Взаємодія рентгенівського випромінювання з речовиною. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Взаємодія рентгенівського випромінювання з речовиною.



Для первинної взаємодії між рентгенівським випромінюванням і речовиною характерно три механізми:

1. Когерентне розсіювання. Ця форма взаємодії відбувається, коли фотони рентгенівських променів мають меншу енергію, ніж енергія зв'язку електронів з ядром атома. У такому випадку, енергія фотона виявляється недостатньою для звільнення електронів з атомів речовини. Фотон не поглинається атомом, але змінює напрям розповсюдження. При цьому довжина хвилі рентгенівського випромінювання залишається незмінною.

2. Фотоелектричний ефект (фотоефект). Коли фотон рентгенівського випромінювання досягає атома речовини, він може вибити один з електронів. Це відбувається в тому випадку, якщо енергія фотона перевищує енергію зв'язку електрона з ядром. При цьому фотон поглинається, а електрон вивільняється з атома. Якщо фотон несе, більшу енергію, ніж необхідно для вивільнення електрона, він передасть залишок енергії звільненому електрону у формі кінетичної енергії. Цей феномен, називається фотоелектричним ефектом, відбувається при поглинанні відносно низькоенергетичного рентгенівського випромінювання. Атом, який втрачає один зі своїх електронів, стає позитивним іоном. Тривалість існування вільних електронів дуже коротка. Вони поглинаються нейтральними атомами, які перетворюються при цьому в негативні іони. Результатом фотоелектричного ефекту є інтенсивна іонізація речовини.

Якщо енергія фотона рентгенівського випромінювання менша, ніж енергія іонізації атомів, то атоми переходять в збуджений стан, але не іонізуються.

3. Некогерентне розсіяння (ефект Комптона). Цей ефект виявлений американським фізиком Комптоном. Він відбувається, якщо речовина поглинає рентгенівські промені малої довжини хвилі. Енергія фотонів таких рентгенівських променів завжди більше, ніж енергія іонізації атомів речовини. Ефект Комптона є результатом взаємодії високоенергетичного фотона рентгенівських променів з одним з електронів зовнішньої оболонки атома, який має порівняно слабкий зв'язок з атомним ядром. Високоенергетичний фотон передає електрону деяку частину своєї енергії. Збуджений електрон вивільняється з атома. Частина енергії первинного фотона випромінюється у вигляді фотона рентгенівського випромінювання більшої довжини хвилі під деяким кутом до напрямку руху первинного фотона. Вторинний фотон може іонізувати інший атом і т.і. Ці зміни напрямку і довжини хвилі рентгенівських променів відомі як ефект Комптона.

Поглинання рентгенівського випромінювання речовиною

При проходженні рентгенівських променів через речовину їх енергія зменшується через поглинання і розсіяння. Ослаблення інтенсивності паралельного пучка рентгенівських променів, що проходять через речовину, визначається законом Бугера: І = Іо×еµd, (12.1)

- де Іо - початкова інтенсивність рентгенівського випромінювання; І - інтенсивність рентгенівських променів, що пройшли через шар речовини, d - товщина поглинаючого шару, µ - лінійний коефіцієнт ослаблення. Він дорівнює сумі двох величин: t - лінійного коефіцієнта поглинання і s- лінійного коефіцієнта розсіювання:

µ = t+ s. (12.2)

В експериментах виявлено, що лінійний коефіцієнт поглинання залежить від атомного номера речовини та довжини хвилі рентгенівських променів:

t= krZ3l3, (12.3)

де k - коефіцієнт прямої пропорційності, r - щільність речовини, Z - атомний номер елемента, l - довжина хвилі рентгенівських променів. Залежність від Z дуже важлива з практичної точки зору. Наприклад, коефіцієнт поглинання кісток, які складаються з фосфату кальцію, майже в 150 разів перевищує коефіцієнт поглинання м'яких тканин (Z = 20 для кальцію і Z = 15 для фосфору). При проходженні рентгенівських променів через тіло людини, кістки чітко виділяються на тлі м'язів, сполучної тканини і т.і.

Відомо, що травні органи мають таку ж величину коефіцієнта поглинання, як і інші м'які тканини. Але тінь стравоходу, шлунка і кишечника можна розрізнити, якщо пацієнт прийме всередину контрастну речовину - сірчанокислий барій (X = 56 для барію). Сірчанокислий барій дуже непрозорий для рентгенівських променів і часто використовується для рентгенологічного обстеження шлунково- кишкового тракту. Певні непрозорі суміші вводять у кров'яне русло для того, щоб дослідити стан кровоносних судин, нирок і т.і. Як контрастну речовину в цьому випадку використовують йод, атомний номер якого становить 53.

Залежність поглинання рентгенівських променів від Z використовують також для захисту від можливої шкідливої дії рентгенівського випромінювання. Для цієї мети застосовують свинець, величина Z для якого дорівнює 82.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-10; просмотров: 423; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 54.227.104.229 (0.005 с.)