Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом

Действие рентгеновского излучения на вещество определяется первичными процессами взаимодействия рентгеновского фотона с электронами атомов и молекул вещества.

Рентгеновское излучение в веществе поглощается и рассеивается. При этом могут происходить различные процессы, которые определяются соотношением энергии рентгеновского фотона h и энергии ионизации А_и (энергия ионизации А_и – энергия, необходимая для удаления электрона за пределы атома или молекулы).

Рассмотрим возможные ситуации:

1). Энергия рентгеновского фотона h <А_и (длинноволновое R-излучение). В этом случае имеет место когерентное рассеяние (рассеяние без изменения частоты).

При этом у фотонов вследствие взаимодействия с электронами вещества изменяется только направление движения (рис.3, а), а энергия и длина волны остаются теми же.

Когерентное рассеяние не влияет на биологические объекты, но при создании защиты от рентгеновского излучения следует учитывать возможность изменения первичного направления распространения рентгеновских лучей.

2). Если фотон поглощается веществом, но его энергии недостаточно для отрыва электрона, то происходит возбуждение атома или молекулы (рис.3, б). Это часто приводит к последующему излучению фотона в области видимого света (рентгенолюминесценция).

Фотоэффект происходит тогда, когда

³ А_и.

при этом фотон поглощается и электрон отрывается от атома вещества (рис. 3, в). Происходит ионизация. Оторвавшийся электрон приобретает кинетическую энергию E_к = – A_и. Если эта энергия больше А_и, то электрон может ионизировать соседние атомы (вторичная ионизация).

3). Некогерентное рассеяние (эффект Комптона) происходит тогда, когда энергия фотона намного больше энергии ионизации:

» А_и.

При этом электрон выбивается из атома (такие электроны называются электронами отдачи), приобретая кинетическую энергию E_к, и образуются рассеянный рентгеновский фотон с меньшей энергией ( ) (рис. 3, г):

и . (5)

Образующееся таким образом рентгеновское излучение меньшей частоты называется вторичным. Вторичные рентгеновские фотоны с энергией >А_и и электроны отдачи также могут вызывать дальнейшую ионизацию вещества, в котором они распространяются.

Отрыв от атома электронов внутренних оболочек при ионизации приводит к образованию фотонов характеристического излучения, тоже вызывающих последующую ионизацию.

В результате первичная ионизация – следствие фотоэффекта и эффекта Комптона – мала по сравнению с тем количеством ионизированных и возбужденных атомов, которое возникает при взаимодействии вторичных электронов и фотонов с веществом.

Отметим, что для ионизации атомов большинства элементов, входящих в состав биоструктур, энергия ионизации составляет 10-15 эВ. Напомним, что электрон-вольт (эВ) – внесистемная единица измерения энергии, 1эВ – энергия, которую приобретает электрон, прошедший разность потенциалов 1В, т.е. 1эВ=e·1В=1,6·10^-19Кл·1В=1,6·10^-19Вт·с=

=1,6·10^-19Дж

Рис. 3. Механизмы взаимодействия рентгеновского излучения

с веществом (на рис. Я – символ ядра)

Поиск по сайту: