穿透物質時輻射強度的減少是由以下反應決定的:
哪種反應占主導地位取決于入射輻射的能量和被照射的材料。
光電效應:當相對低能量的X射線穿過材料,一個光子與該材料的原子碰撞時,該光子的總能量可以用來從原子的內層殼中彈出一個電子,如圖3-2所示。這種現(xiàn)象稱為光電效應,發(fā)生在物體、膠片和任何使用的濾光片中。
康普頓效應:在較高的X射線能量(100 keV至10 MeV)下,光子與原子外層的自由電子或弱結合電子的相互作用會導致部分能量傳遞給這些電子,隨后這些電子被彈出,如圖4-2所示。同時,光子會從初始入射角度偏轉,并以減少的能量從碰撞中散射出來,向各個方向(包括向后)散射,這被稱為“反向散射”,在后面的部分中會介紹。在這個能量范圍內,輻射的吸收主要是由康普頓效應引起的,光電效應的影響較小。
電子對的形成:如圖5-2所示,電子對的形成只發(fā)生在非常高的能量水平(高于1 MeV)。高能光子可以與碰撞中涉及的原子核發(fā)生相互作用。光子的能量在此用于發(fā)射一個電子(e-)和正電子(e+)。
總吸收/衰減:X射線的總線性吸收或衰減是上述三種吸收過程的組合,在這些過程中,初級X射線能量轉變?yōu)檩^低形式的能量。二次X射線能量由不同波長和不同傳播方向的射線產生。其中一些二次(散射)輻射不會對射線成像形成貢獻,并可能因模糊或霧化導致影像質量損失。各種原因引起的X射線吸收對鋼的總線性吸收系數(shù)(μ)的貢獻,以及與輻射能量的關系如圖6-2所示。