¿Qué determina la absorción y dispersión de la radiación?
En este artículo:
- La absorción y la dispersión de la radiación se rigen por tres interacciones clave: el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la producción de pares, cada una de ellas dominante en diferentes niveles de energía.
- El efecto fotoeléctrico se produce a energías de rayos X más bajas, donde los fotones expulsan los electrones de la capa interna, lo que contribuye al contraste de la imagen, pero también aumenta la absorción de la radiación.
- El efecto Compton domina en energías medias y altas (100 keV a 10 MeV), donde los fotones se dispersan después de interactuar con los electrones de la capa externa, lo que reduce la claridad de la imagen a través de la retrodispersión.
- La producción de pares solo se produce a energías fotónicas muy altas (por encima de 1 MeV), donde un fotón se transforma en un par electrón-positrón al interactuar con un núcleo atómico.
- La atenuación total de la radiación es una combinación de estos efectos, que influye en la calidad de la imagen en radiografía al introducir radiación secundaria que puede difuminar o empañar la imagen final.
La reducción de la intensidad de la radiación al penetrar un material está determinada por las siguientes reacciones:
1. Efecto fotoeléctrico
2. Efecto Compton
3. Producción de pares
Cuál de estas reacciones predominará depende de la energía de la radiación incidente y del material irradiado.
Efecto fotoeléctrico Cuando rayos X de energía relativamente baja atraviesan un material y un fotón choca con un átomo de este material, la energía total de este fotón se puede utilizar para expulsar un electrón de las capas internas del átomo, como se indica en la figura 3-2. Este fenómeno se llama efecto fotoeléctrico y ocurre en el objeto, en la película y en los filtros utilizados.
Efecto Compton Con energías de rayos X más altas (de 100 keV a 10 MeV), la interacción de los fotones con electrones libres o débilmente unidos de las capas externas del átomo hace que parte de la energía se transfiera a estos electrones que luego son expulsados, como se indica en la figura 4-2. Al mismo tiempo, los fotones se desviarán del ángulo de incidencia inicial y emergerán de la colisión como radiación de energía reducida, dispersada en todas direcciones, incluso hacia atrás, lo que se conoce como «retrodispersión»; consulte la sección más adelante. En esta banda de energía, la absorción de radiación se debe principalmente al efecto Compton y en menor medida al efecto fotoeléctrico.
Producción de pares La formación de pares iónicos, consulte la figura 5-2, solo ocurre a niveles de energía muy altos (por encima de 1 MeV). Los fotones de alta energía pueden provocar una interacción con el núcleo del átomo implicado en la colisión. La energía del fotón se utiliza aquí para expulsar un electrón (e-) y un positrón (e+).
Absorción/atenuación total La absorción o atenuación lineal total de los rayos X es una combinación de los tres procesos de absorción descritos anteriormente, en los que la energía primaria de los rayos X cambia a una forma inferior de energía. La energía secundaria de rayos X surge en una longitud de onda diferente y en una dirección de recorrido diferente. Parte de esta radiación secundaria (dispersa) no contribuye a la formación de imágenes radiográficas y puede causar pérdida de calidad de la imagen debido a la borrosidad o la niebla. En la figura 6-2 se muestra la contribución de las diversas causas de la absorción de rayos X al coeficiente de absorción lineal total (μ) del acero en función de la energía de radiación.
