Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом

В зависимости от соотношения энергии фотона рентгена  и энергии ионизации  ( - это энергия, необходимая для удаления внутренних электронов за пределы атома или молекулы), различают следующие виды взаимодействия рентгеновского излучения с веществом:

 

 

1. Когерентное (классическое) рассеяние:

Фотон рентгеновского излучения изменяет направление, но сохраняет неизменной энергию, а следовательно, и длину волны. Этот вид взаимодействия характерен для длинноволнового (мягкого) рентгеновского излучения. Биологического эффекта данный вид взаимодействия, не вызывает.

 

2. Фотоэффект: .

Фотон рентгеновского излучения поглощается, а электрон отрывается от атома и происходит ионизация вещества. Уравнение фотоэффекта:

Если кинетическая энергия фотоэлектрона () значительна, то происходит ионизация соседнего атома (вторичная ионизация). В организме фотоэффект вызывает фотохимические реакции.

 

3. Некогерентное рассеяние(эффект Комптона):

Характерно для коротковолнового (жесткого) излучения. Энергия фотона рентгеновского излучения уменьшается (увеличивается его длина волны) и изменяется его направление. Уравнение этого взаимодействия:

где: - частота первичного фотона

- частота фотона рассеяния

 – кинетическая энергия электрона, который называется электроном отдачи.

Т.к. пренебрежительно мала, то:

Все, вышеперечисленные процессы, вызывают ряд вторичных процессов. Например, если при фотоэффекте происходит отрыв внутренних электронов, то на их место переходят электроны из внешних слоев, что сопровождается вторичным характеристическим излучением данного вещества.

Фотоэлектроны или электроны отдачи, соударяясь с соседними атомами, будут их ионизировать, и при этом может происходить образование вторичных, третичных и т.д. электронов отдачи.

Таким образом, в результате взаимодействия рентгеновского излучения с веществом происходит:

1.ионизация вещества;

2. возникает вторичное рентгеновское излучение с большей длиной волны по всевозможным направлениям.

Закон Бугера

Ослабление рентгеновского излучения при прохождении через вещество происходит вследствие как собственно поглощения, так и рассеяния первичного излучения.

Формулировка закона. Каждый последующий слой однородного вещества одинаковой толщины ослабляет параллельный пучок рентгеновского монохроматического излучения на одинаковую часть падающего на этот слой потока:

где: – поток рентгеновского излучения, достигающий слоя на глубине  от поверхности вещества.

– поток рентгеновского излучения, падающий на вещество.

 – толщина слоя вещества.

 – линейный коэффициент ослабления, который зависит от следующих величин: 

где: – плотность вещества.

– коэффициент пропорциональности.

– длина волны рентгеновского излучения.

– порядковый номер элемента.