2) остается неизменной длина волны излучения
3) удлиняется длина волны излучения
4) укорачивается длина волны излучения
Фотоэффект представляет собой полное поглощение рентгеновского фотона связанным электроном атома. Энергия фотона расходуется на преодоление энергии связи электрона и сообщение ему кинетической энергии: hν = Eсв + Eкин. Электрон покидает атом, поэтому в среде образуется положительно заряженный ион — происходит ионизация атома.
После удаления электрона на внутренней электронной оболочке формируется вакансия. Она заполняется электроном с более высокого энергетического уровня, при этом может испускаться характеристический рентгеновский квант или электрон Оже. Исходный фотон при фотоэффекте исчезает, поэтому его длина волны не сохраняется и не изменяется в смысле рассеяния; варианты, связанные с удлинением или укорочением длины волны, к данному процессу неприменимы.
Вероятность фотоэлектрического поглощения возрастает с увеличением атомного номера вещества и уменьшается при повышении энергии фотонов; особенно выражен эффект вблизи краёв поглощения. В рентгенодиагностике это обеспечивает различия в ослаблении излучения костной тканью, йодсодержащими и бариевыми контрастными препаратами, формируя преимущественно фотонный контраст изображения.
| Процесс | Судьба падающего фотона | Изменение атома или электрона | Вторичное излучение | Значение для рентгенодиагностики |
|---|---|---|---|---|
| Фотоэлектрическое поглощение | Фотон полностью поглощается | Выбивается связанный электрон, атом ионизируется | Характеристическое излучение или электрон Оже | Повышает фотонный контраст; выражено в веществах с большим атомным номером |
| Комптоновское рассеяние | Фотон рассеивается и теряет часть энергии | Выбивается электрон отдачи | Рассеянный фотон с большей длиной волны | Снижает контраст и увеличивает радиационную нагрузку вне зоны первичного пучка |
| Когерентное, или рэлеевское, рассеяние | Фотон изменяет направление без заметной потери энергии | Ионизации не происходит | Фотон сохраняет практически ту же энергию и длину волны | Имеет небольшое значение при диагностических энергиях |
| Образование электрон-позитронной пары | Фотон исчезает при энергии не менее 1,022 МэВ | Возникают электрон и позитрон | При аннигиляции образуются два фотона по 511 кэВ | Для обычной рентгенографии нехарактерно; важно при высоких энергиях |
| Рентгеновская флуоресценция | Не является самостоятельным первичным видом взаимодействия | Заполняется вакансия на внутренней оболочке атома | Испускается характеристический фотон с дискретной энергией | Формирует вторичное излучение после фотоэффекта и используется, в частности, в спектрометрии |
Ионизация при фотоэффекте является непосредственным следствием передачи энергии связанному электрону и полного поглощения фотона. Чем выше вероятность этого взаимодействия, тем сильнее различается ослабление излучения тканями и контрастными веществами. В практической рентгенологии фотоэффект особенно важен при формировании изображения на относительно низких и средних энергиях фотонного пучка. Его следует отличать от комптоновского рассеяния, при котором фотон сохраняется и изменяет направление и энергию.