Compton-Effekt

Compton-Effekt

Der Compton-Effekt überwiegt in einem weiten Bereich, der für die medizinische Anwendung der Röntgenstrahlung interessant ist. Das einfallende Photon tritt dabei in Wechselwirkung mit einem schwach gebundenen, äußeren Elektron und wird unter einem gewissen Winkel (zwischen 00 und 1800) gestreut.

Dabei geht ein Teil seiner Energie an das Elektron verloren. Die Restenergie ist abhängig vom Streuwinkel und vom Verhältnis der Photonenenergie zur Ruheenergie des Elektrons. Die Restenergie ist am kleinsten, wenn das Photon nach rückwärts gestreut wird. Im Grenzfall der ultraharten Röntgenstrahlung beträgt sie z.B. stets 250 keV. Das “getroffene” Elektron wird nach vorwärts vom Atom weggeschleudert und zwar unter einem Winkel von 00 und 900 gegen die Einfallsrichtung des Photons. Man nennt ein solches Elektron dann “Compton-Elektron”. Seine Energie ist meistens ausreichend für die Ionisation weiterer Atome längs seiner Bahn. Die Energie des Compton-Elektrons ist am höchsten, wenn das Streuquant rückwärts gestreut wird. Niederenergetische Photonen verlieren kaum an Energie, wenn sie bei einem Compton-Effekt gestreut werden. Die entstehenden Compton-Elektronen sind daher energiearm. Hochenergetische Photonen dagegen übertragen einen Großteil ihrer Energie auf die Compton-Elektronen; die gestreuten Photonen besitzen deshalb viel weniger Energie als die einfallenden. Auch nach einem Compton-Effekt bleiben die Atome ionisiert zurück. Die Bindungsenergie, die dann beim Einfang eines freien Elektrons frei wird, ist verhältnismäßig klein. Mit steigender Photonenenergie nimmt die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten des Compton-Effektes ab. Trotzdem ist er im biologischen Gewebe bei Energien oberhalb von 30 keV der vorherrschende Wechselwirkungsprozess.

Im Gegensatz zur Photoionisation ist der Compton-Effekt unabhängig von der Ordnungszahl. Dennoch ist er nicht bei allen Materialien völlig gleich, sondern variiert mit der Zahl der Elektronen pro Gramm eines Stoffes. Diese sog. Elektronendichte ist für die meisten Elemente nahezu gleich groß (etwa 3× 1023 Elektronen pro Gramm, bei schweratomigen Elementen bis zu 20% kleiner), nur der Wert für Wasserstoff ist deutlich größer (ca. 6× 1023 Elektronen pro Gramm).

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