Процессы, происходящие при взаимодействие рентгеновского излучения с веществом

Регистрация и использование рентгеновского излучения, а также воздействие его на биологические объекты определяются первич­ными процессами взаимодействия рентгеновского фотона с электро­нами атомов и молекул вещества.

В зависимости от соотношения энергии hν фотона и энергии ионизации Еи имеют место три главных процесса взаимодействия рентгеновского излучения с веществом: когерентное (классическое) рассеяние, фотоэффект, некогерентное рассеяние (Комптон эффект).

А) Когерентное рассеяние (рис. 8) происходит, если энергия падающего рентгеновского фотона hν1 (hc/λ1) меньше, чем энергия ионизации вещества (работы выхода электрона из вещества) hν1< Еи. В этом случае фотон рентгеновского излучения, встретившись с валентным электроном вещества, отдает ему свою энергию и возбуждает его, в результате электрон переходит на более удаленную орбиту, где не может быть дольше чем 10-10 секунд, возвращается в основную орбиту и излучает свою избыточную энергию в виде электромагнитного излучения рентгеновского диапазона. Этот фотон электромагнитного излучения будет иметь энергию hν2 (hc/λ2), равную поглощенной электроном, но может иметь другое направление, поэтому называется рассеянием. А когерентным называется потому, что hν2 = 1 или hc/λ2 = hc/λ1 и ν2 = ν1 или λ2 = λ1, частота (или длина волны) первичного и вторичного излучении равны. Таким образом при когерентном рассеянии в веществе изменения не происходят, излучение изменяет только направление распространения.

Б) Фотоэффект (рис. 9) происходит, если энергия падающего рентгеновского фотона hν1 (hc/λ1) больше, чем энергия ионизации вещества (работы выхода электрона из вещества) hν1 ≥ Еи.

Фотон рентгеновского излучения взаимодействует с валентным электроном вещества, отдает ему свою энергию. Электрон получив достаточную энергию оставляет вещество, т.е. часть полученной энергии затрачивает на совершение работы выхода из вещества, а оставшаяся часть энергии преобразуется в кинетическую энергию свободного электрона hν1 = Еи+ mυ2/2. Таким образом в результате фотоэффекта вещество превращается в положительный ион, появляется свободный электрон, а фотон исчезает.

В) Некогерентное рассеяние (Комптон эффект, рис. 10) происходит, если hν1 >> Еи. В этом случае часть энергии фотона, сообщенная электрону, идет на совершения работы выхода электроном из вещества Еи, другая часть на кинетическую энергию mυ2/2 свободного электрона, третья часть излучается в виде вторичного излучения hν2, которое рассеивается по всевозможным направлениям. Закон сохранения энергии для данного случая взаимодействия можно представить в виде: hν1= Еи+ mυ2/2+ hν2. Отсюда следует, что энергия вторичного фотона hν2 меньше энергии первичного hν1, соответственно ν21 или λ21, поэтому данный вид взаимодействия называется некогерентным. В результате такого взаимодействия вещество ионизируется, появляется свободный электрон и присутствует вторичное излучение, которое может взаимодействовать с другими атомами или молекулами вещества.

Перечисленные физические явления взаимодействия рентгеновского ( ионизирующего) излучения с веществом являются первичными процессами. Они приводят к последующим вторичным, третичным и т.д. явлениям. Например, ионизированные атомы могут излучать характеристический спектр или же как химически активное вещество вступать в различные реакции, возбужденные атомы могут стать источниками видимого света (рентгенолюминес-ценция) и т.п.

На рис. 11 приводится схема возможных процессов, возни­кающих при попадании рентгеновского излучения в вещество. Может происходить несколько десятков процессов, подобных изоб­раженному, прежде чем энергия рентгеновского фотона перейдет в энергию молекулярно-теплового движения. В итоге произойдут изменения молекулярного состава вещества.

Перечислим некоторые процессы, лежащие в основе явлений, наблюдаемых при действии рентгеновского излучения на вещество.

1) Рентгенолюминесценция — свечение ряда веществ при рентге­новском облучении, что позволило Рентгену открыть лучи. Это явление используют для создания специальных светящихся экранов с целью визуального наблюдения рентгеновского излучения (рентгеноскопия), иногда для усиления дейст­вия рентгеновских лучей на фотопластинку .

2) Химическое действие рентгеновского излучения, нап­ример образование перекиси водорода в воде. Практически важный пример — воздействие на фотопластинку, что позволяет фиксиро­вать такие лучи.

3) Ионизирующее действие проявляется в увеличении электропро­водимости под воздействием рентгеновских лучей. Это свойство используют в дозиметрии для количественной оценки действия этого вида излучения.






Дата добавления: 2016-12-27; просмотров: 3197; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.024 сек.