Röntgeninteraktionen mit Materie verursachen Ionisation über drei primäre Mechanismen:
1. Photoelektrischer Effekt (Niedrige Energie, hohes Z)
- Photon überträgt gesamte Energie an inneres Elektron → ausgestoßen (Photoelektron).
- Atom wird positives Ion; Leerstelle wird durch äußeres Elektron gefüllt → charakteristisches Röntgen/Auger-Elektron.
- Dominant <50 keV; Wahrscheinlichkeit ∝ Z³/E³.
- Basis des radiografischen Kontrasts (Knochen vs. Weichteil).
2. Compton-Streuung (Intermediate Energie)
- Photon kollidiert mit lose gebundenem äußeren Elektron → teilt Energie.
- Gestreutes Photon (niedrigere Energie) + Rücklaufelektron.
- Dominant 50 keV–5 MeV; Wahrscheinlichkeit ∝ Z/E.
- Hauptquelle für Streustrahlung (Nebel auf Bildern, Personendosis).
3. Paarerzeugung (Hohe Energie >1,022 MeV)
- Photon nahe Kernkern → Elektron-Positron-Paar.
- Positron vernichtet sich → zwei 511-keV-Annihilationsphotonen.
- Dominant >10 MeV; Wahrscheinlichkeit ∝ Z².
- Relevant in der Strahlentherapie (Linearbeschleuniger), nicht in der Diagnostik.
Anwendungen
- Medizinische Bildgebung (Kontrast via photoelektrischem Effekt).
- Strahlentherapie (Ionisation tötet Tumorzellen).
- Industrielle ZfP, Röntgenkristallographie.
Das Verständnis der Interaktionen optimiert Bildqualität, Dosis und Sicherheit.
