Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. Ослабление рентгеновского излучения

Рассмотрим некоторые особенности взаимодействия рентгеновского излучения с веществом.

Если имеются рентгеновские кванты относительно небольшой энергии, недостаточной для ионизации атома вещества, то проис­ходит лишь изменение направления распространения квантов без изменения частоты (когерентное рассеяние).

Если энергия рентгеновского кванта больше работы ионизации атома А,, может возникнуть рентгеновский фотоэффект - поглощение рентгено­вского кванта атомом, сопровождающееся «вырыванием» из атома какого-либо электрона. При этом выполняется соотношение:

Последнее слагаемое есть кинетическая энергия вылетевшего электрона.

Если энергия рентгеновского кванта больше работы ионизации атома, может возникнуть и другой эффект, носящий название эф­фекта Комптона. Это взаимодействие квантов рентгеновского из­лучения (или у-излучения) со слабо связанными с ядрами электро­нами внешних орбиталей или со свободными электронами. В дополнение к тому, что происходит при рентгеновском фотоэф­фекте, в данном процессе появляется вторичный рентгеновский квант с частотой, естественно, меньшей, чем у внешнего кванта, взаимодействующего с атомом. Это видно из соотношения, выра­жающего закон сохранения энергии:

где hv — энергия этого вторичного фотона.

Эти эффекты обусловливают ослабление интенсивности рентге­новского излучения в веществе. В простейшем случае закон ослаб­ления имеет вид:

где 1₀ - интенсивность рентгеновского излучения, падающего на вещество; I, - интенсивность рентгеновского излучения, прошед­шего в веществе слой длины 1; ц - линейный коэффициент ослаб­ления рентгеновского излучения веществом (см. рис. VIII.4, а). Со­ответствующий график приведен на рис. VIII.4, б.

На практике часто используется величина слоя половинного ослабления d_{0 5} — расстояния, после прохождения которого интен­сивность рентгеновского излучения уменьшается в 2 раза. Исполь­зуя закон ослабления, легко найти связь между толщиной слоя

половинного ослабления d_{0 5} и линейным коэффициентом ослаб­ления ц:

Коэффициент ослабления играет важную роль в диагностике за­болеваний различных внутренних органов при помощи просвечи­вания тела рентгеновскими лучами (рентгенодиагностика). При этом важную роль играет зависимость линейного коэффициента ослаб­ления от свойств тканей и вытекающее из него различное поглоще­ние рентгеновского излучения различными тканями и органами тела. В большинстве случаев этот коэффициент прямо пропорционален средней плотности ткани р, третьей степени длины волны рентге­новского излучения X и, что самое для нас важное, третьей степени порядкового номера атома вещества, составляющего ткань, — Z:

Наряду с линейным вводят понятие массового коэффициента ослабления:

Если принять различие параметра Z для костных и мягких тка­ней равным 2 (Z_KOCT~2Z_MSirK), то для соотношения массовых коэффи­циентов ослабления получим:

Следовательно, кости значительно сильнее ослабляют рентгено­вское излучение, чем мягкие ткани, поэтому можно получить кон­трастную картину рентгеновского изображения: интенсивность рен­тгеновского излучения, прошедшего некоторый слой мягкой ткани (и падающего на фотопленку), будет гораздо большей, чем интен­сивность излучения, прошедшего такой же толщины слой костной ткани На этом основаны рентгеноскопия (наблюдение органов и тканей в проходящем рентгеновском излучении с помощью флюо­ресцирующего экрана) и рентгенография (получение изображения внутренних органов, просвечиваемых рентгеновскими лучами, на фотопленке, покрытой чувствительной эмульсией). Вследствие сильного поглощения кости на негативном изображении будут очень светлы­ми, а мягкие ткани - более темными.

Дата добавления: 2014-01-05