3. Взаимодействие рентгеновского и гамма-излучения с веществом.

Только рентгеновские кванты очень низкой энергии h могут прекратить свое существование (быть поглощенными) в одном эпизоде, отдав свою энергию электрону одного атома. Гораздо чаще происходит многоступенчатая процедура, при которой рентгеновский квант уменьшает свою энергию частями, отдавая их множеству атомов, и производя их ионизацию.

Когда такая ионизация случается в металлах, выбитым при ионизации электронам тут же находится замена из многочисленных свободных электронов, и инцидент, как говорится, тут же исчерпан. Совсем другое дело, когда ионизация происходит в телах, имеющих молекулярную структуру; в особенности, в биологических тканях и средах. Здесь ионизация – это факт серьезных повреждений этой структуры, способный иметь серьезные химические, биохимические, генетические последствия.

Чем больше энергия квантов рентгеновского излучения, тем длиннее их пробег в веществе до полной потери энергии; тем глубже такое излучение проникает в вещество; тем труднее защита от него.

У рентгенологов, радиологов имеет хождение термин жесткость рентгеновского или гамма-излучения. Жестким называют излучение, проникающее на большую глубину. Наоборот, излучение с низкой энергией квантов называют мягким. Полезно иметь в виду, что жесткость – это психофизическая характеристика, соответствующая нашим ощущениям угрозы. Подобно яркости в оптике или высоте тона в акустике, жесткость не может быть измерена. Приборов типа «рентгеновский жесткомер» нет и не будет.

Ослабление рентгеновского излучения в веществе описывается законом Бугера:

I = I₀e^-x (3)

Здесь I – интенсивность излучения, прошедшего слой вещества толщиной х; I₀ – интенсивность излучения при х = 0, т.е. на входе в преграду;  - коэффициент линейного ослабления излучения. Он сложным образом зависит как от свойств вещества, так и от свойств излучения.

График уравнения (3) имеет следующий вид:

I₀

½ I₀

0 d_1/2 х

Рис.5

, где d_1/2 – слой половинного ослабления, т.е. ослабления в два раза.

Если такая кривая получена по экспериментальным данным, то определив по графику толщину слоя половинного ослабления, можно вычислить коэффициент линейного ослабления .

Любая толщина преграды ослабляет излучение в какое-то количество раз, но не до гарантированного нуля.

Наряду с линейным коэффициентом ослабления , применяется также массовый коэффициент ослабления , где  - плотность вещества-поглотителя. Величина ^/ имеет размерность м²/кг, а закон ослабления (3) принимает вид:

(3^/)

Показатель степени ^/x получается величиной безразмерной, что должно быть обязательно: показатели степени всегда безразмерны.

Закон Бугера применяется в виде (3^/), например, в тех случаях, когда преграда представляет собой слоистую структуру из различных материалов. Достоинством массового коэффициента ослабления является то, что величина ^/ = /, подсчитанная для одного материала, приблизительно верна для многих материалов.

Ниже рассматриваются различные виды взаимодействия рентгеновского излучения с веществом. Они действуют совместно, но значимость каждого из них, по мере протекания многоступенчатых процессов поглощения энергии квантов, меняется.