Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом

При рентгенографических исследованиях через вещество пропускают рентгеновские кванты и регистрируют изображение прошедшего через объект излучения. При этом кванты могут взаимодействовать с веществом различными способами (Рис 5.). При достаточно низкой энергии рентгеновских квантов основной процесс, определяющий взаимодействие, это процесс фотоэлектрического поглощенияфотоэлектрического поглощения.

Кроме этого, при прохождении рентгеновского излучения через вещество может наблюдаться процессы, когда выброшенный из атома электрон получает лишь часть энергии падающего кванта и называется электроном отдачи. Остальная энергия излучается в виде кванта с меньшей энергией, чем у падающего кванта. Такое рассеяние называется Комптоновским. Направление излучения возникшего рентгеновского кванта произвольно. Комптоновское рассеяние имеет место на внешних слабосвязанных электронах атома, либо на электронах легких атомов. Поскольку Комптон-эффект существенен для легких атомов, из которых в основном состоит человек, то при рентгенографических исследованиях Комптоновское рассеяние составляет значительную часть излучения, прошедшего через тело пациента и приводит к размыванию изображения исследуемого объекта. Для уменьшения этого эффекта в медицинских исследованиях используют отсеивающий растр (Рис.7). Но при этом в несколько раз теряется интенсивность прошедшего через объект излучения, и приходится увеличивать дозу облучения пациента.

Значительное уменьшение влияния Комптоновского рассеяния достигается с использованием сканирующих методов рентгенографии. В этом случае объект облучается узким пучком рентгеновского излучения, ширина которого во много раз меньше исследуемых особенностей объекта. В результате влияние Комптоновского рассеяния ^[1] от соседних областей на исследуемую область объекта становится несущественным, поскольку эти области попросту не облучаются в момент регистрации.

Поскольку каждое событие рождения и поглощения рентгеновских квантов происходит независимо друг от друга, эти процессы описываются статистикой Пуассона. Так вероятность рождения n квантов с энергией Е за определенный интервал времени определяется распределением Пуассона:

где N0 – среднее число квантов с энергией E, рождающихся за определенный интервал времени ^[2]. При этом, будет стандартным отклонением от среднего числа квантов. Т.е если N0 будет средним уровнем регистрируемого сигнала, то будет являться шумом, определяемым самой природой рентгеновских квантов.

Как видно из рисунка минимальным отношением сигнал-шум при котором еще можно достоверно различить особенности регистрируемого объекта является 1.0

Следует отметить, что формула описывающая отношение сигнал-шум справедлива только для источника, у которого все кванты имеют одинаковую энергию. Но на практике, в частности в медицинских целях применяют источники (рентгеновские трубки) у которых имеется широкий спектр излучения.

Используемые источники

1. ↑ Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1997. – 292с. Источник — «http://192.168.6.37/wiki/index.php/99»
2. ↑ Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1989. - 356с.