho}$ del gráfico y del valor de la densidad del material $\rho$ g/cm³, es posible calcular la atenuación para un espesor de "x" cm de material mediante, (ahora sí fracción):

$\dfrac I{I_0}=\exp \Big [ -(\boldsymbol{\mu / \rho}) \cdot \rho \ x \Big ]$

Por si ayuda y/o es útil, he encontrado el estudio del que salen los gráficos que adjunté, que inicialmente había encontrado sueltos por Internet: 22.101 Applied Nuclear Physics (Fall 2006) Lecture 20 (11/27/06) Gamma Interactions: Photoelectric Effect and Pair Production

Saludos.

[carroza]

Re: Radiofisica

Hola.

Tienes razon en las expresiones que pones. Hay una relación directa entre la sección eficaz y el coeficiente de atenuación másico.

He buscado información sobre la diferencia entre "Compton scattering" y "compton absorption".
La idea es que, si miramos fotón a fotón, el efecto compton "dispersa", no "absorbe" fotones. El numero de fotones se conserva en el efecto compton, aunque los fotones cambien de energía y de dirección.
Sin embargo, si nos referimos a la energía que llevan los fotones, en el efecto compton parte de la energía del fotón se "absorbe" por el material, ya que se cede al electrón con el que interacciona.

Así, si un fotón tiene inicialmente una energía $\hbar \omega$, y después de una dispersión por efecto Compton pasa a tener una energía $\hbar \omega'$, esto es un proceso de "Colisión (collision)" que contribuye a la seccion eficaz de atenuación, del cual una fracción $\omega'/\omega$ contribuye a la seccion eficaz de "dispersión (scattering)", mientras que una fracción $(\omega-\omega')/\omega$ contribuye a la sección eficaz de "Absorción (absorption)" .



Aparece bien explicado en

https://ocw.mit.edu/courses/nuclear-engineering/22-101-applied-nuclear-physics-fall-2006/lecture-notes/lec19.pdf