Фотоэффект

При фотоэффекте рентгеновский квант поглощается атомом вещества, а из атома вылетает фотоэлектрон. После этого на его место может перейти другой электрон с верхней оболочки. Этот переход сопровождается излучением кванта характеристического спектра поглощающего вещества. Такое характеристическое излучение называют флуоресцентным. Этим названием подчеркивается, что характеристические лучи возникли не при бомбардировке вещества электронами, а при его облучении фотонами рентгеновского спектра. Явление фотоэффекта преобладает для тяжелых атомов и с физической точки зрения означает взаимодействие рентгеновского излучения с электронами, находящимися на внутренних оболочках атома.

Рис. 8.4. Схема механизма поглощения рентгеновского кванта при фотоэффекте

Комптон-эффект

Взаимодействие падающих рентгеновских квантов с электронами вещества, которые могут свободно перемещаться между различными атомами, происходит по механизму Комптон-эффекта (рис. 8.5). Такое взаимодействие, называемое также неупругим или некогерентным рассеянием, происходит следующим образом. Падающий квант сталкивается с электроном и передает ему часть энергии (и импульса), после чего сам движется в новом направлении. В результате длина волны рентгеновского кванта увеличивается (энергия уменьшается), и он меняет направление своего движения (то есть удаляется из направленного падающего пучка рентгеновских лучей). Неупругое рассеяние наблюдается преимущественно при прохождении излучения через вещества, содержащие легкие атомы.

Рис.8.5. Схема механизма рассеяния рентгеновского кванта при Комптон-эффекте (неупругое рассеяние)

Упругое рассеяние

Кроме неупругого рассеяния существует еще один тип рассеяния – упругое. Оно не приводит к изменению энергии фотонов, но также вызывает изменение направления их движения. В отличие от фотоэффекта, оно происходит при воздействии мягкого рентгеновского излучения с электронами атома, то есть тогда когда энергии кванта не хватает для того, чтобы выбить электрон со своей орбиты. При этом электроны атомов вещества, под действием переменного электрического поля Рентгеновских квантов, получают ускорение и сами начинают излучать электромагнитные волны той же частоты, что и первичное излучение. Эти волны и представляют собой упруго (или когерентно) рассеянное излучение.

При упругом рассеянии излучение от электронов в определенных направлениях имеет одну и ту же фазу волны. Такие волны будут складываться, образуя так называемые «дифракционные максимумы». Интенсивности и направления распространения дифракционных максимумов зависят от кристаллической структуры вещества, которое рассеивает излучение. На этом явлении основаны методы рентгеноструктурного анализа, который применяется для идентификации веществ и химических соединений. Специальная аппаратура, предназначенная для проведения исследований подобного типа, имеется в таможенных экспертных учреждениях.

Таким образом, в результате взаимодействия рентгеновского излучения с веществом происходит не только его поглощение, но также и его рассеяние. Объект сам становится источником излучения, причем излучает во все стороны. Поэтому просвечивание объектов рентгеновскими лучами требует применения специальной биологической защиты, устанавливаемой со всех сторон объекта.