0000067 (2)

19.2.3.    Współdziałanie elektronów z materią

Proces oddziaływania elektronów z materią przebiega inaczej niż w przypadku ciężkich cząstek naładowanych, mimo że elektrony i ciężkie cząstki mają porównywalne ładunki, w związku z czym ich kulombowskie oddziaływanie również prowadzi do jonizacji i wzbudzenia. Odrębność zachowania się elektronu w materii wiąże się przede wszystkim z małą masą tej cząstki jonizującej. Poza tym elektrony mogą bezpośrednio oddziaływać z polem elektrycznym jąder atomowych.

Wielkość strat na jonizację zależy przede wszystkim od energii elektronów i jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu ich prędkości. Podobnie jak cząstki ciężkie, elektrony współdziałają głównie z elektronami atomów środowiska, a więc z cząstkami o identycznej masie. W związku z tym mogą w zderzeniach tracić znaczną część, a nawet całość swej energii. W tych warunkach dochodzi również do częstej zmiany kierunku biegu elektronów.

Oddziaływanie elektronów z polem elektrycznym jąder atomów absorbentu może być sprężyste i niesprężyste. W pierwszym przypadku elektrony przechodząc w polu jądra atomowego zostają odchylone przy minimalnej zmianie energii kinetycznej. To rozpraszanie jądrowe elektronów jest przyczyną wypadania elektronów z wiązki i wzrasta w miarę wzrostu Z absorbentu. Oczywiście w tego rodzaju rozproszeniu absorbent nie zyskuje energii.

Zderzenia niesprężyste prowadzą do absorpcji energii elektronów. Elektrony zostają zahamowane przez atomy absorbentu, w wyniku czego powstaje elektromagnetyczne promieniowanie hamowania o długościach fali odpowiadających promieniom rentgenowskim. Natężenie promieniowania hamowania zależy od Z² absorbentu. W materiałach o małej Z, a więc również w tkankach, zjawisko hamowania nie ma praktycznego znaczenia. Fakt ten tłumaczy, dlaczego osłony przed promieniowaniem [3 buduje się wyłącznic z lekkich pierwiastków.

19.2.4.    Współdziałanie promieniowania elektromagnetycznego z materią

Fotony promieniowania elektromagnetycznego współdziałają z ośrodkiem według trzech różnych mcchanizanów: efektu fotoelektrycznego, rozproszenia komptonowskiego i zjawiska tworzenia par elektron-pozyton. We wszystkich przypadkach bezpośrednim skutkiem współdziałania jest pojawienie się w ośrodku elektronów, zwanych często wtórnymi, które całkowicie lub częściowo przejmują energie fotonów. Te ostatnie ulegają odpowiednio absorpcji lub rozproszeniu. Wtórne elektrony są właściwym czynnikiem jonizującym tkankę, w sposób opisany w poprzednim rozdziale.

Efekt fotoelektryczny. W zjawisku fotoelektrycznym foton o energii /iv wytrąca z atomu elektron i nadaje mu energię kinetyczną \ mv². Energia fotonu zostaje zużyta na wykonanie pracy potrzebnej do przezwyciężenia energii wiązania elektronu — W (praca wyjścia) oraz na udzielenie mu energii kinetycznej. Ze zjawiskiem fotoelektrycznym wiąże się więc całkowita absorpcja fotonu (ryc. 19.7)

hv = \mvⁱ + W    19.9

Atom pozbawiony elektronu staje się jonem dodatnim. Wybity elektron, tzw. fotoelek-tron, doznaje zderzeń z sąsiednimi atomami jonizując je, przy czym traci stopniowo swą

367