Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Первичные физические эффекты, возникающие при взаимодействии рентгеновского излучения с веществом



Рассмотрим взаимодействие квантов рентгеновского излучения с атомами и молекулами вещества, в котором они распространяются. Очевидно, что результат этого взаимодействия, в первую очередь, зависят от энергии кванта и здесь принято выделять следующие случаи.

1) Энергия кванта меньше энергии ионизации атома ( hn < Аи ). Тогда на атомах вещества происходит рассеяние квантов без изменения их частоты. (см. рис. 1.4 а). Такое взаимодействие называется когерентным рассеянием. Оно характерно для длинноволнового (мягкого) рентгеновского излучения. Когерентное рассеяние приводит к изменению структуры падающего пучка рентгеновских лучей - если падающий на вещество пучок был параллельным, то появляются кванты, распространяющиеся по различным направлениям, подвергаясь частичному или полному поглощению веществом.

2). Энергия кванта превышает энергию ионизации (hn ³ Аи). В этом случае электрон отрывается от атома и приобретает некоторую кинетическую энергию- происходит фотоэффект (см. рис. 1.4 б). В результате фотоэффекта поглощенная энергия рентгеновского кванта вызывает ионизацию вещества и возбуждение атомов и молекул.

 
 

3) Энергия кванта значительно превышает энергию ионизации
(hn >>Аи). Часть энергии hn падающего кванта идет на вырывание электрона из электронной оболочки атома вещества, а другая- на образование фотона меньшей энергии h и другого направления распространения, а также на сообщение оторванному или свободному электрону кинетической энергии Ек :

hn= Аи + h + Ек .

Это явление называется эффектом Комптона, а рассеяние рентгеновского излучения с изменением длины волны -некогерентным рассеянием
(см. рис. 1.4 в). Получившие кинетическую энергию электроны отдачи могут ионизировать соседние атомы вещества путем соударения.

Отмеченные первичные акты взаимодействия рентгеновского излучения с веществом могут порождать ряд вторичных процессов. В частности, возбуждение атомов и молекул вызывает рентгенолюминесценцию, что используется для создания люминесцирующих экранов, позволяющих наблюдать рентгеновское изображения. Если при фотоэффекте наблюдается отрыв электронов с внутренних оболочек атомов, то возникает характеристическое рентгеновское излучение (рис.1.4 г).

Таким образом, жесткие рентгеновские лучи за счет эффекта Комптона, происходящего независимо и параллельно с ним фотоэффекта и вторичных процессов вызывают значительную ионизацию вещества, с которым они взаимодействуют.

В итоге, при воздействии рентгеновского излучения на биологические ткани в них возникают сильные структурные и функциональные изменения.

 

1.4 Закон ослабления рентгеновского излучения в веществе.

Рассмотренные выше первичные эффекты взаимодействия рентгеновского излучения с веществом приводят к тому, что при прохождении через слой

вещества интенсивность излучения уменьшается. Ее ослабление происходит за счет двух процессов: поглощения – когда энергия рентгеновских квантов растрачивается на структурные перестройки в веществе (кванты прекращают свое существование) и рассеяния – когда рентгеновские кванты изменяют свое первичное направление распространения (см. рис.1.5). Так, если на слой вещества падает параллельный пучок рентгеновских лучей с интенсивностью Io, то при прохождении слоя вещества толщиной х интенсивность излучения ,распространяющегося в прежнем направлении, принимает значение I . Ослабление происходит по тому же экспоненциальному закону, что и для световых лучей:

I = Io e - m X ,(5)

где m - линейный показатель ослабления, характеризующий убыль интенсивности рентгеновских лучей за счет поглощения (m п ) и рассеяния (m р ) на единице толщины слоя: m = m п + m р .

 

Наряду с линейным показателем используют также массовый показатель ослабления ( mм ), представляющий отношение линейного показателя к плотности r вещества :mм = m /r.

При рассмотрении закономерностей ослабления потока тормозного рентгеновского излучения в веществе следует учесть, что в этом излучении содержатся кванты различной энергии. Следовательно, они обладают различной проникающей способностью. Коэффициент m в формуле (5) является постоянным для данного вещества лишь для моноэнергетического рентгеновского излучения (определенной длины волны). При использовании формулы (5) в случае потока рентгеновских фотонов с различными энергиями вводят некоторый эффектный показатель ослабления mэф.

Для качественной оценки проникающей способности рентгеновского излучения на практике используется понятие слоя половинного ослабления - это такая толщина слоя поглотителя, которая ослабляет интенсивность падающего излучения в два раза. На рис.1.6 слой половинного ослабления (d1/2) проиллюстрирован на графике зависимости интенсивности рентгеновского излучения ( I) от толщины слоя ( х) вещества, через которое оно проходит. Связь между слоем половинного ослабления и показателем ослабления m может быть легко установлена аналитически. Если в формуле (5) x=d1/2 , то
I = Io/2:

Io / 2 = Io e - m d1/2 Þe + m d1/2 = 2 Þln e + m d1/2 =ln 2

Таким образом: d1/2 = ln 2/m = 0.69/m.

Например, слой половинного ослабления для рентгеновского излучения при напряжении на рентгеновской трубке 60 кВ составляет 10мм воды или 1 мм алюминия.

Когда излучение пройдет через слой половинного ослабления, то его спектральный состав изменится – излучение станет более жестким, т.к. более короткие рентгеновские лучи обладают большей проникающей способностью, а мягкое излучение поглощается сильнее. Поэтому второй слой половинного ослабления окажется толще первого. Например, при указанных выше условиях для воды он составит уже 15,3 мм, а третий слой – 20 мм. Чем больше отличия слоев половинного ослабления, тем больше неоднородность спектрального состава излучения. Этот эффект используется для создания пучков моноэнергетических рентгеновских лучей – фильтрации рентгеновского излучения. Так, при напряжении на трубке 80 кВ и фильтре в виде пластинки алюминия толщиной 20 мм излучение становится почти моноэнергетическим. Слой половинного ослабления при этом составляет 7 мм алюминия.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.