Закон ослабления рентгеновского излучения, слой половинного ослабления

При падении рентгеновского излучения на вещество оно незначительно отражается от его поверхности, а в основном проходит вглубь, при этом частично поглощается и рассеивается, частично проходит насквозь.

В веществе поток рентгеновского излучения ослабляется по закону:

Ф = Ф₀е^{–m × х} (е≈2,7) (6)

здесь m – линейный коэффициент ослабления, который существенно зависит от плотности вещества. Он равен сумме трех слагаемых, соответствующих когерентному рассеянию m_1, некогерентному рассеянию m₂ и фотоэффекту m₃:

m = m₁ + m₂ + m₃. (7)

Вклад каждого слагаемого определяется энергией фотона. Ниже приведены соотношения этих процессов для мягких тканей (обычно моделью мягких тканей является вода)(см. таб.1).

Таблица 1.

Отметим, что при рентгенодиагностике используется рентгеновское излучение с энергией фотонов от 60 до 100-120 кэВ, как видно из таблицы, и определяющими процессами здесь являются фото- и Комптон- эффекты.

Кроме линейного вводится также массовый коэффициент ослабления, который не зависит от плотности вещества r:

m_m = m/r. (8)

Массовый коэффициент ослабления зависит от длины волны R-излучения и от атомного номера вещества – поглотителя:

m_m = kl³Z³, тогда (9)

m = m _m r= kl³Z³r (9’)

Из формул (9, 9’) следует, что различные ткани человеческого по-разному ослабляют рентгеновское излучение. Это позволяет в теневой проекции на флюоресцирующем экране или фотопленке, на экране компьютера видеть изображение внутренних органов. Для справки: массовые коэффициенты ослабления кости и мягкой ткани (воды) отличаются в 68 раз: m_{m кости}/m_{m воды}= 68. Линейные коэффициенты ослабления еще в большей степени различаются между собой. Именно на этом основана рентгенодиагностика.

Если исследуемый орган и окружающие ткани одинаково ослабляют рентгеновское излучение, то применяют контрастные вещества. Так, например, наполнив желудок и кишечник кашеобразной массой сульфата бария (BaS0₄), можно видеть их теневое изображение (соотношение коэффициентов ослабления равно 354).

Остановимся на вопросе защиты от рентгеновского излучения. Здесь используется такое понятие как слой половинного ослабления.

Слой половинного ослабления – это такая толщина слоя некоторого вещества, которая ослабляет поток падающего излучения в два раза. Используя закон ослабления (6), легко найти связь между слоем половинного ослабления d_0,5 и линейным коэффициентом ослабления m.

При х = d_0,5 (6) можно записать так:

,

логарифмируя это выражение, получим:

или . (10)

Величина d_0,5 зависит от энергии рентгеновского фотона и вещества, ослабляющего излучение. Например, d_0,5 при напряжении на рентгеновской трубке 60 кВ составляет 1 мм для Al и 10 мм для H₂O, d_0,5 достаточно мала для свинца, поэтому данный материал чаще всего используется в средствах защиты от рентгеновского излучения.

Поиск по сайту: