Rentgenové záření

Přímo ionizující záření - interakce nabitých částic. Nejdříve se zmíníme o společných rysech interakce tohoto záření při průchodu látkou, posléze rozebereme specifické rysy interakce pro záření α, β+- a protonové záření.

Excitace a ionizace
Nabitá částice při průchodu látkou ztrácí svou kinetickou energii převážně elektrickou Coulombovou interakcí s elektrony v atomech látky. Je-li enrergie předaná elektronu v atomovém obalu relativně malá a stačí jen k "vyzdvižení" elektronu na vyšší energetickou hladinu, jedná se o proces excitace atomů. Excitovaný (vzbuzený) stav atomu není stálý - vzápětí přeskočí elektron zpět na původní hladinu - nastane dexcitace, přičemž rozdíl energií se vyzáří ve formě fotonu elektromagnetického záření. Při excitaci elekronů na vnějších slupkách je emitováno viditelné světlo, při excitaci na vnitřních slupkách pak fotony charakteristického rentgenového záření.
Obdrží-li elektron dost energie na to, aby se zcela uvolnil z vazby k mateřskému atomu, vzdálí se od něj trvale - dochází k ionizaci atomu, jeho rozdělení na záporný elektron a kladný iont. Primární ionizací se rozumí počet iontových párů vytvořených vyražením elektronů primární částicí. Některé elektrony vyražené při ionizaci mají tolik energie, že mohou samy dále po své dráze ionizovat - jedná se o sekundární ionizaci(takové elektrony se dříve nazývaly paprsky delta, neboť jejich stopa v jaderné emulzi nebo mlžné komoře má charakteristický rozvětvený tvar).

Specifickou neboli lineární ionizací nazýváme počet iontových párů vytvořených na jednotku délky dráhy částice. Braggovy křivky vyjadřují závislost specifické ionizace na hloubce průniku nabité částice do látky. Jak se částice brzdí a klesá její rychlost, ionizační účinky rostou - při delším čase působení Coulombovské interakce se stačí předat větší energie a vytrhnout více elektronů; předaná energie je nepřímo úměrná čtverci rychlosti částice. Těsně před zabrzděním částice je předávána největší energie - křivka hloubkové závislosti specifické ionizace zde má výrazné tzv. Braggovo maximum. Po zabrzdění je částice neutralizována záchytem elektronů a další ionizace již nepokračuje. Možnosti využití této hloubkové závislosti ionizace v tzv. hadronové radioterapii.

Vlevo: Schématické znázornění průchodu částic β- a α látkou a mechanismu ionizace.
Vpravo: Braggovy křivky hloubkové závislosti specifické ionizace na dráze částice alfa a protonu. Specifickou neboli lineární ionizací nazýváme počet iontových párů vytvořených na jednotku délky dráhy částice.
Dole: Interakce pozitronového záření β+ s látkou.


Interakce záření alfa
α-částice se vyznačují tím, že ze všech běžných kvant záření mají největší hmotnost a hlavně též největší elektrický náboj - je to kladný náboj dvou protonů p+. Vnikne-li α-částice do látky, působí při svém průletu kolem atomů značnou elektrickou (Coulombovskou) silou na elektrony, které velmi účinně vytrhává z atomových obalů. Těmito silnými ionizačními účinky se částice α, i když má zpravidla vysokou kinetickou energii, v látce značně rychle brzdí, takže její dolet je velmi malý - cca 0,1 mm v látkách hustoty vody. Nejsilnější ionizační účinky vznikají na konci doletu částice (Braggovo maximum) .

Interakce záření beta-
Vnikne-li do látky částice β-, což je záporně nabitý elektron e-, pak při svém průletu kolem atomů působí elektrickými odpudivými silami na elektrony, které vyráží z atomového obalu a tím atomy ionizuje. Jelikož jsou elektrony velmi lehké částice, při každé takové ionizaci atomu elektron β prudce změní směr svého pohybu - odpudivými elektrickými silami se odrazí od atomu. A hned pak od dalšího a dalšího atomu - elektron β se bude "cik-cak" pohybovat a odrážet mezi atomy, které ionizuje a přitom ztrácí energii. Zabrzdí se, v závislosti na své energii, v hloubce do 1-4 mm v látce hustoty vody, v těžkých kovech pak nedoletí hlouběji než do cca 0,1 mm.

Interakce záření beta+
Vnikne-li do látky částice β+, což je kladně nabitý pozitron e+, bude zpočátku podobně jako β- při svém průletu kolem atomů Coulombovskými silami vytrhávat elektrony z atomů, přičemž díky své stejně malé hmotnosti jako elektron se bude opět "cik-cak" pohybovat a odrážet mezi atomy, které bude ionizovat a přitom ztrácet energii. Zabrzdí se, v závislosti na své energii, rovněž v hloubce cca 1-4 mm v látce hustoty vody, proces brzdění a termalizace je podobný jako u β-. Po zabrzdění je však osud pozitronu zcela jiný než u elektronu β-: při setkání s elektronem dojde k vzájemné anihilaci elektronu a pozitronu e+ + e- → 2γ, při níž pozitron i elektron zaniknou a přemění se na dvě kvanta tvrdého záření γ o energiích 511 keV, které vylétají z místa anihilace v přesně protilehlých směrech - pod úhlem 180°.