A röntgensugárzás elnyelődése anyagban

A röntgensugarak a terjedésük során gyöngülést szenvednek az anyagban a Lambert-törvény által leírt módon:

\[I(x)=I_0 e^{-\mu x},\]

ahol I₀ a röntgensugarak intenzitása a szövetbe belépés előtt, I pedig az x távolság megtétele utáni intenzitás a szövetben, míg μ a szövetre jellemző gyöngítési együttható. Ez utóbbi a szövet  átlagos rendszámának függvénye – emiatt mutatnak kontrasztot az egyes szövetek a röntgenfölvételeken.

A lágy szövetek röntgenabszorpciója jól modellezhető a röntgensugárzás és a víz kölcsönhatásán keresztül, aminek keretében az egyes gyengülési mechanizmusok is tárgyalhatók.

A kisenergiájú (1–30 keV) röntgenkvantumok attenuációjának (ez az abszorpciót és a szóródást egyaránt magában foglalja) a fő forrása a koherens szóródás, amikor az anyag elektronjain szóródó foton energiaveszteség nélkül irányt változtat, valamint a fotoelektromos hatás, amikor a foton átadja az energiáját az anyag atomjainak, amelyek egy fotoelektron kibocsátása mellett ionizálódnak. A közepes (30 keV – 30 MeV) energiatartományban a Compton-szóródás válik dominánssá, amely a fotonok és az anyag elektronjainak rugalmas ütközéseként értelmezhető, ahol a szórt röntgenfotonoknak nemcsak a mozgási iránya változik meg, hanem az energiájuk is csökken. 1,02 MeV felett a röntgenfotonok az atommagok erőterében elektron–pozitron párrá sugárzódhatnak szét – ez a gyengülési mechanizmus 20 MeV felett válik dominánssá.

A fentiekben bemutatott röntgenabszorpciós spektrum anyagfüggő, ennek egyik oka, hogy az egyes gyengülési mechanizmusokra vonatkozó elnyelési állandók különböző rendszámfüggést mutatnak: a fotoelektromos hatás és a párképződés elnyelési állandója az elnyelő anyag rendszámának négyzetével, a koherens szórás elnyelési állandója pedig annak köbével arányosan növekszik. A Compton-szóródás ugyanakkor rendszámfüggetlen. Ezek a tendenciák jól kihasználhatók az alkalmazások során, hiszen a diagnosztikus célokra használt, lágy röntgensugárzás elnyelődésére jellemző koherens szórás erős rendszámfüggést mutat, növelve ezzel a kontrasztot a képalkotás során, míg a terápiás célú kemény röntgensugárzás immár közel rendszámfüggetlen módon nyelődik el, emiatt nincs szükség a csontok fokozott védelmére a sugárterápiánál.