radiation physics note / 放射線物理ノートnisiyama/radiation_physics.pdf ·...

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放射線物理学 ・画像診断や放射線治療にて必要な物理学 ・診断や治療などで(意識しないかもしれないけれど)必要不可欠な知識 ・医療従事者側の「診断したい、治療したい」といった願望と、患者側の「診断して欲しい、治療して 欲しい」といった願望との狭間にあって、如何ともしがたい現実を担うもの 科学、特に物理学は、客観的に捉えうる物としての対象の間の普遍的な関係を、論理的・無矛盾に 記述することで共有可能な知識にしている。したがって、客観的に捉えることが困難な状況や、普遍 的にはならない関係が混在する状況では、適応の程度を十分に吟味する必要がある。 新潟大・歯・顎顔面放射線学分野 西山 2017. 12. 25 講義資料 1 http://www5.dent.niigata-u.ac.jp/~nisiyama/radiation_physics.pdf 「見たいもの」「見えているもの」 画像診断は、「見たいもの」と「見えているもの」とのギャップを埋めていく作業 スライドハンドアウト http://www5.dent.niigata-u.ac.jp/~nisiyama/radiation_physics_slide.pdf 本講義で扱う内容は、 「原子核(陽子・中性 子)、電子」までのレ ベルで、古典力学 ベースの理論で充分 理解できる範囲です。 クォーク等のさらに 微細な構造や量子 力学等のレベルには ほとんど入りません。

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  • 2017. 12. 25 1

    http://www5.dent.niigata-u.ac.jp/~nisiyama/radiation_physics.pdf

    http://www5.dent.niigata-u.ac.jp/~nisiyama/radiation_physics_slide.pdf

  • (electromagnetic wave) electromagnetic radiation (particles) corpuscular radiation charged particles uncharged particles --- (ionizing radiation) directly ionizing radiation indirectly ionizing radiation (non-ionizing radiation) ()()(

    2

    2017. 12. 25

  • 3

    2017. 12. 25

  • c13.0108m 4.0107m 3.01084.01077.5Hz7.5/s

    Hz

    Ehhc/1.9910-25[Jm]/ 1.24[eVm]/12.4[keV]/ Duane-Hunt

    eV V 1.602 10-19[C][V]1.602 10-19[J]

    4

    30kmc1

    11

    1m

    LED

    http://www5.dent.niigata-u.ac.jp/~nisiyama/ElectroMagneticRadiation.pdf

    2017. 12. 25

  • X

    Wilhelm Conrad Rntgen

    1895118

    Crookes

    X

    10-810-14m

    3.0108m/sec

    = (m)(sec-1)(3.0108m /sec)

    = (J)(6.6310-34Jsec)

    5 2017. 12. 25

  • 6 2017. 12. 25

  • D=kZIV2 k I 1%99% 19 (74W)

    1mmAl 70kV 1.5mmAl (15cm)

    7 2017. 12. 25

  • 8 2017. 12. 25

  • ][4.12][1040.12

    ][10602.1

    ]/[10998.2][10626.6

    7

    19

    834

    maxmin

    min

    maxmax

    kVmV

    C

    smJs

    e

    chV

    chVeE

    chhE

    min

    Duane-Hunt minVmax=12.4 minVmaxkV

    K LI LII LIII

    1 H 0.014

    11 Na 1.080 0.055 0.034 0.034

    20 Ca 4.038 0.399 0.352 0.349

    29 Cu 8.980 1.100 0.953 0.933

    53 I 33.164 5.190 4.856 4.559

    74 W 69.508 12.090 11.535 10.198

    79 Au 80.713 14.353 13.733 11.919

    82 Pb 88.001 15.870 15.207 13.044

    92 U 115.591 21.753 20.943 17.163

    3pM3sM

    [keV]

    9

    (1991/3

    2017. 12. 25

  • 50keV 1.02MeV =========================================================

    IP

    10

    K

    2017. 12. 25

  • I0I I=I0e

    -dkZ33 --- Z / ex.

    Zh

    hh

    A

    Z

    MeVkeV

    h

    Z

    hZ

    cc

    c

    coh

    coh

    ccoh

    02.1[MeV]

    productionpair

    5.0

    3030

    scatteringCompton

    K

    effect ricprotoelect

    scatteringcoherent

    tcoefficienn attenuatio mass

    tcoefficienn attenuatiolinear

    3

    2

    11

    (1991/3 (2007/2)

    2017. 12. 25

  • c c

    827

    14

    )7(

    )14(

    f(Z)

    3

    3

    3

    3

    3

    f

    f

    Za

    bZf

    bZa

    c

    c

    ZeffZeff

    c=ZaE3/2

    c=Zb/(E2-1.02E)

    [g/cm3]

    7.64 0.00129 N,O,C H 1

    5.96.5 0.91 C,H,O N,S He 2

    7.42 1 H,O Li 3

    7.47.6 1 H,O,C N,S,K,P,Na,Mg,Ca Be 4

    12.313.8 1.85 O,C,Ca H,P,N,S,Mg B 5

    13.5 2.4 O,C,Ca H,P,N,S,Mg C 6

    15.5 2.9 O,C,Ca H,P,N,S,Mg N 7

    13 2.7 Al O 8

    22 4.5 Ti F 9

    82 11.34 Pb Ne 10

    Na 11

    C,H,O,N,Mg,Ca,K,S,P,Fe Mg 12Zeff Al 13

    Si 14

    P 15

    S 16

    Cl 17

    Ar 18

    K 19

    Ca 20

    Mayered2.943.45(2007/02)

    42.788.012.0

    )(

    94.2 94.294.2

    2

    94.294.2

    OHZ

    Zi

    f

    ZfZ

    eff

    i

    i

    iieff

    Evans, 1955 (Attix, F.H. and Roesch, W.C., eds.:Radiation

    Dosimetry. Vol. I : Fundamentals. Academic Press Inc., New

    York, 1968.)

    c=: Z=125*E3/2-3c=: Z=1900/(E

    2-1.02E+6)+2

    768

    1412-16

    0

    10

    20

    0.01 0.05 0.1 0.5 1 5 10 50 100

    120

    100

    80

    60

    40

    20

    00.01 0.05 0.1 0.5 1 5 10 50 100

    120

    100

    80

    60

    40

    20

    0

    14

    7

    60kV70kV

    0.01 0.05 0.1

    c=

    Zeff

    [MeV]

    Zeff

    12 2017. 12. 25

  • D

    D=kZV2

    k

    D/(IV)=kZVIV

    D1 D1 D2D1D2 1/4 Hc=D2/D1Hc>1 I=I0e

    -d

    cf.

    (1991/3

    IP

    13

    2017. 12. 25

  • exposure, X [C/kg]X=dQ/dm

    dQdm

    Kerma, K Gy[J/kg]K=dE/dm

    dm

    absorbed dose, D Gy[J/kg]D=de/dm

    dedm

    equivalent dose, HT Sv[J/kg]HT=wRDT,R DT,RTR

    wR

    HTRwRDT,R

    Effective Dose, E Sv[J/kg]E=wTHT wT

    X [C/kg] X,

    exposure R

    1R=2.58x10-4C/kg

    D Gy [J/kg]

    absorbed dose rad

    HT Sv [J/kg]

    equivalent dose rem

    HT=wRDTR

    wR :

    E Sv [J/kg]

    effective dose rem

    E=wTHT

    wT :

    A Bq [/]

    activity Ci

    1Sv=100rem1Gy=100radWR=1

    14

    D=HT

    2017. 12. 25

  • (A)(dt)(dN)dN/dt

    Bq[1/sec]

    (RI)

    ---

    ---

    ---

    EC: Electron Capture ---

    (IT: Isomeric Transition)

    SF: Spontaneous Fission

    N=N0e-t

    N:t

    N0t=0

    T:N=1/2N0T

    3H

    - 12.33 14C - 5730

    22Na + 2.603 40K + - 12.7

    60Co - 5.26 6Ga 3.3

    99mTc 6.02 131I - 8.02

    137Cs - 30.07 201TI X 73

    222Rn 3.82

    226Ra 1620

    235U 7.04 238U 44.7

    t

    tt

    eAA

    eNNeNN

    ANdt

    dN

    0

    00

    A1

    Tt

    T

    eT

    AAAA

    TeNN

    e

    21ee

    21log2

    0

    t21log

    0

    t-

    0

    00

    log

    t

    A

    A0

    A0/2

    T t

    A

    A0

    A0/2

    T

    Tp Tb

    Teff

    bp

    bp

    eff

    bpeff

    TT

    TTT

    TTT

    111

    15 2017. 12. 25

  • GM TLD

    GM

    Si, Ge

    16 2017. 12. 25

  • ICRU

    International Commission on Radiation Units and Measurements

    ICRP

    International Commission on Radiological Protection

    UNSCEAR

    United Nations Scientific Committee on Effects of Atomic Radiations

    IARC

    International Agency for Research on Cancer

    IAEA

    International Atomic Energy Agency

    1895

    1896

    1897 J.J.

    1898

    1899

    1900

    1904

    1905 1908

    1909 1911

    1905 1913

    1913

    1916

    1918

    1917 1919

    1918 1923

    1924

    1927

    1927

    1932

    1935

    1937

    1970 CT,MRI

    17 2017. 12. 25

  • /

    (1991/3 (2007/2) (), , ();

    11 (2004/10) 5(2013/9/25) (2008/9) X(2000/9/1)

    ; 2

    (2004/07) 3(2001/03) 2011/9/7 1990(1991)

    2012.11.21

    2017.11.15

    http://www.jrias.or.jp/books/cat/sub1-01/101-14.html

    ICRP PDF http://www.icrp.org/publications.asp

    ICRPPDF http://www.rerf.jp/general/whatis/index.html http://www2.kek.jp/kids/ (KEK) http://www.rist.or.jp/atomica/ ATOMICA RIST http://www.mext.go.jp/b_menu/shuppan/sonota/attach/1313004.htm http://eman-physics.net/ EMAN http://www.jira-net.or.jp/vm/top-page.html

    JIRA http://radphys4.c.u-tokyo.ac.jp/~torii/lecture/radiolect14W.html

    2014

    18 2017. 12. 25