Vi har nå sett både på materie og stråling. Nå skal vi se hvordan disse påvirker hverandre. Det kalles ofte for vekselvirkning mellom materie og stråling.

Når er foton absorberes eller emitteres av et atom snakker vi om vekselvirkning mellom stråling og materie. Det finnes også andre typer vekselvirkninger. Generelt betyr det at materie og stråling påvirker hverandre. I vår enkel modell av strålefysikken er det tre hovedtyper vekselvirkning vi må kjenne til.

Vekselvirkninger på atomnivå

Absorpsjon

Her blir hele energien til fotonet absorbert. Da forsvinner rett og slett fotonet og energien har gått til å eksitere atomet, eller til å ionisere det. Når dette skjer i pasientens vev vil det ha biologiske virkninger. I detektoren, for eksempel film, fosforplate eller sensor vil det gi et signal som kan brukes til å danne et bilde. Mer om disse to effektene i senere moduler.

Figur: Hele energien til det inkommne fotonet har gått til å løsrive elektronet - ionisere atomet (Gerald Torgersen)

Denne typen absorpsjon kalles også for fotoelektrisk effekt som ble beskrevet av Albert Einstein i 1905.

Transmisjon

Her er det strengt tatt ikke noe vekselvirkning, men fotonet passerer gjennom atomet. I pasientens vev vil ikke transmisjon ha noen biologiske effekter. Transmiterte fotoner vil kunne absorberes i detektoren og være med på å danne et bilde.

Figur: Fotonet passerer gjennom atomet uten at det skjer en vekselvirkning. (Gerald Torgersen)

Spredning

Fotonets energi går til å ionisera atomet, men noe av energien er igjen og denne blir sendt ut som et nytt foton med lavere energi. Spredningen kan skje i alle retninger. I pasientens vev fører spredning til at vev i nærheten også blir utsatt for stråledoser. I tillegg vil noe av strålingen spres ut i omgivelsen og på denne måten bestråle mennesker som oppholder seg i nærheten av pasienten. Spredt stråling vil også kunne nå detektoren og forringe bildekvaliteten ved å tilføre støy til bildet.

Figur: Noe av energien til fotonet går til å ionisere atomet, resten sendes ut som et spredt foton som har lavere energi (Gerald Torgersen)

Den spredningsprosessen som er mest vanlig ved energier som røntgenstråling kalles Compton-effekten eller Compton-spredning. Denne ble oppdaget av A. H. Compton i 1923.

Vekselvirkninger på makronivå

I materialer eller biologisk vev er det et stort antall atomer som strålingen vekselvirker med. I illustrasjonen nedenfor vises eksempler på absorpsjon, transmisjon og stråling.

Absorpsjon - Transmisjon - Spredning.svg

Figur: Forskjellige vekselvirkninger er vist her. Det kan også være flere etterfølgenede spredninger i materialet. (Gerald Torgersen)

Vekselvirkninger i praksis

Ved et standard bitewing røntgenopptak er det ca. 27 % av de innkommende fotonene som absorberes, ca. 9 % transmitteres og ca 64 % av de innkommende fotonene spres. I tillegg er det mange sekundærfotoner som dannes ved spredning som igjen ingår i nye vekselvirkninger. For detaljer se kilden for disse dataene¹.

Referanser

¹ White SC, Pharoah MJ. Oral radiology : principles and interpretation. 7th ed. ed. St. Louis: Elsevier; 2014. Side 12