2) низкой энергией не поглощается атомом, но изменяет направление распространения (+)
3) высокой энергией не поглощается, но изменяет направление распространения
4) низкой энергией поглощается, атом переходит в возбужденной состояние.
Когерентное рассеяние — это упругое взаимодействие рентгеновского фотона с атомом или его электронной оболочкой, при котором фотон не передаёт веществу энергию, достаточную для ионизации или возбуждения. Он изменяет направление движения, сохраняя практически неизменными энергию и длину волны; атом после взаимодействия остаётся в исходном энергетическом состоянии. Поэтому правильным является вариант, описывающий низкоэнергетический фотон, который не поглощается, а отклоняется.
Такое рассеяние также называют рэлеевским; при взаимодействии с отдельным свободным электроном используют термин томсоновское рассеяние. Когерентность означает сохранение фазовой связи электромагнитной волны, а упругость — отсутствие заметной потери энергии фотоном. Вероятность процесса выше для фотонов относительно небольшой энергии и веществ с большим атомным номером, однако в диагностическом рентгеновском диапазоне его вклад обычно невелик по сравнению с фотоэлектрическим поглощением и комптоновским рассеянием.
Когерентно рассеянные фотоны могут покидать заданное направление пучка и формировать небольшую составляющую рассеянного излучения, что потенциально снижает контраст изображения. В отличие от фотоэффекта, этот механизм не сопровождается образованием фотоэлектрона и не приводит к появлению характеристического рентгеновского излучения. В отличие от комптоновского рассеяния, энергия фотона и его длина волны при когерентном взаимодействии практически не изменяются.
| Механизм | Поглощение фотона | Изменение энергии фотона | Состояние атома или электрона | Основная особенность |
|---|---|---|---|---|
| Когерентное, рэлеевское рассеяние | Нет | Практически отсутствует | Атом сохраняет исходное энергетическое состояние | Изменяется направление; взаимодействие упругое |
| Фотоэлектрическое поглощение | Полное | Фотон исчезает | Выбивается связанный электрон, возникает вакансия на оболочке | Возможны характеристическое излучение и эффект Оже |
| Комптоновское рассеяние | Частичное | Фотон теряет часть энергии, длина волны увеличивается | Образуется отдачный электрон; атом ионизируется | Формирует рассеянное излучение и ухудшает контраст |
| Томсоновское рассеяние | Нет | Практически отсутствует | Колебание свободного электрона без его перехода на другой уровень | Классический предел упругого рассеяния |
| Парное образование | Полное превращение энергии фотона | Фотон исчезает | Возникают электрон и позитрон | Возможно только при энергии фотона не менее 1,022 МэВ |
| Фотоны низкой энергии | Чаще участвуют в фотоэффекте или когерентном рассеянии | Зависит от механизма | Ионизация может отсутствовать при упругом взаимодействии | Их вклад определяется энергией, атомным номером и плотностью вещества |
Ключевой критерий когерентного рассеяния — изменение направления без передачи энергии веществу и без ионизации атома. В рентгенодиагностике этот процесс не следует смешивать с комптоновским рассеянием, которое сопровождается энергетическими потерями фотона и образованием вторичного электрона. Практическое значение механизма связано преимущественно с формированием рассеянного излучения и возможным снижением контрастности изображения. Эффективное ограничение рассеяния достигается коллимацией пучка, применением противорассеивающих растров и оптимальным выбором параметров экспозиции.