Интенсивность и проникающая способность излучения

Основным свойством рентгеновского излучения является его способность проникать сквозь вещества. Эта способность тем выше, чем больше энергия излучения или чем короче длина его волны. На практике это свойство обозначается как жесткость рентгеновских лучей.

Спектр рентгеновских лучей неоднороден: он состоит из квантов с энергиями, находящимися в диапазоне между максимальными и минимальными значениями. Со стороны коротких длин волн энергия рентгеновского излучения имеет границу, соответствующую предель­ной энергии электрона, т. е. самое жесткое излучение в спектре, испускаемом анодом трубки, соответствует ситуации, когда вся энергия электрона при торможении превращается в энергию излучения. Со стороны длинных волн энергия излучения теоретически может возрастать бесконечно, а практически ограничена степенью поглощени­я длинноволнового излучения в промежуточных средах рент­геновского излучателя. При повышении напряжения между электродами рентгеновской трубки как коротковолновая гра­ница спектра, так и весь спектр смещаются в сторону более коротких волн. Таким образом, излучение становится "жестче".

В рентгенодиагностической практике пользуют­ся терминами "жесткое" и "мягкое" применительно к рентге­новскому излучению. "Мягким" считается излучение, возникающее при напряжении, подаваемом на трубку в диапазоне от 20 до 60 кВ; диапазон напряжения от 60 до 90 кВ соответствует средней жесткости излучения; излучение в диапазоне от 90 до 150 кВ и выше считается "жестким". Спектр тормозного излучения также смещается в сторону более высоких энергий (излучение становится более жестким) при прохождении его че­рез фильтрующую среду. Это связано с тем, что мягкие составляющие спектра излучения силь­нее поглощаются фильтром, чем более жесткие. Энергетический спектр излучения также зависит ма­териала анода и от фильтрующих свойств промежуточных сред.

Для характеристики проникающей способности излучения в данной среде существует понятие понятие линейного коэффициента ослаб­ления μ, который показывает относительное уменьшение интенсивности излучения на единицу толщины поглотителя и имеет .размерность см-¹. (РИС.6) Поскольку тормозное излучение всег­да содержит кванты различной энергии, обладающие различ­ной проникающей способностью, для его характеристики используются также эффективные значения длины волны λэф, энергии Wэф, коэффициента ослабления μэф. Эффективной энергией тормозного излучения Wэф называ­ется выраженная в килоэлектрон-вольтах энергия такого мо­ноэнергетического излучения, которая обладает той же про­никающей способностью, что и тормозное излучение. Средняя эффективная энергия квантов состав­ляет приблизительно 2/3 от максимального напряжения, приложенного к трубке. Например, при максимальном напряжении 50 киловольт (кВ) энергия электронов равна 50 кэВ, средняя энергия рентгеновских квантов около 30 кэВ, при 100 кВ - 65 кэВ, при 150 кВ - 100 кэВ. Именно в данном диапазоне энергий рентгеновское излучение исполь­зуют в рентгенодиагностике.

Эффективная энергия излучения зависит от качества поверхности анода, на которую падают электроны, от толщины и свойств стекла трубки, выходного окна и толщины слоя масла между трубкой и выходным окном. На практике для качественной оценки рентгеновского излучения пользуются таким понятием, как слой половинного ослабления Δ1/2. Слоем половинного ослабления называется толщина дан­ного поглотителя, которая ослабляет интенсивность падаю­щего на него излучения в 2 раза. В основном используется толщина алюминиевой пластины, которая позволяет уменьшить дозу облучения в 2 раза. Так, например, слой поло­винного ослабления для рентгеновского излучения при посто­янном напряжении на рентгеновской трубке 60 кВ соответствует 1 мм Аl или 10 мм воды.

Для оценки степени энергетической однородности спектра рентгеновских лучей пользуются таким понятием, как второй слой половинного ослабления. Если излучение прошло через слой половинного ослабле­ния поглотителя, то оно, как уже говорилось, стало жестче, а значит, второй слой половинного ослабления окажется тол­ще, чем первый. В рас­сматриваемом примере второй слой половинного ослабления составит 1,75 мм Аl, третий слой 2,7 мм Аl. Чем больше отличается второй слой половинного ослабления от первого, тем более неоднороден спектр излучения. Для моноэнергетического из­лучения, естественно, второй слой половинного ослабления равен первому. При напряжении на рентгеновской трубке 80 кВ и фильт­ре 20 мм Аl излучение становится почти моноэнергетическим. Слой половинного ослабления при этом составляет примерно 7 мм Аl. Именно при таком излучении принято оценивать основные параметры качества рентгенов­ского изображения.

Подобно тому, как для тормозного спектра излучения су­ществует понятие эффективной энергии, соответствующей эф­фективной длине волны, также используется понятие эквивалентного напряжения Uэкв. Эквивалентным напряжением называется напряжение на аноде трубки, при котором энергия электронов падающих на анод, соответствует эффективной энергии Wэф. В рентгенодиагностических аппаратах максимальное зна­чение напряжения на трубке определяет максимальную энергию генерируемого излучения, а среднее значение тока трубки определяет дозу излучения.