Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом

Глава II. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом.

2.1. Ослабление излучения слоем вещества

Интенсивность излучения, прошедшего через слой любого вещества, всегда оказывается меньше первоначального значения – излучение ослабляется веществом. Для количественной оценки ослабления рассмотрим узкий пучок лучей (рис.2.1), падающих перпендикулярно на слой вещества толщиной d. Интенсивность лучей на облучаемой поверхности тела обозначим I₀, а прошедших через него – I_α.

Относительное уменьшение интенсивности в элементарном слое, отстоящем на расстоянии x от поверхности облучаемого тела, пропорционально толщине dx этого слоя

 ,

где I_x – интенсивность лучей, падающих на элементарный слой; μ – коэффициент пропорциональности.

Интегрируя это соотношение, получим

откуда

                            (2.1)

Эта формула позволяет определить интенсивность излучения, прошедшего через слой вещества толщиной d.

На основании исходного соотношения можно записать

Полученное выражение показывает, что коэффициент m представляет собой относительное уменьшение интенсивности на единице пути лучей в веществе. Он называется линейным коэффициентом ослабления и зависит от длины волны излучения l, порядкового номера Z и плотности r вещества поглощающего тела.

Рассмотрим теперь физические процессы, происходящие при взаимодействии фотонов с веществом и приводящие к ослаблению излучения.

2.2. Элементарные акты взаимодействия излучения с веществом

Ослабление излучения веществом происходит в результате поглощения и рассеяния. При поглощении энергия рентгеновского излучения преобразуется в другие виды энергии. При рассеянии направленный пучок излучения преобразуется в лучи, распространяющиеся по различным направлениям.

Основными элементарными процессами, приводящими к поглощению излучения при энергии фотонов hν < 1 МэВ, являются фотоэлектрический эффект и комптон-эффект.

2.2.1. Фотоэлектрический эффект. При фотоэффекте происходит поглощение фотонов атомами вещества. Фотон исчезает, а из атома освобождается фотоэлектрон с кинетической энергией W_кин, величина которой определяется законом Эйнштейна

,

где W_q – работа вырывания электрона с q-ого уровня атома. Возможные механизмы фотоэффекта поясняет рис.2.2.

При достаточно большой энергии первичного фотона hν может произойти вырывание электрона с К – оболочки атомов вещества (рис.2.2,а). Такой электрон называется фотоэлектроном I рода. На освободившееся место в К – оболочке перейдет электрон с вышележащей L –  оболочки. При этом атом испустит фотон характеристического излучения hν_Kα= W_K – W_L, где W_K и W_L – работы вырывания электронов с К – и L – оболочек. Свободное место в L – оболочке будет заполнено электроном с M – оболочки, в результате чего атом испустит еще один фотон характеристического излучения hν_Lα и т.д.