穿透物质时辐射强度的减少是由以下反应决定的:
哪种反应占主导地位取决于入射辐射的能量和被照射的材料。
光电效应:当相对低能量的X射线穿过材料,一个光子与该材料的原子碰撞时,该光子的总能量可以用来从原子的内层壳中弹出一个电子,如图3-2所示。这种现象称为光电效应,发生在物体、胶片和任何使用的滤光片中。
康普顿效应:在较高的X射线能量(100 keV至10 MeV)下,光子与原子外层的自由电子或弱结合电子的相互作用会导致部分能量传递给这些电子,随后这些电子被弹出,如图4-2所示。同时,光子会从初始入射角度偏转,并以减少的能量从碰撞中散射出来,向各个方向(包括向后)散射,这被称为“反向散射”,在后面的部分中会介绍。在这个能量范围内,辐射的吸收主要是由康普顿效应引起的,光电效应的影响较小。
电子对的形成:如图5-2所示,电子对的形成只发生在非常高的能量水平(高于1 MeV)。高能光子可以与碰撞中涉及的原子核发生相互作用。光子的能量在此用于发射一个电子(e-)和正电子(e+)。
总吸收/衰减:X射线的总线性吸收或衰减是上述三种吸收过程的组合,在这些过程中,初级X射线能量转变为较低形式的能量。二次X射线能量由不同波长和不同传播方向的射线产生。其中一些二次(散射)辐射不会对射线成像形成贡献,并可能因模糊或雾化导致影像质量损失。各种原因引起的X射线吸收对钢的总线性吸收系数(μ)的贡献,以及与辐射能量的关系如图6-2所示。