1.4 Закон ослабления рентгеновского излучения в веществе.
Рассмотренные выше первичные эффекты взаимодействия рентгеновского излучения с веществом приводят к тому, что при прохождении через слой
вещества интенсивность излучения уменьшается. Ее ослабление происходит за счет двух процессов: поглощения– когда энергия рентгеновских квантов растрачивается на структурные перестройки в веществе (кванты прекращают свое существование) ирассеяния– когда рентгеновские кванты изменяют свое первичное направление распространения (см. рис.1.5). Так, если на слой вещества падает параллельный пучок рентгеновских лучей с интенсивностью Io, то при прохождении слоя вещества толщинойхинтенсивность излучения ,распространяющегося в прежнем направлении, принимает значение I . Ослабление происходит по тому же экспоненциальному закону, что и для световых лучей:
I =Ioe - X , (5)
где -линейный показатель ослабления, характеризующий убыль интенсивности рентгеновских лучей за счет поглощения (п ) и рассеяния (р) на единице толщины слоя: =п +р .
Наряду с линейным показателем используют также массовый показатель ослабления ( м ), представляющий отношение линейного показателя к плотностивещества: м = /.
При рассмотрении закономерностей ослабления потока тормозного рентгеновского излучения в веществе следует учесть, что в этом излучении содержатся кванты различной энергии. Следовательно, они обладают различной проникающей способностью. Коэффициент в формуле (5) является постоянным для данного вещества лишь для моноэнергетического рентгеновского излучения (определенной длины волны). При использовании формулы (5) в случае потока рентгеновских фотонов с различными энергиями вводят некоторый эффектный показатель ослабленияэф.
Для качественной оценки проникающей способности рентгеновского излучения на практике используется понятие слоя половинного ослабления -это такая толщина слоя поглотителя, которая ослабляет интенсивность падающего излучения в два раза. На рис.1.6 слой половинного ослабления (d1/2) проиллюстрирован на графике зависимости интенсивности рентгеновского излучения ( I ) от толщины слоя ( х ) вещества, через которое оно проходит. Связь между слоем половинного ослабления и показателем ослабления может быть легко установлена аналитически. Если в формуле (5) x = d1/2, то I = Io/2:
Io / 2 = Io e - d1/2 e + d1/2 = 2 ln e + d1/2 = ln 2
Таким образом: d1/2 = ln 2/ = 0.69/.
Например, слой половинного ослабления для рентгеновского излучения при напряжении на рентгеновской трубке 60 кВ составляет 10мм воды или 1 мм алюминия.
Когда излучение пройдет через слой половинного ослабления, то его спектральный состав изменится – излучение станет более жестким, т.к. более короткие рентгеновские лучи обладают большей проникающей способностью, а мягкое излучение поглощается сильнее. Поэтому второй слой половинного ослабления окажется толще первого. Например, при указанных выше условиях для воды он составит уже 15,3 мм, а третий слой – 20 мм. Чем больше отличия слоев половинного ослабления, тем больше неоднородность спектрального состава излучения. Этот эффект используется для создания пучков моноэнергетических рентгеновских лучей – фильтрации рентгеновского излучения. Так, при напряжении на трубке 80 кВ и фильтре в виде пластинки алюминия толщиной 20 мм излучение становится почти моноэнергетическим. Слой половинного ослабления при этом составляет 7 мм алюминия.