Was ist die photoelektrische Absorption von Röntgenstrahlen – Definition

Photoelektrische Absorption von Röntgenstrahlen

Beim photoelektrischen Effekt unterliegt ein Photon einer Wechselwirkung mit einem in einem Atom gebundenen Elektron. Bei dieser Wechselwirkung verschwindet das einfallende Photon vollständig und ein energetisches Photoelektron wird vom Atom aus einer seiner gebundenen Schalen ausgestoßen . Die kinetische Energie des ausgestoßenen Photoelektron (E _e ) ist gleich der einfallenden Photonenenergie (hν) minus der Bindungsenergie des Photoelektron in seiner ursprünglichen Hülle (E _b ).

E _e = hν-E _b

Daher Photoelektronen werden nur durch den photoelektrischen Effekt , wenn emittierten Photonen erreicht oder überschreitet einen Energieschwelle – die Bindungsenergie des Elektrons – die Austrittsarbeit des Materials. Für sehr hohe Röntgenstrahlen mit Energien von mehr als Hunderten keV führt das Photoelektron den größten Teil der einfallenden Photonenenergie ab – hν.

Bei kleinen Werten der Gammastrahlenenergie dominiert der photoelektrische Effekt . Der Mechanismus wird auch für Materialien mit hoher Ordnungszahl Z verbessert. Es ist nicht einfach, einen analytischen Ausdruck für die Wahrscheinlichkeit der photoelektrischen Absorption von Gammastrahlen pro Atom über alle Bereiche der Gammastrahlenenergien abzuleiten. Die Wahrscheinlichkeit der photoelektrischen Absorption pro Masseneinheit ist ungefähr proportional zu:

τ _{(photoelektrisch)} = Konstante x Z ^N / E ^3.5

wobei Z die Ordnungszahl ist, variiert der Exponent n zwischen 4 und 5. E ist die Energie des einfallenden Photons. Die Proportionalität der Ordnungszahl Z zu höheren Leistungen ist der Hauptgrund für die Verwendung von Materialien mit hohem Z-Gehalt, wie Blei oder abgereichertes Uran in Gammastrahlenschirmen.

Obwohl die Wahrscheinlichkeit der photoelektrischen Absorption von Photonen im Allgemeinen mit zunehmender Photonenenergie abnimmt, gibt es scharfe Diskontinuitäten in der Querschnittskurve. Diese werden als Absoptionskanten bezeichnet.und sie entsprechen den Bindungsenergien der Elektronen aus den gebundenen Atomschalen. Für Photonen mit der Energie knapp über dem Rand reicht die Photonenenergie gerade aus, um die photoelektrische Wechselwirkung mit Elektronen aus gebundenen Schalen, beispielsweise K-Schalen, einzugehen. Die Wahrscheinlichkeit einer solchen Wechselwirkung ist knapp über dieser Kante viel größer als die von Photonen mit Energie knapp unter dieser Kante. Für Photonen unterhalb dieser Kante ist die Wechselwirkung mit Elektronen aus der K-Schale energetisch unmöglich und daher fällt die Wahrscheinlichkeit abrupt ab. Diese Kanten treten auch bei Bindungsenergien von Elektronen aus anderen Schalen (L, M, N… ..) auf.

Wechselwirkung von Röntgenstrahlen mit Materie