Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом.

В зависимости от соотношения энергии e фотона и энергии ионизации А, имеют место три

главных процесса взаимодействия: когерентное, некогерентное рассеяние и фотоэффект.

1. Когерентное (классическое) рассеяние – характеризуется небольшой энергией взаимодействия, энергия фотона меньше энергии ионизации (hn<А_И). Отражаясь от атомов, рентгеновские лучи могут интерферировать и давать информацию о молекулярном строении веществ.

2. НЕКОГЕРЕНТНОЕ РАССЕЯНИЕ (ЭФФЕКТ КОМПТОНА) – рассеяние с изменением (увеличением) длины волны. Энергия фотона больше энергии ионизации (hn>А_И). При взаимодействии с атомами энергия рентгеновского фотона расходуется на 1) образование нового рассеянного фотона с энергией hn¹, на отрыв электрона от атома (работа ионизации А_И) и сообщение электрону кинетической энергии Е_К = (m_ev²/2). Таким образом: hn = hn¹ + А_И +Е_К.

3 фотоэффект –характеризуется поглощением кванта, в результате чего может произойти отрыв электрона (т.е. ионизация). Если энергии кванта не достаточно для фотоионизации, то фотоэффект проявится в возбуждении атома.

Перечисленные процессы являются первичными и могут иметь вторичные, третичные и т.д. эффекты.

Ф = Ф0· e-mx, где Ф – поток излучения после прохождения слоя вещества тощиной х; Ф 0 – падающий

В результате перечисленных процессов пучок рентгеновского излучения ослабляется по закону:,

 

m –линейный коэффициент ослабления (зависит от энергии фотона и плотности вещества).

Линейный коэффициент ослабления можно представить, состоящим из трех слагаемых, соответсвующих когерентному рассеянию m_к, некогерентному рассеянию m_нк и фотоэффекту m_ф:

m = m_к + m_нк + m_ф

Линейный коэффициент ослабления зависит от плотности вещества, поэтому чаще применяется массовый коэффициент ослабления, который находят как

m_m = m / r, где r – плотность вещества; Известно, что m_m = k l³Z³,

где Z – порядковый номер атома вещества; k – коэффициент пропорциональности.

Способность вещества взаимодействовать с рентгеновским излучением выражается эмпирическим числом – слоем половинного ослабления – т.е. значением толщины слоя материала, проходя через который поток излучения уменьшается в 2 раза.

 

Ф₀

 

Ф₀/2

 

Х

 

Одно из наиболее важных применений рентгеновского излучения является рентгенодиагностика. Для диагностики используют фотоны с энергией 60 - 120 кэВ. Рентгенодиагностику используют в виде рентгеноскопию - когда изображение получают на экране и рентгенографии - когда изображение фиксируют на фотопленке. Если исследуемый орган и окружающие ткани примерно одинаково ослабляют рентгеновское излучение, то применяют специальные контрастные вещества.