V jednom z předešlých příspěvků jsme si řekli, co je to kerma a absorbovaná dávka. V tomto a následujícím příspěvku si řekneme ještě něco více.
Energie interagujících fotonů (jsme v rtg diagnostice) je předávána ve dvou krocích. V prvním kroku předávají rtg fotony svou energii sekundárním částicím (elektronům) prostřednictvím různých interakcí (fotoefekt, Comptonův rozptyl…). Elektrony pak získají tuto energii ve formě kinetické energie. Kerma (akronym pro „Kinetic Energy Released per unit MAss“) kvantifikuje průměrné množství energie předané nepřímo ionizujícím zářením přímo ionizujícímu záření (od fotonů elektronům) v malém objemu média, aniž by bylo důležité to, co se s energií děje pak. Kerma je nestochastická veličina, která se uplatňuje pouze u nepřímo ionizujícího záření (fotony a neutrony). V druhém kroku předávají nabité částice (elektrony) svoji kinetickou energii okolnímu médiu. Pro kvantifikaci této předané energie okolnímu médiu se používá veličina absorbovaná dávka. Někdy však může dojít k tomu, že elektrony ztrácí svou energii prostřednictvím radiačních ztrát, pak se do absorbované dávky nezapočítávají.
Energie sekundárních elektronů, kterou získaly od fotonů, může být vynaložena buď na srážkové ztráty nebo na radiační ztráty. Celková kerma se proto skládá ze dvou základních částí, kolizní kermy K_col a radiační kermy K_rad a platí:
K = K_col + K_rad (1)
K_col je ta část kermy, která vede k produkci elektronů, které pak ztrácejí svoji kinetickou energii srážkami (kolizemi), typicky ionizací jako následek působení Coulombických sil, podél své dráhy pohybu v látce. K_col je tedy očekávaná hodnota energie předaná nabitým částicím (elektronům) na jednotku hmotnosti v daném bodu zájmu s odečtením radiačních ztrát a energie, kterou předá jedna nabitá částice druhé nabité částici.
K_rad je ta část kermy, která vede k produkci fotonů při brzdění nabitých částic. Jedná se hlavně o tvorbu fotonů brzdného záření v důsledku interakce Coulombických sil elektronu s atomovým jádrem, ale patří sem také anihilace záření (v rtg diagnostice se nevyskytuje). Podíl energie, kterou vynaloží sekundární elektrony na radiační ztráty, se značí g. Pak lze předešlý vztah (1) přepsat na:
K_col = K*(1 -g ) (2)
Mějme obr. 1, na kterém je znázorněn původní interagující foton s energií hν0, nově vzniklý foton s energií hν‘a pak vzniklý elektron e- a další nově vzniklý foton hν“.
Obr. 1: Interakce původního fotonu za vzniku fotonu a elektronu a poté opět fotonu
Uveďme si nyní do obr. 1 výše zmíněné veličiny K, K_col a K_rad. Výsledek je uvedený na obr. 2.
Obr. 2: Interakce se zmíněnými veličinami K, K_col a K_rad
Foton hν‘ nepatří mezi radiační ztráty, protože mezi jeho vznikem a původním fotonem nedošlo k předání energie nabité částici (elektronu).
V dalším článku si řekneme více o vztahu mezi kolizní kermou K_col a absorbovanou dávkou D.
Použitá literatura
Podgorsak EB. Radiation oncology physics: A handbook for teachers and students. International Atomic Energy Agency, Vienna, 2005. ISBN: 92-0-107304-6.
Dance DR, Christofides S, Maidment ADA, McLean ID, Ng KH. Diagnostic radiology physics: A handbook for teachers and students. International Atomic Energy Agency, Vienna, 2014. ISBN: 978-92-131010-1.
Online video Medical Physics.