Актуальные проблемы преподавания физики в школе и вузе

I
(

) = 
i
(

)

d

(8) 

---

108 
Рис. 3.
Спектральная плотность тормозного рентгеновского излучения 
Сама интегральная интенсивность 
I
(

) является интегралом от спектральной 
плотности: 
min
( )
( )d
I
i



 


Спектр тормозного рентгеновского излучения можно изменять, меняя анод-
ное напряжение и анодный ток (рис. 4). 
Рис. 4.
Спектры тормозного рентгеновского излучения 
при различных значениях: а) анодного напряжения 
U
; б) анодного тока 
I
Из рис. 4 видно: 

при уменьшении анодного напряжения 
U
спектральная кривая смещается 
вправо, а ее высота уменьшается; 

при уменьшении анодного тока пропорционально уменьшается высота 
спектральной кривой, но его спектральный состав остается неизменным. 

---

109 
Таким образом, увеличивая напряжение, мы увеличиваем энергию и количество 
лучей рентгеновской трубки – увеличиваем его жесткость и интенсивность. При фик-
сированном значении напряжения интенсивность зависит от силы тока на трубке. 
4. Процессы взаимодействия рентгеновского излучения с электронами ато-
мов и молекул 
Прохождение рентгеновских фотонов через вещество сопровождается изме-
нением направления их движения (рассеяние) или их поглощением (фотоэффект). 
В зависимости от энергии рентгеновского кванта можно выделить три вида его 
взаимодействия с атомом или молекулой. 
4.1. а) Упругое (когерентное) рассеяние. 
Фотоны длинноволновой части рентгеновского спектра не обладают энерги-
ей, достаточной для ионизации атома. Их энергия (
hc
/

) меньше энергии иониза-
ции А
и
. Поэтому они взаимодействуют не с отдельными электронами, а с атомом 
целиком, рис.5. 
Рис. 5.
Схема когерентного рассеяния 
При этом изменяется только направление движения фотона, а его энергия
и длина волны не меняются (поэтому это рассеяние и называется 
когерентным
или упругим). 
Такие фотоны выбывают из общего потока излучения и не принимают уча-
стия в формировании рентгеновского изображения.
4.2. б) Фотоэффект 
Если энергия фотона (
hc
/

) больше энергии ионизации атома (А
и
), то рентге-
новский квант поглощается, а его энергия расходуется на ионизацию атома и со-
общение кинетической энергии выбитому электрону (рис. 6). 
Рис. 6. 
Схема фотоэффекта 

---

110 
4.3. в) Комптоновское (некогерентное) рассеяние 
Если энергия фотона (
hc
/

) во много раз больше энергии ионизации атома 
(А
и
), то по законам квантовой механики его поглощение становится невозможным 
и возникает комптоновское рассеивание. При этом электрон отрывается от атома 
и приобретает некоторую кинетическую энергию 
Е
к
, рис. 7. Направление движе-
ния фотона при комптоновском рассеянии изменяется, а его энергия уменьшается 
в соответствии с законом сохранения энергии. 
Рис. 7.
Схема некогерентного рассеяния 
При внутренней ионизации атома комптоновское рассеяние и фотоэффект 
сопровождаются характеристическим рентгеновским излучением, так как после 
выбивания внутренних электронов происходит заполнение вакантных мест элек-
тронами внешних оболочек атома. 
Отметим, что при рентгенодиагностике используется рентгеновское излуче-
ние с энергией фотонов от 60 до 100–140 кэВ, как видно из таблицы 1, определя-
ющими процессами здесь являются фото- и комптон- эффекты. 
 
Таблица 1 
Вклад фото- и комптон- эффекта в ослабление рентгеновского излучения 
Энергия, кэВ
Фотоэффект 
Комптон – эффект 
10 
40 
80 
250 
100 % 
75 
50 
1 
0 % 
25 
50 
99 
 
5. Процессы взаимодействия рентгеновских фотонов с вещество 
Процессы взаимодействия фотонов рентгеновского луча с веществом объекта 
исследования представлены следующим и процессами (рис. 8). 
5.1. Фотоны с низкой энергией (вид 1), которые поглощаются в веществе, не 
принимают участия в формировании изображения, но увеличивают дозовую 
нагрузку на организм пациента. Для их устранения размещают фильтры
 
между 
трубкой и диафрагмой, которая определяет размеры поля обследования. Это тон-
кие алюминиевые или медные пластины. 

---

111 
Рис. 8.
Виды прохождений (1, 2, 3) рентгеновских квантов 
через вещество 
Во время фильтрации ликвидируется мягкое характеристическое рентгенов-
ское излучение и минимально ослабляется тормозное рентгеновское излучение 
(рис. 9): 
 
Рис. 9.
Фильтрация длинноволновой части спектра 
рентгеновского излучения 
5.2. Рассеянные фотоны (вид 2), которые изменяют направление движения, 
непригодны для формирования рентгеновского изображения – они размывают 
границы областей и 
снижают контрастность изображения
. Для их устранения 
применяют отсеивающую металлическую решетку (растр, сетка, бленда) из свин-
ца, никеля или алюминия. Растр расположен в столе и стойке, то есть между объ-
ектом и кассетой/ детектором. 
Металлическая решетка также задерживает ничтожную часть тормозного из-
лучения.