Schwächungseffekte
Die zwischen den Teilchen eines Strahlenbündels (z.B. Photonen, Elektronen, Neutronen) und den Atomen des durchstrahlten Materials herrschenden Kräfte werden in der Physik als Wechselwirkungen bezeichnet. Diese äußern sich nicht nur als Wirkung auf das durchstrahlte Material, z.B. die Ionisierung von Atomen, sondern auch als Wirkungen auf die Teilchen des Strahlenbündels, z.B. Absorption oder Streuung. Die Kräfte oder Wechselwirkungen zwischen den Strahlungsteilchen und Materie werden in drei Gruppen eingeteilt:
- Starke Wechselwirkung herrscht zwischen Nukleonen, z.B. Protonen und Neutronen. Sie ist z.B. für den Einfang langsamer Neutronen durch Atomkerne, für die Kernspaltung durch Neutronen und für den Zusammenhalt der Atomkerne maßgebend.
- Schwache Wechselwirkung herrscht zwischen Nukleonen und Leptonen (leichte Teilchen) wie z.B. Elektronen und Positronen; die schwache Wechselwirkung verursacht z.B. die Emission von b -Teilchen aus dem Atomkern.
- Die größte Bedeutung für die Radiologie hat die elektromagnetische Wechselwirkung; sie umfasst die elektrischen und magnetischen Bindungskräfte, die für die Elektronenstruktur der Atome, Moleküle, Flüssigkeiten und Festkörper maßgebend sind. Die Kräfte zwischen Photonen oder geladenen Strahlungsteilchen (Elektronen, Protonen) und Atomen gehören zur elektromagnetischen Wechselwirkung.
Die in der Röntgendiagnostik wichtigen Wechselwirkungen sind der Photoeffekt (Absorption) und als Streuungseffekte die klassische Streuung und der Compton-Effekt.
Die Absorption von Röntgenquanten ist von 4 Faktoren abhängig:
- Dicke des durchstrahlten Körpers
- Dichte des durchstrahlten Gewebes
- Abhängig von der 3. Potenz der Ordnungszahl (doppelte Ordnungszahl = 8-fache Häufung der Absorptionseffekte)
- Abhängig von der 3. Potenz der Photonenenergie (umgekehrt proportional)
Unter Berücksichtigung dieser Gesetzmäßigkeit, stellen sich die menschlichen Gewebe mit unterschiedlichen Filmschwärzungen dar:
- Luft (schwarz)
- Fett- und Muskelgewebe sowie Organe (grau)
- Knochen (hell)
- Metalle (weiß)