Expozíció

A RadiWiki wikiből

Alapfogalmak

Az expozíció az a leggyakrabban alkalmazott mennyiség, mely egy adott helyre érkező sugármennyiséget fejez ki. Az expozíció hagyományos mértékegysége a röntgen (R), az SI mértékegységben pedig a Coulomb/levegő-kilogramm (C/kg):

1 R = 2.58 • 10-4 C/kg 1 C/kg = 3876 R

Az expozíció tehát a sugárzás hatására egységnyi tömegű levegőben, ionizáció során keletkezett töltés. A sugárzás mennyiségének mérésére az expozíciót azért alkalmazzák széles körben, mert könnyen mérhető. Minden sugárzással kapcsolatos mérési módszer a sugárzás és anyag kölcsönhatásán alapul, mely az expozíció esetén a sugárzás és levegő kölcsönhatását, illetve az ebből létrejövő ionizációt jelenti.

Az expozíció mérése során tehát egy kis térfogatnyi levegőt helyeznek a mérési helyre és ennek a levegőmennyiségnek az ionizációját határozzák meg. Ezt az eszközt ionizációs kamrának hívják. Az ionizációs kamra használata, valamint az egyéb sugárzásmérési módszerek a Sugárfizika fejezet/tantárgy keretében kerülnek ismertetésre. Az expozíció fogalma és mértékegységének definíciója könnyen megérthető az ábra segítségével.

Ha a levegőben lévő atomok ionizáló sugárzással (röntgen-, gammasugárzás) találkoznak, akkor néhány foton az atomok külső héj elektronjaival kerülnek kölcsönhatásba. E kölcsönhatás során a külső héj elektron elszakad az atomtól, melynek következtében egy elektron-ion pár jön létre: egy negatív töltésű elektron és egy pozitív töltésű ion formájában. Adott sűrűségű levegő esetén az így létrejövő ionizáció mennyiségét két tényező határozza meg: a sugárzás foton koncentrációja és a sugárzást alkotó egyedi fotonok energiája. Egy röntgen expozíció 2,08 • 109 darab elektron-ion párt hoz létre 1 cm3 standard hőmérsékletű és nyomású levegőben (0 °C, 1 atm); 1 cm3 standard hőmérsékletű és nyomású levegő tömege 0,001293 grammnak felel meg. 1 röntgen a hivatalos definícó szerint az a sugárzásmennyiség, mely 1 kg levegőben 2,58 • 10-4 C ionizációt hoz létre. A coulomb az elektromos töltés egysége. Mivel az ionizáció során töltött részecskék – ionok – jönnek létre, az ionizáció mennyiségét a töltésmennyiséggel (C) meg lehet határozni. 1 C töltést 6,24 • 1018 ionizáció hoz létre. Az expozíció tehát a sugárzás intenzitásának jellemzésére használt mértékegység. Egy adott foton energia esetén az expozíció arányos a foton koncentrációval. Az expozíció és foton koncentráció közötti összefüggés azonban a foton energiával (amely a foton frekvenciájával arányos) változik, mivel a kölcsönhatásba lépő fotonok száma és az egy fotonra jutó kölcsönhatások száma is függ a foton energiától. 60 keV-os foton energia esetén 1 R expozíció kb. 3 • 1010 foton/cm2 koncentrációnak felel meg.

Felületi integrált expozíció

Mivel a R vagy C/kg mértékegységgel megadott expozíció koncentrációt jelöl, ezért nem fejezi ki a testet (a vizsgált beteget) ért teljes sugárzás mennyiségét. Egy testet ért sugárzás mennyiségét a felületi integrált expozícióval adhatjuk meg, mely az expozíciótól és az exponált/besugárzott terület nagyságától függ. A felületi integrált expozíció hagyományos mértékegysége a röntgen•cm2 (R•cm2). Ha a sugárzás expozíció a teljes vizsgált felületen egyenletes, akkor a felületi integrált expozíció a sugárzás expozíció és a vizsgált felület szorzatával kifejezhető. Ugyanakkor, ha az expozíció változik a vizsgált terület különböző részein, akkor a felületi integrált expozíciót csak a különböző expozíciójú területek összegének függvényében lehet meghatározni. Ez a folyamat matematikailag a felületre eső expozíció integrálása révén valósítható meg. A röntgenvizsgálat során a felületi integrált expozíció csak egy speciális ionizációs kamra segítségével mérhető meg. A felületi integrált expozíció jelentősége abban áll, hogy a beteget ért teljes sugárzás mennyiségét megadja, míg az expozíció csak egy bizonyos helyen mérhető sugárzás intenzitását jelöli. Az expozíció és a felületi integrált expozíció közti különbség jól szemléltethető egy tipikus fluoroszkópiás (átvilágítás) vizsgálattal.

Az ábrán bemutatott mindkét vizsgálatnál a sugárnyaláb által lefedett terület 10•10 cm (100 cm2); a teljes expozíciós idő 5 perc és az expozíciós ráta 3 R/min. A felületi integrált expozíció tehát mindkét esetben 1500 R-cm2. Ugyanakkor egy bizonyos terület expozíciója attól is függ, hogy a vizsgálat során a sugárzás mennyi ideig volt jelen az adott területen. Az ábrán szemléltetett első esetben a sugárnyaláb végig ugyanazt a területet érte, így a vizsgálat végén ezen a területen az expozíció 15 R-nek felel meg. A második példában a sugárnyaláb a vizsgálat során elmozdult, így az expozíció egy nagyobb területen oszlik meg, ezért területegységre számítva a sugárzás intenzitása kisebb. Egy másik példát demonstrál a következő ábra, itt az expozíció mindkét esetben azonos (100 mR). Ugyanakkor az exponált terület különbözik, ezért a nagyobb területen exponált beteg 10-szer akkora sugárzásban részesül, mint a másik. Összefoglalva tehát az expozíció önmagában nem fejezi ki a testet ért sugárzás teljes mennyiségét, ennek meghatározása csak a vizsgált terület nagyságának ismeretében lehetséges.