Page 12 - Giáo trình môn học Nguyên lý tạo ảnh

Không khí 0.0013
Nước 1
Cơ 1.06

Mỡ 0.91
Xương 1.85
2.2. Các hiệu ứng xảy ra trong quá trình tương tác
Khi tia X đi xuyên qua lớp vật chất, phôtôn năng lượng lớn sẽ truyền năng lượng
của nó cho lớp vật chất đó và sản phẩm tạo ra là các hạt vi mô tích điện (electron,
pozitron…) có năng lượng lớn. Các hạt vi mô này sẽ ion hoá vật chất. Vì vậy, người
ta nói tia X đã gián tiếp ion hoá vật chất.
Quá trình tương tác của tia X với vật chất diễn ra thông qua 3 hiệu ứng cơ bản
sau:
2.2.1. Hiệu ứng quang điện
Đây là hiện tượng các điện tử bị bứt ra khỏi một lớp điện tử nào đó của nguyên
tử do nhận được năng lượng của chùm tia X chiếu tới. Đồng thời với quá trình này,
các electron ở các lớp ngoài sẽ chuyển vào chiếm chỗ và phát ra các phôtôn thứ cấp
có năng lượng được xác định theo công thức:
hv = E − E t ) 7 . 2 (
c
Xác suất xảy ra hiệu ứng quang điện phụ thuộc vào số nguyên tử Z của vật chất
hấp thụ và giảm khi năng lượng của phôtôn tới tăng lên.
2.2.2. Hiệu ứng tạo cặp
Với các phôtôn có năng lượng cao cỡ 1.02MeV trở lên thì sẽ gây ra hiệu ứng tạo
cặp. Khi tương tác với vật chất, chúng tiến gần đến hạt nhân có số Z lớn, tương tác
với trường hạt nhân và biến mất, đồng thời xuất hiện các cặp pozitron - electron với
hệ thức năng lượng của quá trình tạo cặp là:
−
+
hv = E + E + . 1 02MeV ) 8 . 2 (
d
d
2.2.3. Hiệu ứng tán xạ kết hợp và không kết hợp
Các phôtôn có năng lượng trong khoảng 0.1 đến 2 MeV, khi đi qua vật chất sẽ
tương tác với điện tử tự do có trong đó. Sự tán xạ không kết hợp xuất hiện khi năng
lượng phôtôn tới còn thấp tương tác với các điện tử tự do hoặc các điện tử liên kết
yếu. Kết quả là điện tử sẽ chuyển động dao động với tần số của trường đặt vào và
phát ra sóng điện từ với cùng tần số. Còn khi năng lượng của phôtôn tới lớn thì xuất
hiện tán xạ không kết hợp hay hiệu ứng Compton, trong đó phôtôn nhường năng
lượng của mình cho điện tử (điện tử giật), sau đó truyền qua vật chất với năng lượng
nhỏ hơn. Có thể mô tả quá trình trên theo biểu thức:
,
hv = hv + E d ) 9 . 2 (
3. Nguyên lý tạo ảnh X quang
3.1. Nguyên lý chung
Dựa vào đặc tính tia Rơnghen, người ta đã phát triển kỹ thuật phân tích cấu trúc
vật chất trên nguyên lý ứng dụng loại tia này. Cơ sở của phương pháp phân tích cấu
trúc vĩ mô vật chất là quy luật hấp thụ và sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ tuyến tính
vào đặc tính cấu trúc của vật cần nghiên cứu. Những phần dầy mỏng khác nhau, có
khối lượng riêng khác nhau sẽ hấp thụ tia Rơnghen không đồng đều nhau.
Cơ chế của quá trình này diễn ra như sau:

12