Passend zum Versuch fanden wir die folgenden Informationen bei der Suche nach weiteren Quellen zum Thema:
Der Brechungsindex von Materie für Röntgenstrahlen weicht nur wenig von 1 ab. Dies hat zur Folge, dass es kein Material gibt, aus dem man Linsen für Röntgenstrahlen bauen kann. Des weiteren werden Röntgenstrahlen bei senkrechtem Einfall kaum reflektiert. Trotzdem hat man in der Röntgenoptik Wege gefunden, optische Bauelemente für Röntgenstrahlen zu entwickeln.
Röntgenstrahlen können Materie durchdringen. Sie werden 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 (I = Io e^-kd), der Koeffizient k ist etwa proportional zu Z^3 Î^3 (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 hoher Photonen-Energie und vor allem bei leichten Atomen in den Vordergrund.
Bei der Photoabsorption und der Compton-Streuung handelt es sich um inelastische Prozesse, bei denen das Photon Energie verliert und schließlich absorbiert wird. Daneben ist auch elastische Streuung (Rayleigh-Streuung) möglich. Dabei bleibt das gestreute Photon Kohärenz (Physik)|kohärent zum einfallenden und behält seine Energie.
Zusätzlich zu den genannten Prozessen ist für Photonen prinzipiell auch die Paarbildung möglich. Dafür sind jedoch Energien jenseits von ca. 1 MeV nötig, die nicht in den oben angegebenen Bereich für Röntgenphotonen (<250 KeV) fallen.
Zusammenfassung der Wechselwirkungsarten
1. Photo-Effekt: vollständige Übertragung der Energie des Röntgenquants auf Hüllenelektron
=> Absorption
2. Compton-Effekt: Strahlung wird an Elektronen gestreut. Gestreute Strahlung geringer
Energie und andere Richtung
=> Streuung
=>Schwächung = Absorption + Streuung
Wirkungsquerschnitt
Nicht jedes in Materie eindringende Quant hat eine Wirkung! (direkte Kollision mit Atom erforderlich)
Wirkungsquerschnitt s:
s (Wechselwirkung) = µ (Wechselwirkung)/Teilchendichte
Schwächung (Schwächungskoeffizient µ) steigt mit:
- Wellenlänge der Röntgenstrahlung
- Ordnungszahl des Materials
- Dichte des Materials
- Dicke des Materials