Sugárzás kvantumtermészete

A RadiWiki wikiből

A radiológiában használatos energiák esetén az elektromágneses sugárzások energiájukat egyedi fotonok formájában közvetítik. A sugárzást ezért hívják kvantumtermészetűnek, mely egy fontos koncepció a sugárzás keletkezését (emisszió) és elnyelését (abszorpció) illetően. A sugárzás elképzelhető tehát úgy, mint egyedi fotonok „zápora”, mely a térben utazik. Amikor a foton abszorbeálódik, az energiáját átadja egy elektronnak. Ennek az abszorpciónak az esélye kiváltképp akkor nagy, ha a foton energiája és az abszorbeáló elektron energiaszintje egymáshoz közel esik. Ugyanakkor a fotonok keletkezése is hasonlóan történik. Az elektron egy adott energiaszintről elmozdulhat egy másik energiaszintre, de csak oda, köztes energiaállapot nem létezik. Mivel a két állapot energiája különböző, az elektronnak energiát kell leadnia, ami egy foton emissziójával történik meg. Elmondható tehát, hogy a sugárzási fotonok keletkezése és abszorpciója energiakicserélődésből fakad. Bár a sugárzási fotonok számos fizikai mennyiséggel megkülönböztethetők, az elektromágneses sugárzások sebessége azonos; mivel az elektromágneses sugárzások leggyakrabban tapasztalt fajtája a fény, ezt a sebességet úgy ismerjük, mint fénysebesség ( kb. 3 • 108 m/s.)

Ha feltételezzük, hogy egy átlagos röntgen-foton 1 m-t utazik a keletkezése és elnyelődése között, a foton átlagos élettartama kb. 3,3 • 10-9 s lenne. A fotonokat térben nem lehet tárolni vagy megállítani. Ha a foton a sugárzási forrásban létrejött (megszületett), a térben mindaddig fénysebességgel terjed, amíg valamely anyagban nem abszorbeálódik. Rövid élettartama alatt a foton egy kis energiamennyiséget szállít a sugárforrástól az abszorbeáló anyagig.

Bár a sugárzást lehet a foton energia, a hullámhossz vagy frekvencia alapján jellemezni, az alkalmazástól függően eltérő módon jellemezzük őket (2. ábra).