2) нейтринов
3) нейтронов
4) электронов (+)
Рентгеновское излучение в рентгеновской трубке преимущественно формируется при торможении ускоренных электронов в веществе анода. Электроны, прошедшие ускоряющую разность потенциалов, взаимодействуют с электрическим полем атомных ядер мишени, изменяют направление и скорость движения и теряют часть кинетической энергии. Эта энергия испускается в виде фотонов непрерывного спектра; такой механизм называется тормозным излучением. Максимальная энергия фотона определяется напряжением на трубке и приближается к величине eU.
Интенсивность тормозного излучения возрастает при увеличении атомного номера материала анода и ускоряющего напряжения, поэтому в диагностических рентгеновских аппаратах используют мишени из вольфрама, молибдена или родия в зависимости от типа исследования. Электрон является легкой заряженной частицей, поэтому его траектория и скорость эффективно изменяются в кулоновском поле ядра. Протоны также в принципе способны испускать тормозное излучение, однако из-за значительно большей массы их торможение менее эффективно в условиях обычной рентгеновской трубки; нейтроны электрически нейтральны, а нейтрино взаимодействуют с веществом крайне слабо.
Следует отличать тормозное излучение от характеристического рентгеновского излучения. Последнее возникает после выбивания электроном внутреннего электрона атома мишени и последующего перехода электрона с внешней оболочки на освободившийся уровень; энергия фотона при этом определяется строением атома анода и имеет дискретные значения. В реальном рентгеновском спектре диагностического аппарата присутствуют оба компонента, но непрерывный фон обычно формируется именно за счет торможения электронов.
| Процесс или частица | Механизм взаимодействия | Характер получаемого излучения | Значение для рентгенодиагностики |
|---|---|---|---|
| Торможение электронов у ядра | Изменение скорости и направления электрона в кулоновском поле ядра с потерей кинетической энергии | Непрерывный спектр фотонов с энергией до максимальной, соответствующей напряжению на трубке | Основной механизм генерации рентгеновского излучения в диагностической трубке |
| Переходы электронов между оболочками атома анода | Заполнение вакансии на внутренней оболочке после ионизации атома | Дискретные характеристические линии, зависящие от материала мишени | Формирует дополнительную, специфичную для анода часть спектра |
| Протоны | Заряженные массивные частицы, способные к тормозному излучению, но значительно менее эффективно теряющие энергию на радиацию | Тормозное излучение возможно преимущественно при очень высоких энергиях | Не используются как рабочий пучок в стандартной диагностической рентгеновской трубке |
| Нейтроны | Электрически нейтральны; прямое кулоновское торможение отсутствует | Не являются источником обычного тормозного рентгеновского спектра | Применяются в других физических и диагностических технологиях, но не для генерации рентгеновских лучей в трубке |
| Нейтрино | Взаимодействуют с веществом преимущественно посредством слабого взаимодействия | Эффективное рентгеновское излучение при их прохождении через мишень не возникает | Не имеют практического отношения к получению рентгеновского изображения |
| Электронный пучок и анод | Электроны ускоряются в вакууме и сталкиваются с металлической мишенью; большая часть энергии превращается в тепло | Образуются тормозной спектр и характеристические линии | Конструкция рентгеновской трубки обеспечивает получение направленного пучка фотонов и отвод тепла от анода |
Спектр рентгеновского пучка дополнительно формируют фильтрацией, которая удаляет низкоэнергетические фотоны и снижает лучевую нагрузку без существенной потери диагностической информации. Коллимация ограничивает поле облучения и уменьшает рассеянное излучение. Для повышения проникающей способности пучка увеличивают напряжение на трубке, а ток и время экспозиции определяют преимущественно количество образующихся фотонов. Поэтому торможение электронов является физической основой получения рентгеновского излучения, а параметры электронного пучка и анода определяют его энергию и интенсивность.