Radiation - X Ray PDF

Medical Physics translated by ‫لَــــيِــث‬ Classification of Radiation Classification of Radiation 1  Types of Radiation ‫أنواع اإلشعاع‬ There are four major types of radi...

Medical Physics translated by ‫لَــــيِــث‬ Classification of Radiation Classification of Radiation 1  Types of Radiation ‫أنواع اإلشعاع‬ There are four major types of radiation: alpha, beta, neutrons, and electromagnetic waves such as gamma rays. They differ in mass, energy and how deeply they penetrate people and objects..‫ ألفا وبيتا والنيوترونات والموجات الكهرومغناطيسية مثل أشعة جاما‬:‫هناك أربعة أنواع رئيسية من اإلشعاع‬ ‫وهي تختلف في الكتلة والطاقة ومدى عمق اختراقها لألشخاص واألشياء‬. 1. Alpha Radiation: ‫إشعاع ألفا‬ Alpha radiation is a heavy, very short-range particle and is actually an ejectedhelium nucleus. ‫إشعاع ألفا هو جسيم ثقيل قصير المدى للغاية وهو في الواقع نواة هيليوم مقذوفة‬. Some characteristics of alpha radiation are: o Most alpha radiation is not able to penetrate human skin. o Alpha-emitting materials can be harmful to humans if the materials are inhaled, swallowed, or absorbed through open wounds. o A variety of instruments has been designed to measure alpha radiation. Special training in the use of these instruments is essential for making accurate measurements. ‫بعض خصائص إشعاع ألفا هي‬: o ‫معظم إشعاعات ألفا غير قادرة على اختراق جلد اإلنسان‬. o ‫يمكن أن تكون المواد التي ينبعث منها ألفا ضارة لإلنسان إذا تم استنشاقها أو ابتالعها أو امتصاصها من خالل‬ ‫الجروح المفتوحة‬. o ‫ يعد التدريب الخاص على استخدام هذه األدوات‬.‫تم تصميم مجموعة متنوعة من األدوات لقياس إشعاع ألفا‬ ‫أمرًا ضروريًا إلجراء قياسات دقيقة‬. o A thin-window Geiger-Mueller (GM) probe can detect the presence of alpha radiation. o Instruments cannot detect alpha radiation through even a thin layer of water, dust, paper, or other material, because alpha radiation is not penetrating. o Alpha radiation travels only a short distance (a few inches) in air, but is not an external hazard. o Alpha radiation is not able to penetrate clothing.  Examples of some alpha emitters: radium, radon, uranium, thorium. o ‫( يمكن لمسبار جيجر مولر‬GM) ‫ذو النافذة الرقيقة اكتشاف وجود إشعاع ألفا‬. o ‫ال تستطيع األجهزة اكتشاف إشعاع ألفا حتى من خالل طبقة رقيقة من الماء أو الغبار أو الورق أو أي مادة‬ ‫ ألن إشعاع ألفا ال يخترق‬،‫أخرى‬. o ‫ ولكنه ال‬،‫ينتقل إشعاع ألفا لمسافة قصيرة فقط (بضع بوصات) في الهواء‬ ً ‫يشكل خطراً خارجيا‬. o ‫إشعاع ألفا غير قادر على اختراق المالبس‬. ‫ الثوريوم‬،‫ اليورانيوم‬،‫ الرادون‬،‫ الراديوم‬:‫أمثلة على بعض بواعث ألفا‬. 2 Medical Physics 2. Beta Radiation: ‫إشعاع بيتا‬ Beta radiation is a light, short-range particle and is actually an ejected electron. Some characteristics of beta radiation are: ‫ بعض خصائص إشعاع بيتا‬.‫إشعاع بيتا هو جسيم خفيف قصير المدى وهو في الواقع إلكترون منبعث‬ ‫هي‬: o Beta radiation may travel several feet in air and is moderately penetrating. o Beta radiation can penetrate human skin to the "germinal layer," where new skin cells are produced. If high levels of beta-emitting contaminants are allowed to remain on the skin for a prolonged period of time, they may cause skin injury. o Beta-emitting ‫قد ينتقل إشعاع بيتا عدة أقدام في الهواء ويكون اختراقه متوسطًا‪.‬يمكن ألشعة بيتا أن تخترق جلد اإلنسان إلى ‪o‬‬ ‫"الطبقة الجرثومية"‪ ،‬حيث يتم إنتاج خاليا الجلد الجديدة‪.‬إذا سمح لمستويات عالية من الملوثات التي ينبعث منها‬ ‫انبعاث بيتا ‪. o‬بيتا بالبقاء على الجلد لفترة طويلة من الزمن‪ ،‬فإنها قد تسبب إصابة الجلد‬ ‫‪contaminants may be harmful if deposited internally. o Most beta emitters can be‬‬ ‫"‪detected with a survey instrument and a thin-window GM probe (e.g., "pancake‬‬ ‫‪type). Some beta emitters, however, produce very low energy, poorly penetrating‬‬ ‫‪radiation that may be difficult or impossible to detect. Examples of these‬‬ ‫‪difficult-to-detect beta emitters are hydrogen-3 (tritium), carbon 14, and sulfur-35.‬‬ ‫‪Examples of some pure beta emitters: strontium-90, carbon-14, tritium, and‬‬ ‫‪sulfur‬‬ ‫يمكن اكتشاف معظم بواعث بيتا باستخدام أداة المسح ‪. o‬قد تكون الملوثات ضارة إذا تم إيداعها داخليًا‬ ‫ذو النافذة الرقيقة (على سبيل المثال‪ ،‬النوع "الفطيرة")‪.‬ومع ذلك‪ ،‬تنتج بعض بواعث بيتا ‪ GM‬ومسبار‬ ‫طاقة منخفضة جدًا‪ ،‬وإشعاعًا ضعيف االختراق قد يكون من الصعب أو من المستحيل اكتشافه‪.‬ومن أمثلة‬ ‫‪.‬بواعث بيتا التي يصعب اكتشافها الهيدروجين ‪( 3‬التريتيوم)‪ ،‬والكربون ‪ ،14‬والكبريت ‪35‬‬ ‫أمثلة على بعض بواعث بيتا النقية‪ :‬السترونتيوم‪ ،90-‬والكربون‪ ،14-‬والتريتيوم‪ ،‬والكبريت‬ ‫نيوترون ‪3. Neutron:‬‬ ‫‪This is a particle that doesn't have any charge and is present in the nucleus of‬‬ ‫‪an atom. Neutrons are commonly seen when uranium atoms split, or fission, in a‬‬ ‫‪nuclear reactor. If it wasn't for the neutrons, you wouldn't be able to sustain the‬‬ ‫‪nuclear‬‬ ‫‪reaction‬‬ ‫‪used‬‬ ‫‪to‬‬ ‫‪generate‬‬ ‫‪power.‬‬ ‫هذا جسيم ليس له أي شحنة وهو موجود في نواة الذرة‪.‬تُرى النيوترونات بشكل شائع عند انقسام ذرات‬ ‫اليورانيوم أو انشطارها في مفاعل نووي‪.‬لوال النيوترونات‪ ،‬لما كنت قادرًا على الحفاظ على التفاعل النووي‬ ‫‪.‬المستخدم لتوليد الطاقة‬  3 Medical Physics 4. Gamma and X Radiation. ‫أشعة جاما واألشعة السينية‬ Gamma radiation and x rays are highly penetrating electromagnetic radiation. Some characteristics of these radiations are: ‫ ومن خصائص هذه اإلشعاعات‬.‫أشعة جاما واألشعة السينية هي إشعاعات كهرومغناطيسية شديدة االختراق‬: o Gamma radiation or x rays are able to travel many feet in air and many inches in human tissue. They readily penetrate most materials and are sometimes called "penetrating" radiation. o X rays are like gamma rays. X rays, too, are penetrating radiation. Sealed radioactive sources and machines that emit gamma radiation and x rays respectively constitute mainly an external hazard to humans. o Gamma radiation and x rays are electromagnetic radiation like visible light, radiowaves, and ultraviolet light. These electromagnetic radiations differ only in the amount of energy they have. Gamma rays and x rays are the most energetic of these. o ‫تستطيع إشعاعات جاما أو األشعة السينية االنتقال لمسافة عدة أقدام في الهواء وعدة بوصات في األنسجة‬ ‫ وهي تخترق معظم المواد بسهولة وتسمى أحيانًا اإلشعاع "المخترق‬.‫"البشرية‬. o ‫ تشكل المصادر المشعة المغلقة واآلالت‬.‫ األشعة السينية أيضًا تخترق اإلشعاع‬.‫األشعة السينية تشبه أشعة جاما‬ ‫التي تنبعث منها إشعاعات غاما واألشعة السينية على التوالي خطرًا خارجيًا على البشر‬. o ‫إشعاع جاما واألشعة السينية هي إشعاعات كهرومغناطيسية مثل الضوء المرئي وموجات الراديو واألشعة فوق‬ ‫ وأشعة جاما واألشعة‬.‫ وتختلف هذه اإلشعاعات الكهرومغناطيسية فقط في كمية الطاقة التي تمتلكها‬.‫البنفسجية‬ ‫السينية هي األكثر نشاطًا‬. o Dense materials are needed for shielding from gamma radiation. Clothing provides  little shielding from penetrating radiation, but will prevent contamination of the skin by gamma-emitting radioactive materials. o Gamma radiation is easily detected by survey meters with a sodium iodide detector probe. o Gamma radiation and/or characteristic x rays frequently accompany the emission of alpha and beta radiation during radioactive decay.o ‫هناك حاجة إلى مواد كثيفة للحماية من‬ ‫ ولكنها تمنع تلوث الجلد بالمواد المشعة‬،‫ توفر المالبس القليل من الحماية من اختراق اإلشعاع‬.‫إشعاع جاما‬ ‫التي تنبعث منها غاما‬. o ‫يمكن اكتشاف إشعاع جاما بسهولة بواسطة أجهزة المسح باستخدام مسبار كاشف يوديد الصوديوم‬. o ‫أو األشعة السينية المميزة في كثير من األحيان انبعاث إشعاعات ألفا وبيتا أثناء‬/‫تصاحب إشعاعات جاما و‬ ‫االضمحالل اإلشعاعي‬ o Above image showing how different kinds of radiation travel different distances and have different abilities to penetrate, depending on their mass and their energy ‫الصورة أعاله توضح كيف تنتقل أنواع مختلفة من اإلشعاع لمسافات مختلفة ولها قدرات مختلفة على‬ ‫ اعتمادًا على كتلتها وطاقتها‬،‫االختراق‬ ❖ Alpha particle, because it's very heavy and has a very large charge, doesn't go very far at all. This means an alpha particle can't even get through a sheetof paper. An alpha particle outside body won't even penetrate the surface of skin. But, if you inhale or ingest material that emits alpha particles, sensitivetissue like the lungs can be exposed. This is why high levels of radon are considered a problem in your home. ❖ ‫ وهذا يعني أن جسيم ألفا‬.‫ ال يذهب بعيدًا على اإلطالق‬،‫ ألنه ثقيل جدًا وذو شحنة كبيرة جدًا‬،‫جسيم ألفا‬.‫ جسيم ألفا خارج الجسم لن يخترق حتى سطح الجلد‬.‫ال يمكنه حتى المرور عبر قطعة من الورق‬ ‫ فقد تتعرض األنسجة الحساسة مثل‬،‫ إذا قمت باستنشاق أو تناول مادة تنبعث منها جسيمات ألفا‬،‫ولكن‬ ‫ ولهذا السبب تعتبر المستويات العالية من غاز الرادون مشكلة في منزلك‬.‫الرئتين‬. 5 Medical Physics ❖ Beta particles go a little farther than alpha particles. You could use a relatively small amount of shielding to stop them. They can get into your body but can't go all the way through. To be useful in medical imaging, beta particles must be released by a material that is injected into the body. They can also be very useful in cancer therapy when put the radioactive material in a tumor. ❖ ‫جسيمات بيتا تذهب‬ ‫ يمكنهم الدخول‬.‫ يمكنك استخدام كمية صغيرة نسبيًا من الحماية إليقافها‬.‫أبعد قليال من جسيمات ألفا‬ ‫ يجب إطالق‬،‫ لكي تكون مفيدة في التصوير الطبي‬.‫إلى جسمك ولكن ال يمكنهم المرور عبره بالكامل‬ ‫ كما يمكن أن تكون مفيدة جدًا في عالج السرطان عند‬.‫جزيئات بيتا بواسطة مادة يتم حقنها في الجسم‬ ‫وضع المادة المشعة في الورم‬. ❖ Gamma rays and x-rays can penetrate through the body. This is why they are useful in medicine—to show whether bones are broken or where there is tooth decay, or to locate a tumor. Shielding with dense materials like  ‫‪concrete and lead is used to avoid exposing sensitive internal organs or the‬‬ ‫‪people who may be working with this type of radiation. For example, the‬‬ ‫‪technician who does my dental x-rays puts a lead apron over me before‬‬ ‫‪taking the picture. That apron stops the x-rays from getting to the rest of my‬‬ ‫‪body. The technician stands behind the wall, which usually has some lead in‬‬ ‫‪it, to protect himself.‬‬ ‫يمكن ❖‬ ‫ألشعة جاما واألشعة السينية أن تخترق الجسم‪.‬ولهذا السبب فهي مفيدة في الطب – إلظهار ما إذا‬ ‫كانت العظام مكسورة أو مكان وجود تسوس في األسنان‪ ،‬أو لتحديد موقع الورم‪.‬يتم استخدام التدريع‬ ‫بمواد كثيفة مثل الخرسانة والرصاص لتجنب تعريض األعضاء الداخلية الحساسة أو األشخاص الذين‬ ‫قد يتعاملون مع هذا النوع من اإلشعاع‪.‬على سبيل المثال‪ ،‬يقوم الفني الذي يقوم بتصوير أسناني‬ ‫باألشعة السينية بوضع مئزر من الرصاص فوقي قبل التقاط الصورة‪.‬هذا المئزر يمنع األشعة السينية‬ ‫من الوصول إلى بقية جسدي‪.‬يقف الفني خلف الجدار‪ ،‬الذي عادة ما يحتوي على بعض الرصاص‪،‬‬ ‫‪.‬لحماية نفسه‬ ‫‪❖ Neutrons, because they don't have any charge, don't interact with materials‬‬ ‫‪very well and will go a very long way. The only way to stop them is with‬‬ ‫‪large quantities of water or other materials made of very light atoms.‬‬ ‫النيوترونات‪ ،‬نظرًا ألنها ال تحتوي على أي شحنة‪ ،‬ال تتفاعل مع المواد جيدًا وستقطع شوطًا ❖‬ ‫طوياًل جدًا‪.‬والطريقة الوحيدة إليقافها هي باستخدام كميات كبيرة من الماء أو مواد أخرى مصنوعة‬ ‫‪.‬من ذرات خفيفة للغاية‬ ‫‪Note: Radiation is all around us‬‬ ‫‪(called background radiation).‬‬ ‫ملحوظة‪ :‬اإلشعاع موجود في كل مكان حولنا‬ ‫(يسمى إشعاع الخلفية‬ ‫‪- Production of x-ray beams‬‬ ‫إنتاج حزم األشعة السينية‬ ‫‪1.1.The main components of an‬‬ ‫‪x-ray production unit‬‬ ‫المكونات الرئيسية لوحدة إنتاج األشعة‪1.1.‬‬ ‫السينية‬ ‫‪X-Ray an electromagnetic radiation with wavelength (10 – 0.1 nm) used in‬‬ ‫‪medicine for: (1) diagnosis (radiography).‬‬ ‫األشعة السينية‪ :‬إشعاع كهرومغناطيسي بطول موجي (‪ 0.1 – 10‬نانومتر) يستخدم في الطب من أجل‪:‬‬ ‫)(‪ )1‬التشخيص (التصوير الشعاعي‬  (2) therapy (radiotherapy). Production of X-Rays: The main components of an x-ray unit are: 1- Evacuated glass tube. 2- Heated filament as a source of electrons (cathode). 3- High melting point material target (anode). 4- High voltage source. In high resolution x–ray source, electrons are emitted thermionically from. (2) ‫)العالج (العالج اإلشعاعي‬. ‫ أنبوب زجاجي مفرغ‬-1 :‫ المكونات الرئيسية لوحدة األشعة السينية هي‬:‫إنتاج األشعة السينية‬. 2- ‫الفتيل المسخن كمصدر لإللكترونات‬ (‫)الكاثود‬. 3- ‫هدف مادي ذو نقطة انصهار عالية‬ (‫)األنود‬. 4- ‫مصدر الجهد العالي‬. ‫في مصدر األشعة السينية عالية الدقة‬، ‫تنبعث اإللكترونات حراريا من‬. a heated filament (cathode) and are accelerated to speeds close to the speed of light through a high PD. These electrons are then focused by a magnetic lens into a very small spot on a metallic target (anode). On impact with the atoms in the target, the electrons decelerate rapidly by loss of its energy through a series of glancing collisions. A small percent of these interactions produces x-ray, and about 99% of the energy of the electrons goes into producing heat that must be removed from the target material to avoid overheating. ‫خيوط‬ ‫ ساخنة (الكاثود) ويتم تسريعها إلى سرعات قريبة من سرعة الضوء من خالل‬PD ‫ يتم بعد ذلك تركيز هذه‬.‫عالية‬ ‫ عند االصطدام بالذرات‬.)‫اإللكترونات بواسطة عدسة مغناطيسية في نقطة صغيرة جدًا على هدف معدني (األنود‬.‫ تتباطأ اإللكترونات بسرعة بسبب فقدان طاقتها من خالل سلسلة من االصطدامات الخاطفة‬،‫الموجودة في الهدف‬ ‫ من طاقة اإللكترونات إلى إنتاج حرارة‬%99 ‫ ويذهب حوالي‬،‫وتنتج نسبة صغيرة من هذه التفاعالت أشعة سينية‬ ‫يجب إزالتها من المادة المستهدفة لتجنب ارتفاع درجة حرارتها‬. 1.2. X-ray production by the braking radiation process 1.2. ‫إنتاج األشعة السينية عن طريق عملية إشعاع الكبح‬ A high energy electron is decelerated by the electrons orbiting an atom in the target. This deceleration produces radiation in the form of x-ray. This process is called “braking radiation”. This is the dominant x-ray producing process which produces a wide spectrum of x-ray (the continuous spectrum). The intensity of x- ray is proportional to the number of emitted photons at any wavelength. The energy of electrons depends on the operating voltage. a- If the electrons lose all their energy at once, the minimum x – ray wavelength (λ min) will be produced. ‫يتم‬ ‫ وينتج عن هذا‬.‫تباطؤ اإللكترون عالي الطاقة بواسطة اإللكترونات التي تدور حول الذرة في الهدف‬ ‫ هذه هي عملية إنتاج‬."‫ وتسمى هذه العملية "إشعاع الكبح‬.‫التباطؤ إشعاع على شكل أشعة سينية‬ ‫ تتناسب شدة‬.)‫األشعة السينية السائدة والتي تنتج طيفًا واسعًا من األشعة السينية (الطيف المستمر‬ ‫ تعتمد طاقة اإللكترونات على جهد‬.‫األشعة السينية مع عدد الفوتونات المنبعثة عند أي طول موجي‬ ‫التشغيل‬. ‫ فسيتم إنتاج الحد األدنى من الطول الموجي لألشعة‬،‫ إذا فقدت اإللكترونات كل طاقتها مرة واحدة‬-‫أ‬ ‫( السينية‬λ min) 7 Medical Physics b- If the electrons losing less than their total energy, the longer wavelength (λ max) will produced. ‫ إذا فقدت اإللكترونات أقل من طاقتها الكلية فإن الطول الموجي األطول‬-‫( ب‬ ‫الحد األقصى) سيتم إنتاجه‬.. 8