Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. Закон ослабления

Существует два основных типа взаимодействия рентгеновского излучения с веществом: рассеяние, фотоэффект. При рассеянии направление движения фотона изменяется. При фотоэффекте фотон поглощается.

1. Когерентное (упругое) рассеяние происходит тогда, когда энергия рентгеновскогофотона недостаточна для внутренней ионизации атома (выбивания электрона с одной из внутренних оболочек). При этом изменяется направления движения фотона, а его энергия и длина волны не изменяется (поэтому это рассеяние и называется упругим).

2. Некогерентное (комптоновское) рассеяние происходит тогда, когда энергия рентгеновскогофотона намного больше энергии внутренней ионизации А_и: h ν А_и .

При этомэлектрон отрывается от атома и приобретает некоторую кинетическую энергию Е_к. Направления движения фотона при комптоновском рассеянии изменяется, а его энергия уменьшается:

hν¹ = hν - А_и - Е_к .

Комптоновское рассеяние связано с ионизацией атомов вещества.

3. Фотоэффект имеет место тогда, когда энергия фотона hνдостаточна для ионизации атома: hν А_и. При этом рентгеновский квант поглощается, а его энергия расходуется на ионизацию атома и сообщение кинетической энергии выбитому электрону: Е_к = hν - А_и.

Комптоновское рассеяние и фотоэффект сопровождается характеристическим рентгеновским излучением,так как после выбиваниявнутренних электронов происходит заполнение вакантных мест электронами внешних оболочек.

Рентгенолюминисценция.

В некоторых веществах электроны и квантыкомптоновское рассеяние, а также электроны фотоэффекта вызывают возбуждения молекул, переход в основное состояние которых сопровождается свечением, называемым рентгенолюминисценцием.

Закон ослабления

По мере проникновения вглубь рентгеновского излучения первичный пучок ослабляется по экспоненциальному характеру:

Ф = Ф_о

где μ – линейный коэффициент ослабления; х – глубина проникновения.

Линейный коэффициент ослабления равен сумме трех слагаемых соответствующих: некогерентному рассеянию ( ), когерентному рассеянию ( ) и фотоэффекту ( )

+ ( )

При практических расчетах используют другой коэффициент, массовый коэффициент ослабления ( ): = /

Массовый коэффициент ослабления не зависит от агрегатного состояния вещества (жидкость, газ или твердое тело) и определяется только его элементным составом (номером Z атомов поглотителя) и длиной волны λ излучения:

где k - коэффициент пропорциональности.

Закон ослабления через массовый коэффициент ослабления примет вид:

Ф = Ф_о ехр(- )

Слой половинного ослабления - толщина слоя поглотителя, при которой интенсивность прошедшего излучения ослабляется в 2 раза. Он обратно пропорционален линейному показателю ослабления:

= ln(2)/ = 0,69/