Röntgenabsorptions

Röntgenabsorptions bezeichnet die Abnahme der Intensität von Röntgenstrahlung, die durch Materie hindurchtritt. Die Abschwächung entsteht durch Absorption und Streuung der Photonen. Die Beziehung lässt sich durch das Beer-Lambert-Gesetz beschreiben: I = I0 exp(-μ x), wobei I0 die Anfangsintensität, I die Restintensität, μ der lineare Abschwächungskoeffizient und x die Dicke des durchstrahlten Materials ist. Oft verwendet man den massenbezogenen Koeffizienten μ/ρ, der materialunabhängiger ist.

Der Koeffizient μ hängt von der chemischen Zusammensetzung, der Dichte und der Photonenergie ab. Er variiert stark mit dem Spektrum und den Elementen des Materials. Die Energieabhängigkeit der Absorption erklärt den Kontrast in der Röntgendiagnostik und in der Materialanalyse.

Zu den wichtigsten Absorptionsprozessen im X-Strahlenbereich zählen der photoelektrische Effekt, die Compton-Streuung und die Rayleigh-Streuung; bei höheren Energien tritt zusätzlich die Paarproduktion auf. Der photoelektrische Effekt dominiert typischerweise bei niedrigen Energien, besonders in Materialien mit hoher Ordnungszahl (Z). Die Compton-Streuung trägt vor allem bei mittleren Energien zur Abschwächung bei; Rayleigh-Streuung ist in erster Linie elastische Streuung. Die Paarproduktion beginnt bei Energien über 1,022 MeV.

Anwendungsrelevanz: Röntgenabsorptionskoeffizienten und -kanten sind zentral in der Diagnostik, bei der Bildgebung (Röntgenradiographie, Computertomographie) sowie in der Materialanalyse und Spektroskopie. Dual-Energy-Ansätze nutzen Unterschiede in μ bei zwei Energien, um Gewebearten oder Materialien besser zu unterscheiden. Kontrastmittel erhöhen die Absorption und verbessern den Bildkontrast.