Wodurch wird die Strahlungsabsorption und -streuung bestimmt?

Die Minderung der Strahlungsintensität bei Eindringen in ein Material wird durch die folgenden Reaktionen bestimmt:

1. Fotoelektrischer Effekt

2. Compton-Effekt

3. Paarbildung

Welche dieser Reaktionen vorherrscht, hängt von der Energie der einfallenden Strahlung und dem bestrahlten Material ab.

Fotoelektrischer Effekt Wenn Röntgenstrahlen mit relativ niedriger Energie ein Material durchqueren und ein Photon mit einem Atom des Materials kollidiert, kann die Gesamtenergie des Photons genutzt werden, um ein Elektron aus der inneren Schale des Atoms auszustoßen. Dieses Phänomen wird als der fotoelektrische Effekt bezeichnet, und es tritt im Objekt, im Film und in ggf. verwendeten Filtern auf.

Compton-Effekt Bei höheren Röntgenenergien (100 keV bis 10 MeV) führt die Interaktion von Photonen mit freien oder schwach gebundenen Elektronen in den äußeren Atomschalen dazu, dass ein Teil der Energie auf diese Elektronen übertragen wird, die daraufhin ausgestoßen werden, wie in Abbildung 4-2 dargestellt. Zugleich werden die Photonen von ihrem anfänglichen Einfallswinkel abgelenkt und treten aus der Kollision als Strahlung mit reduzierter Energie hervor; sie werden in alle Richtung einschließlich zurück gestreut, was als "Backscatter" bezeichnet wird (siehe späteren Abschnitt). In diesem Energieband wird Strahlung hauptsächlich durch den Compton-Effekt und weniger durch den fotoelektrischen Effekt absorbiert.

Paarbildung Eine Bildung von Ionenpaaren, siehe Abbildung 5-2, findet nur bei sehr hohen Energien (über 1 MeV) statt. Hochenergetische Photonen können eine Interaktion mit dem Kern des an der Kollision beteiligten Atoms verursachen. Die Energie des Photons wird hier genutzt, um ein Elektron (e-) und ein Positron (e+) auszustoßen.

Gesamtabsorption/-Dämpfung Die gesamte lineare Absorption oder Dämpfung von Röntgenstrahlen ist eine Kombination der drei oben beschriebenen Absorptionsprozesse, bei denen die primäre Röntgenenergie in eine niedrigere Energieform umgewandelt wird. Es entsteht sekundäre Röntgenenergie mit einer anderen Wellenlänge und einer anderen Richtung. Einige dieser sekundären (Streu-) Strahlung trägt nicht zur Röntgenbilderzeugung bei und kann die Bildqualität sogar durch Unschärfe oder Trübung vermindern. In Abbildung 6-2 ist der jeweilige Beitrag der verschiedenen Röntgenabsorptions-Mechanismen zum gesamten linearen Absorptionskoeffizienten (µ) für Stahl, verglichen mit der Strahlungsenergie, dargestellt.