Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом: фотопоглощение, когерентное рассеяние, комптоновское рассеяние, образование пар. Вероятности этих процессов

При попадании на тело рентгеновского излучения оно в незначительной части отражается от его поверхности, в основном - проходит в глубь массы тела, где, взаимодействуя с электронами атомов вещества, поглощается и рассеивается, хотя частично может проходить тело насквозь без взаимодействия с ним. Только рентгеновские кванты очень низкой энергии могут прекратить свое существование (быть поглощенными), отдав свою энергию электрону только одного атома. Гораздо чаще происходит многоступенчатый процесс, при котором рентгеновский квант уменьшает свою энергию частями, отдавая их множеству атомов, и производя их ионизацию. Когда такая ионизация происходит в металлах, выбитым при ионизации электронам тут же находится замена из многочисленных свободных электронов. Если ионизация происходит в телах, имеющих молекулярную структуру - это факт серьезных повреждений этой структуры, способный иметь серьезные химические, биохимические, генетические последствия. При этом могут происходить следующие процессы: фотоэффект, когерентное рассеяние и комптон-эффект.

У фотонов вследствие взаимодействия с электронами внутренних оболочек , крепко связанными с ядром, изменяется не только направление движения , но энергия, а следовательно длина волны остается неизменной. Явление называется когерентным рассеянием.

Если энергия фотона достаточна для совершенно работы, по отрыву электрона, то при взаимодействии фотон поглощается, а электрон отрывается от атома ; происходит ионизация- вещества. Оторвавшийся электрон приобретает кинетическую энергию и, если последняя значительна, ионизирует соседние атомы путем соударения (вторичная ионизация).

Если энергия фотона недостаточна для отрыва электрона, то происходит возбуждение атома или молекулы, которое у некоторых веществ приводит к последующему излучению в области видимого диапазона (рентгенолюминисценция), а в тканях организма - к активации молекул и фотохимическим реакциям.

Фотоэффектхарактерен для фотонов с относительно невысокой энергией (до 0,1—1 МэВ) и происходят преимущественно на электронах внутренних оболочек атомов. Он обусловливает истинное поглощение излучения, а также интенсивную ионизацию и возбуждение атомов и молекул вещества.

Если энергия фотона значительно превышает работу по отрыву электрона, то происходит комптон-эффект, или некогерентное рассеяние. Электрон отрывается от атома (также электроны называются электронами отдачи), энергия фотона уменьшается, а длина волны соответственно увеличивается, изменяется так же направление движения фотона. Образующееся при этом излучение с большей длиной волны называется вторичным, оно рассеивается по всевозможным направлениям. Если электроны отдачи имеют достаточную кинетическую энергию, они ионизируют соседние атомы путем соударения. Комптон-эффект вызывают фотоны с энергией, различающейся в достаточно широких пределах, преимущественно при взаимодействии с электронами внешних оболочек, более слабо связанными с ядром атома. Комптон-эффект происходит в веществе параллельно (и независимо) с фотоэффектом. Соотношение интенсивностей этих процессов зависит от природы вещества и энергии фотонов излучения.

При энергии рентгеновских и гамма-квантов hu > 1 МэВ, может происходить еще один процесс взаимодействия электромагнитного излучения с веществом – процесс образования электронно-позитронных пар:

Позитрон - античастица по отношению к электрону . В актах обсуждаемого взаимодействия проявляет себя как частица, имеющая такую же массу, как и электрон, но положительный заряд. Превращение происходит, если квант с энергией hu > 1,022 МэВ оказывается в поле атомного ядра, т.е. можно сказать, при столкновении кванта с ядром. Если квант имел энергию сверх порогового значения, она реализуется как кинетическая энергия электрона и позитрона, поделенная между ними поровну. При энергиях квантов hu > 1 МэВ, по мере роста энергии растет и вероятность преобразований . Процесс образования пар становится преобладающим, потеснив, но не исключая процесс комптоновского рассеяния.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 347; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!