Khi một chùm bức xạ tia X hoặc tia gamma đi qua vật chất thì có một số tia được truyền qua, một số tia bị hấp thụ và một số tia bị tán xạ theo nhiều hướng khác nhau. Sự hiểu biết về những hiện tượng này là rất quan trọng cho một nhân viên chụp ảnh bức xạ và những khía cạnh khác nhau của nó được trình bày dưới đây:

Hiện tượng hấp thụ

Một chùm bức xạ tia X hoặc tia gamma khi đi qua vật chất thì cường độ của chúng bị suy giảm. Hiện tượng này được gọi là sự hấp thụ bức xạ tia X hoặc tia gamma trong vật chất. Lượng bức xạ bị suy giảm phụ thuộc vào chất lượng của chùm bức xạ, vật liệu, mật độ của mẫu vật và bề dày của mẫu vật mà chùm tia bức xạ đi qua. Tính chất này của bức xạ tia X hoặc tia gamma được sử dụng trong chụp ảnh bức xạ công nghiệp. Nếu có một khuyết tật nằm bên trong cấu trúc của một mẫu vật nghĩa là có sự thay đổi về bề dày (chẳng hạn như lỗ rỗng) hoặc sự thay đổi theo mật độ (chẳng hạn như các tạp chất của các vật liệu khác ở bên ngoài). Sự hiện diện của những khuyết tật này sẽ tạo ra những thay đổi tương ứng với cường độ của chùm bức xạ truyền qua và chùm bức xạ truyền qua này được ghi nhận trên phim tạo ra được một ảnh chụp bức xạ trên phim. Hiện tượng này có một tính chất rất quan trọng nên chúng ta cần phải xem xét một cách chi tiết.

Quá trình hấp thụ bức xạ
Quá trình hấp thụ bức xạ

Hệ số hấp thụ

Trong phương trình biểu diễn quá trình hấp thụ thì m được gọi là hệ số hấp thụ tuyến tính. Hệ số hấp thụ tuyến tính là phần cường độ bức xạ bị suy giảm trên một đơn vị bề dày của vật hấp thụ. Bề dày vật hấp thụ thường được tính theo centimet (cm) và mx không có đơn vị nên m sẽ có đơn vị là (cm-1). Khoảng cách 1/m đôi khi được gọi là quảng đường tự do trung bình của bức xạ và để tính toán độ xuyên sâu thì độ xuyên sâu thường được biểu diễn theo chiều dài hồi phục và trong đó x = 1/m ; mx = 1 được gọi là một chiều dài hồi phục.

Giá trị của m = Kl3Z3 chỉ ra rằng m phụ thuộc vào bước sóng của bức xạ sơ cấp và do đó những bức xạ mềm hay bức xạ có năng lượng thấp sẽ có hệ số hấp thụ lớn hơn. m cũng phụ thuộc vào nguyên tử số (Z) của chất hấp thụ và tăng lên theo nguyên tử số (Z). Do đó những vật liệu có nguyên tử số (Z) cao sẽ hấp thụ bức xạ tia X hoặc tia gamma nhiều hơn so với những chất có nguyên tử số (Z) thấp. Trong phương trình của m thì K là hằng số phụ thuộc vào mật độ vật lý của chất hấp thụ.

 

Bề dầy làm yếu một nửa

Bề dày hấp thụ một nửa HVL (Half value layer) là bề dày của một vật liệu cho trước mà ta sẽ làm cho cường độ của chùm bức xạ phát ra khi đi qua nó giảm xuống còn một nửa. Bề dày hấp thụ một nửa HVL được xác định từ công thức:

Suy ra

Bề dày giảm 10

Bề dày giảm 10 TVL (Ten value layer) là bề dày của vật liệu che chắn mà làm giảm cường độ bức xạ hay liều chiếu đi 10 lần. Tính tương tự như bề dày hấp thụ một nửa ta có:

Chuyển đổi từ hệ số suy giảm theo khối lượng thành hệ số suy giảm tuyến tính

Vì hệ số suy hao tuyến tính (m) phụ thuộc vào mật độ vật liệu, nên hệ số suy giảm theo khối lượng thường được sử dụng. Hệ số suy giảm theo khối lượng chỉ đơn giản là hệ số suy giảm tuyến tính chia cho mật độ vật liệu. Tỷ số này có giá trị không đổi đối với một vật liệu hoặc hợp chất cụ thể.

Để chuyển đổi hệ số suy giảm theo khối lượng (m / r) thành hệ số suy giảm tuyến tính (m), chỉ cần nhân nó với mật độ (r) của vật liệu.

Hằng số cho vật liệu đơn nguyên tố

Các bảng và đồ thị của hệ số suy giảm năng lượng photon theo khối lượng vật liệu từ 1 keV đến 20 MeV cho tất cả các phân tử khối từ Z = 1 đến 92, và cho các hợp chất và hỗn hợp lấy trực tiếp từ trang web của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ.

Các hằng số vật chất giả định rằng vật liệu là đơn nguyên tố. Các giá trị được tính bởi tỷ số số nguyên tử tới trọng lượng Z / A, năng lượng kích thích trung bình I và mật độ ρ. Một số giá trị mật độ chỉ là trên danh nghĩa;

Nguyên tử khối (Z) Vật liệu Z/A I Mật độ
(eV) (g/cm3)
1 H Hydrogen 0.99212 19.2 8.375E-05
2 He Helium 0.49968 41.8 1.663E-04
3 Li Lithium 0.43221 40.0 5.340E-01
4 Be Beryllium 0.44384 63.7 1.848E+00
5 B Boron 0.46245 76.0 2.370E+00
6 C Carbon, Graphite 0.49954 78.0 1.700E+00
7 N Nitrogen 0.49976 82.0 1.165E-03
8 O Oxygen 0.50002 95.0 1.332E-03
9 F Fluorine 0.47372 115.0 1.580E-03
10 Ne Neon 0.49555 137.0 8.385E-04
11 Na Sodium 0.47847 149.0 9.710E-01
12 Mg Magnesium 0.49373 156.0 1.740E+00
13 Al Aluminum 0.48181 166.0 2.699E+00
14 Si Silicon 0.49848 173.0 2.330E+00
15 P Phosphorus 0.48428 173.0 2.200E+00
16 S Sulfur 0.49897 180.0 2.000E+00
17 Cl Chlorine 0.47951 174.0 2.995E-03
18 Ar Argon 0.45059 188.0 1.662E-03
19 K Potassium 0.48595 190.0 8.620E-01
20 Ca Calcium 0.49903 191.0 1.550E+00
21 Sc Scandium 0.46712 216.0 2.989E+00
22 Ti Titanium 0.45948 233.0 4.540E+00
23 V Vanadium 0.45150 245.0 6.110E+00
24 Cr Chromium 0.46157 257.0 7.180E+00
25 Mn Manganese 0.45506 272.0 7.440E+00
26 Fe Iron 0.46556 286.0 7.874E+00
27 Co Cobalt 0.45815 297.0 8.900E+00
28 Ni Nickel 0.47708 311.0 8.902E+00
29 Cu Copper 0.45636 322.0 8.960E+00
30 Zn Zinc 0.45879 330.0 7.133E+00
31 Ga Gallium 0.44462 334.0 5.904E+00
32 Ge Germanium 0.44071 350.0 5.323E+00
33 As Arsenic 0.44046 347.0 5.730E+00
34 Se Selenium 0.43060 348.0 4.500E+00
35 Br Bromine 0.43803 343.0 7.072E-03
36 Kr Krypton 0.42959 352.0 3.478E-03
37 Rb Rubidium 0.43291 363.0 1.532E+00
38 Sr Strontium 0.43369 366.0 2.540E+00
39 Y Yttrium 0.43867 379.0 4.469E+00
40 Zr Zirconium 0.43848 393.0 6.506E+00
41 Nb Niobium 0.44130 417.0 8.570E+00
42 Mo Molybdenum 0.43777 424.0 1.022E+01
43 Tc Technetium 0.43919 428.0 1.150E+01
44 Ru Ruthenium 0.43534 441.0 1.241E+01
45 Rh Rhodium 0.43729 449.0 1.241E+01
46 Pd Palladium 0.43225 470.0 1.202E+01
47 Ag Silver 0.43572 470.0 1.050E+01
48 Cd Cadmium 0.42700 469.0 8.650E+00
49 In Indium 0.42676 488.0 7.310E+00
50 Sn Tin 0.42120 488.0 7.310E+00
51 Sb Antimony 0.41889 487.0 6.691E+00
52 Te Tellurium 0.40752 485.0 6.240E+00
53 I Iodine 0.41764 491.0 4.930E+00
54 Xe Xenon 0.41130 482.0 5.485E-03
55 Cs Cesium 0.41383 488.0 1.873E+00
56 Ba Barium 0.40779 491.0 3.500E+00
57 La Lanthanum 0.41035 501.0 6.154E+00
58 Ce Cerium 0.41395 523.0 6.657E+00
59 Pr Praseodymium 0.41871 535.0 6.710E+00
60 Nd Neodymium 0.41597 546.0 6.900E+00
61 Pm Promethium 0.42094 560.0 7.220E+00
62 Sm Samarium 0.41234 574.0 7.460E+00
63 Eu Europium 0.41457 580.0 5.243E+00
64 Gd Gadolinium 0.40699 591.0 7.900E+00
65 Tb Terbium 0.40900 614.0 8.229E+00
66 Dy Dysprosium 0.40615 628.0 8.550E+00
67 Ho Holmium 0.40623 650.0 8.795E+00
68 Er Erbium 0.40655 658.0 9.066E+00
69 Tm Thulium 0.40844 674.0 9.321E+00
70 Yb Ytterbium 0.40453 684.0 6.730E+00
71 Lu Lutetium 0.40579 694.0 9.840E+00
72 Hf Hafnium 0.40338 705.0 1.331E+01
73 Ta Tantalum 0.40343 718.0 1.665E+01
74 W Tungsten 0.40250 727.0 1.930E+01
75 Re Rhenium 0.40278 736.0 2.102E+01
76 Os Osmium 0.39958 746.0 2.257E+01
77 Ir Iridium 0.40058 757.0 2.242E+01
78 Pt Platinum 0.39984 790.0 2.145E+01
79 Au Gold 0.40108 790.0 1.932E+01
80 Hg Mercury 0.39882 800.0 1.355E+01
81 Tl Thallium 0.39631 810.0 1.172E+01
82 Pb Lead 0.39575 823.0 1.135E+01
83 Bi Bismuth 0.39717 823.0 9.747E+00
84 Po Polonium 0.40195 830.0 9.320E+00
85 At Astatine 0.40479 825.0 1.000E+01
86 Rn Radon 0.38736 794.0 9.066E-03
87 Fr Francium 0.39010 827.0 1.000E+01
88 Ra Radium 0.38934 826.0 5.000E+00
89 Ac Actinium 0.39202 841.0 1.007E+01
90 Th Thorium 0.38787 847.0 1.172E+01
91 Pa Protactinium 0.39388 878.0 1.537E+01
92 U Uranium 0.38651 890.0 1.895E+01

Hằng số hấp thụ (suy giảm) cho vật liệu phức hợp

Hằng số vật liệu với thành phần được giả định với các hợp chất và hỗn hợp phức hợp. Các thành phần của mô người khác nhau được lấy từ Báo cáo của ICRU 44 (1989). Các giá trị được tính bởi tỷ số số nguyên tử tới trọng lượng Z / A, năng lượng kích thích trung bình I và mật độ ρ. Một số giá trị mật độ chỉ là trên danh nghĩa;

Vật liệu <Z/A> I Mật độ Composition
(eV) (g/cm3) (Z: fraction
by weight)
A-150 Tissue-Equivalent Plastic 0.54903 65.1 1.127E+00 1: 0.101330
6: 0.775498
7: 0.035057
8: 0.052315
9: 0.017423
20: 0.018377
Adipose Tissue (ICRU-44) 0.55579 64.8 9.500E-01 1: 0.114000
6: 0.598000
7: 0.007000
8: 0.278000
11: 0.001000
16: 0.001000
17: 0.001000
Air, Dry (near sea level) 0.49919 85.7 1.205E-03 6: 0.000124
7: 0.755268
8: 0.231781
18: 0.012827
Alanine 0.53876 71.9 1.424E+00 1: 0.079192
6: 0.404437
7: 0.157213
8: 0.359157
B-100 Bone-Equivalent Plastic 0.52740 85.9 1.450E+00 1: 0.065473
6: 0.536942
7: 0.021500
8: 0.032084
9: 0.167415
20: 0.176585
Bakelite 0.52792 72.4 1.250E+00 1: 0.057444
6: 0.774589
8: 0.167968
Blood, Whole (ICRU-44) 0.54999 75.2 1.060E+00 1: 0.102000
6: 0.110000
7: 0.033000
8: 0.745000
11: 0.001000
15: 0.001000
16: 0.002000
17: 0.003000
19: 0.002000
26: 0.001000
Bone, Cortical (ICRU-44) 0.51478 112.0 1.920E+00 1: 0.034000
6: 0.155000
7: 0.042000
8: 0.435000
11: 0.001000
12: 0.002000
15: 0.103000
16: 0.003000
20: 0.225000
Brain, Grey/White Matter (ICRU-44) 0.55239 73.9 1.040E+00 1: 0.107000
6: 0.145000
7: 0.022000
8: 0.712000
11: 0.002000
15: 0.004000
16: 0.002000
17: 0.003000
19: 0.003000
Breast Tissue (ICRU-44) 0.55196 70.3 1.020E+00 1: 0.106000
6: 0.332000
7: 0.030000
8: 0.527000
11: 0.001000
15: 0.001000
16: 0.002000
17: 0.001000
C-552 Air-equivalent Plastic 0.49969 86.8 1.760E+00 1: 0.024681
6: 0.501610
8: 0.004527
9: 0.465209
14: 0.003973
Cadmium Telluride 0.41665 539.3 6.200E+00 48: 0.468358
52: 0.531642
Calcium Fluoride 0.48671 166.0 3.180E+00 9: 0.486672
20: 0.513328
Calcium Sulfate 0.49948 152.3 2.960E+00 8: 0.470081
16: 0.235534
20: 0.294385
15 mmol L-1 Ceric Ammonium Sulfate Solution 0.55282 76.7 1.030E+00 1: 0.107694
7: 0.000816
8: 0.875172
16: 0.014279
58: 0.002040
Cesium Iodide 0.41569 553.1 4.510E+00 53: 0.488451
55: 0.511549
Concrete, Ordinary 0.50932 124.5 2.300E+00 1: 0.022100
6: 0.002484
8: 0.574930
11: 0.015208
12: 0.001266
13: 0.019953
14: 0.304627
19: 0.010045
20: 0.042951
26: 0.006435
Concrete, Barite (TYPE BA) 0.45714 248.2 3.350E+00 1: 0.003585
8: 0.311622
12: 0.001195
13: 0.004183
14: 0.010457
16: 0.107858
20: 0.050194
26: 0.047505
56: 0.463400
Eye Lens (ICRU-44) 0.54709 74.3 1.070E+00 1: 0.096000
6: 0.195000
7: 0.057000
8: 0.646000
11: 0.001000
15: 0.001000
16: 0.003000
17: 0.001000
Ferrous Sulfate Standard Fricke 0.55334 76.3 1.024E+00 1: 0.108376
8: 0.878959
11: 0.000022
16: 0.012553
17: 0.000035
26: 0.000055
Gadolinium Oxysulfide 0.42265 493.3 7.440E+00 8: 0.084527
16: 0.084704
64: 0.830769
Gafchromic Sensor 0.54384 67.2 1.300E+00 1: 0.089700
6: 0.605800
7: 0.112200
8: 0.192300
Gallium Arsenide 0.44246 384.9 5.310E+00 31: 0.482030
33: 0.517970
Glass, Borosilicate (Pyrex) 0.49707 134.0 2.230E+00 5: 0.040066
8: 0.539559
11: 0.028191
13: 0.011644
14: 0.377220
19: 0.003321
Glass, Lead 0.42101 526.4 6.220E+00 8: 0.156453
14: 0.080866
22: 0.008092
33: 0.002651
82: 0.751938
Lithium Fluride 0.46262 94.0 2.635E+00 3: 0.267585
9: 0.732415
Lithium Tetraborate 0.48485 94.6 2.440E+00 3: 0.082081
5: 0.255715
8: 0.662204
Lung Tissue (ICRU-44) 0.55048 75.2 1.050E+00 1: 0.103000
6: 0.105000
7: 0.031000
8: 0.749000
11: 0.002000
15: 0.002000
16: 0.003000
17: 0.003000
19: 0.002000
Magnesium Tetroborate 0.49012 108.3 2.530E+00 5: 0.240870
8: 0.623762
12: 0.135367
Mercuric Iodide 0.40933 684.5 6.360E+00 53: 0.558560
80: 0.441440
Muscle, Skeletal (ICRU-44) 0.55000 74.6 1.050E+00 1: 0.102000
6: 0.143000
7: 0.034000
8: 0.710000
11: 0.001000
15: 0.002000
16: 0.003000
17: 0.001000
19: 0.004000
Ovary (ICRU-44) 0.55149 75.0 1.050E+00 1: 0.105000
6: 0.093000
7: 0.024000
8: 0.768000
11: 0.002000
15: 0.002000
16: 0.002000
17: 0.002000
19: 0.002000
Photographic Emulsion (Kodak Type AA) 0.48176 179.0 2.200E+00 1: 0.030500
6: 0.210700
7: 0.072100
8: 0.163200
35: 0.222800
47: 0.300700
Photographic Emulsion (Standard Nuclear) 0.45453 331.0 3.815E+00 1: 0.014100
6: 0.072261
7: 0.019320
8: 0.066101
16: 0.001890
35: 0.349104
47: 0.474105
53: 0.003120
Plastic Scintillator, Vinyltoluene 0.54141 64.7 1.032E+00 1: 0.085000
6: 0.915000
Polyethylene 0.57033 57.4 9.300E-01 1: 0.143716
6: 0.856284
Polyethylene Terephthalate, (Mylar) 0.52037 78.7 1.380E+00 1: 0.041960
6: 0.625016
8: 0.333024
Polymethyl Methacrylate 0.53937 74.0 1.190E+00 1: 0.080541
6: 0.599846
8: 0.319613
Polystyrene 0.53768 68.7 1.060E+00 1: 0.077421
6: 0.922579
Polytetrafluoroethylene, (Teflon) 0.47993 99.1 2.250E+00 6: 0.240183
9: 0.759818
Polyvinyl Chloride 0.51201 108.2 1.406E+00 1: 0.048382
6: 0.384361
17: 0.567257
Radiochromic Dye Film, Nylon Base 0.54987 64.5 1.080E+00 1: 0.101996
6: 0.654396
7: 0.098915
8: 0.144693
Testis (ICRU-44) 0.55200 74.7 1.040E+00 1: 0.106000
6: 0.099000
7: 0.020000
8: 0.766000
11: 0.002000
15: 0.001000
16: 0.002000
17: 0.002000
19: 0.002000
Tissue, Soft (ICRU-44) 0.54996 74.7 1.060E+00 1: 0.102000
6: 0.143000
7: 0.034000
8: 0.708000
11: 0.002000
15: 0.003000
16: 0.003000
17: 0.002000
19: 0.003000
Tissue, Soft (ICRU Four-Component) 0.54975 74.9 1.000E+00 1: 0.101174
6: 0.111000
7: 0.026000
8: 0.761826
Tissue-Equivalent Gas, Methane Based 0.54992 61.2 1.064E-03 1: 0.101873
6: 0.456177
7: 0.035172
8: 0.406778
Tissue-Equivalent Gas, Propane Based 0.55027 59.5 1.826E-03 1: 0.102676
6: 0.568937
7: 0.035022
8: 0.293365
Water, Liquid 0.55508 75.0 1.000E+00 1: 0.111898
8: 0.888102