Stichwortsonntag
Wechselwirkung Röntgenstrahlung
Bei der Wechselwirkung von Strahlung mit Materie redet man von zwei Verschiedenen Streu- Effekten (Klassische Streung und Compton Streuung) sowie zwei verschiedenen Absorptions Effekten (Photoeffekt und Paarbildung).
Für die Röntgenstrahlung sind jedoch nur der Compton Effekt sowie der Photoeffekt relevant.
Beim Photoeffekt trifft ein Photon ein Elektron und gibt seine gesamte Energie an das Elektron ab. Das Elektron verlässt den Atomverbund und verliert damit seine Atombindung. Das Atom wird ionisiert und das Photon wird absorbiert. Also handelt es sich hierbei um eine Absorption.
Der entscheidende Streeungseffekt für die Röntgenstrahlung ist die Compton-Streuung. Hierbei trifft ein ein Photon ein Elektron und gibt etwas Energie an das Elektron ab. Die Energie ist jedoch hoch genug das das Elektron den Atomverbund verlässt. Das Atom wird also ionisiert. Das Photon wird geschwächt abgelenkt und somit gestreut. Am ehesten tritt dieser Effekt mit einem Elektron auf der äußersten Schale auf.
Wikipedia: Die Brechzahl von Materie für Röntgenstrahlung weicht nur wenig von 1 ab. Dies hat zur Folge, dass eine einzelne Röntgenlinse lediglich schwach fokussiert oder defokussiert und man für einen stärkeren Effekt Linsenstapel benötigt. Des Weiteren werden Röntgenstrahlen bei senkrechtem Einfall kaum reflektiert. Trotzdem hat man in der Röntgenoptik Wege gefunden, optische Bauelemente für Röntgenstrahlen zu entwickeln. Röntgenstrahlung kann Materie durchdringen. Sie wird dabei je nach Stoffart unterschiedlich stark geschwächt. Die Schwächung der Röntgenstrahlen ist der wichtigste Faktor bei der radiologischen Bilderzeugung. Die Intensität des Röntgenstrahls nimmt mit der im Material zurückgelegten Weglänge d exponentiell ab (
), der Koeffizient k ist dabei materialabhängig und etwa proportional zu Z4λ3 (Z: Ordnungszahl, λ: Wellenlänge).
Die Absorption resultiert aus der Photoabsorption und der Compton-Streuung:
- Bei der Photoabsorption schlägt das Photon ein Elektron aus der Elektronenhülle eines Atoms. Dafür ist eine bestimmte Mindestenergie notwendig. Betrachtet man die Absorptionswahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von der Photonenenergie, steigt sie bei Erreichen der Mindestenergie abrupt auf einen Maximalwert an. Zu höheren Photonenenergien nimmt die Wahrscheinlichkeit dann wieder kontinuierlich ab. Wegen dieser Abhängigkeit spricht man auch von einer Absorptionskante. Das Loch in der Elektronenhülle wird wieder durch andere Elektronen aufgefüllt. Dabei entsteht niederenergetische Fluoreszenzstrahlung.
- Außer an stark gebundenen Elektronen wie bei der Photoabsorption kann ein Röntgen-Photon auch an ungebundenen oder schwach gebundenen Elektronen gestreut werden. Diesen Prozess nennt man Compton-Streuung. Die Photonen erfahren durch die Streuung eine vom Streuwinkel abhängige Verlängerung der Wellenlänge um einen festen Betrag und damit einen Energieverlust. Im Verhältnis zur Photoabsorption tritt die Compton-Streuung erst bei hohen Photonenenergien und vor allem bei leichten Atomen in den Vordergrund.
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