Compton-szóródás
A RadiWiki wikiből
Compton-szóródás akkor jön létre, ha a beeső röntgenfoton egy gyengébben kötött külső héj-elektronnal lép kölcsönhatásba: a külső héjról a foton eltávolítja az elektront, és egy megváltozott haladási irányú és energiájú szórt röntgenfoton jön létre. Ezt a kölcsönhatást leírójáról, a Nobel díjas amerikai fizikusról, Arthur H. Comptonról (1892-1962) nevezték el. A beeső foton energiájának egy része a külső héjelektron eltávolítására fordítódik, valamint az eltávolított elektron kinetikus energiát is nyer. Ezt a kilökött elektront Compton (ütközési)-elektronnak hívjuk. A fotont, mely az ütközés után eltérítve továbbhalad, Compton-fotonnak hívják. A Compton-foton energiája értelemszerűen kisebb, mint a beeső fotoné, ezért kisebb frekvenciával és hosszabb hullámhosszal rendelkezik. A Compton kölcsönhatás energia kicserélődése matematikailag is leírható, azaz: Ef = Ecf + Ehe+Eke ahol: Ef = beeső foton energiája, Ecf = Compton-foton energiája, Ehe = külső héj-elektron kötési energiája, Eke = fotoelektron kinetikus energiája.
A beeső foton energiája tehát megoszlik a kilökött elektron és a szórt foton között. A szórt foton ugyanakkor megtartja a beeső fotonenergia nagy részét, mivel a külső héjelektron eltávolításához az alacsony kötési energia miatt nincs szükség nagy energiaátadásra. A szórt foton további atomokkal kerül kölcsönhatásba, míg a foton a fotoelektromos kölcsönhatás révén abszorbeálódik. A kilökött (ütközési) elektron mindaddig szabadon mozog, amíg nem talál egy „lyukat”, mely egy másik ionizáló kölcsönhatás miatt alakult ki. A szórt Compton-foton energiája függ: 1. a beeső foton energiájától, 2. a szóródás szögétől. Minél nagyobb a beeső foton energiája, annál nagyobb lesz a szórt foton energiája is.
A szórt foton bármilyen szögben szóródhat az elektronnal való kölcsönhatásban csakúgy, mint egy biliárdgolyó, amikor egy másikkal ütközik. Ha az eltérítés szöge 0, ezesetben nincs energiaátadás és a beeső foton az eredeti irányában folytatja útját. Ha az eltérítés szöge 180o, akkor a legnagyobb az energiaátadás és a szórt foton ez esetben fog a legkisebb energiával bírni. A 180º-os szóródás esetén a szórt foton a beeső fotonnal pontosan ellenkezőleg halad és ezek a fotonok alkotják az úgynevezett visszavert sugárzást. A legtöbb foton azonban inkább előrefele szóródik, különösen akkor, ha nagy a beeső foton energiája.
Az ábrán a legbelső gyűrű reprezentálja a legnagyobb energiaszintet és ezesetben a szórt fotonok minden esetben a beeső fotonnal azonos irányba szóródnak. A harmadik belső gyűrű reprezentál egy tipikus diagnosztikus 50 keV-os fotonenergiát. Ezesetben a fotonok kis része visszaverődik, de a nagy többség szintén előrefele szóródik a képalkotást lehetővé tévő receptor (pl. film) irányába. Ez az oka annak, hogy a Compton-szóródás jelentős hatással van a képminőségre.
A szórt Compton-fotonok megfelelően nagy energiával rendelkeznek ahhoz, hogy sugárveszélyt és képminőség romlást okozzanak. A szórt sugárzás, mely a vizsgált páciensben keletkezik, az elsődleges oka a vizsgáló személyzetet érő fokozott sugárterhelésnek, melyet kiküszöbölendő kell védekezni védőfelszereléssel, úgy mint ólomkötény, kesztyű, szemüveg stb. használatával. A szóródás nem-kívánatos denzitásfokozást okoz a filmen, melyet „sugárzási köd”-nek (homálynak) is neveznek. Mivel a szórt sugárzás minden irányból érkezik, a filmbe csapódó fotonok a páciens anatómiájával nem összefüggő denzitáserősödést hozhatnak létre. A szórt sugárzás kiküszöbölésére, illetve a képminőség javítása érdekében úgynevezett rácsokat alkalmazunk.
