Absorpce rentgenového záření

Rentgenové záření je elektromagnetické záření o vlnové délce 10 – 1 pm. Rentgenové paprsky neboli paprsky X, jak zněl jejich původní název, objevil německý vědec Wilhelm Conrad Röntgen na konci devatenáctého století. Dnes jsou jednou z nejužívanějších metod ke zjištění rozličných defektů v těle pacienta a jen těžko bychom se bez nich dokázali obejít. Přitom rentgen funguje na relativně jednoduchém principu absorbce záření tkáněmi. Ty se nám poté v závislosti na jejich složení zobrazí v různě sytých odstínech šedi.

Wilhelm Conrad Röntgen

Princip absorpce rentgenového záření

Při průchodu záření absorbující látkou dochází k vzájemné interakci kvant záření s elektrony nebo celými atomy látky. Výsledkem je snížení intenzity záření ať už částečné (na principu tzv. Comptonova jevu) nebo celkové (při fotoefektu). Pravděpodobnost absorbce kvanta rentgenového záření roste úměrně v závislosti na čtvrté mocnině atomového čísla $Z^{4}$. Z toho vyplývá, že tvrdé tkáně jako je například kost absorbují záření ve větší míře než tkáně měkké s velkým obsahem vody. Útlum rentgenového záření je popisován celkovým lineárním absorpčním koeficientem $\mu$. Množství energie absorbované v jednotce hmotností absorbátoru (= látka pohlcující záření) nazýváme dávka záření a vyjadřujeme ji v jednotkách gray (Gy). Dalšími příbuznými jednotkami jsou roentgen (R) a sievert (Sv) - dávkový ekvivalent, který zohledňuje i biologické efekty záření.

Celkový lineární absorpční koeficient μ

Můžeme ho spočítat jako součet lineárního absorpčního koeficientu pro Comptonův rozptyl a fotoefekt. Formou fotoefektu probíhá absorbce při nízké energii rentgenového záření, Comptonův rozptyl se uplatňuje při vyšších energiích fotonů. Obecně je jasné, že čím hustší je absorbátor, tím větší je koeficient $\mu$ a tím více je záření tlumeno. Dále záleží koeficient $\mu$ na již zmiňované čtvrté mocnině atomového čísla absorbujícího materiálu a konečně také na vlnové délce záření. Můžeme ho tedy vyjádřit vztahem:

$\mu =\rho \cdot \lambda ^{3}\cdot Z^{4}$

Mimo jiné ze vzorce odvodíme i fakt, že s rostoucí energií záření, klesá absorpční koeficient. Energie záření je totiž nepřímo úměrná vlnové délce podle Einsteinovy rovnice.

Zajímavosti

• Absorpce rentgenového záření v kosti je zhruba 16krát větší než ve svalu.
• Každý rok jsme na Zemi vystaveni "přírodnímu" rentgenovému záření o hodnotě 2,5 mSv.

Odkazy

Související články

• Elektromagnetické záření
• Rentgenové záření
• Charakteristika RTG záření
• Comptonův jev
• Fotoelektrický jev

Zdroje

• BENEŠ, Jiří, Daniel JIRÁK a František VÍTEK. Základy lékařské fyziky. 4. vydání. Praha : nakladatelství Karolinum, 2015. ISBN 978-80-246-2645-1.

• NAVRÁTIL, Leoš a Josef ROSINA. Medicínská biofyzika. 1. vydání. Praha : Grada Publishing, 2005. ISBN 80-247-1152-4.