印象放射-- 光電效應VS康普頓散射

光電效應VS康普頓散射

沒有對比，就沒有傷害；沒有對比，也突出不出各自的優勢。就像任何事物有利也有弊，對比也是如此。把光電效應和康普頓散射放在一起比較，各自的特點會更加明顯。

之前提過，相互作用過程與X射線的能量有關係，在不同的能量範圍內，不同的相互作用過程佔據著不同的份額。教科書上有一張相互作用過程與能量之間關係的、很經典的圖，有興趣的可以翻閱一下。簡單點說，在能量比較低的範圍內（相對來說），比如千伏級，輻射與物質的相互作用過程主要以光電效應為主，也就是說這個區域是光電效應的地盤；隨著能量的增大，光電效應所佔的份額逐漸縮減，控股能力逐漸變弱，而另一個股東~康普頓散射開始不斷崛起，到了MV級的能量範圍，成了康普頓散射的地盤。

一種理論也好，一種定律也罷，都是從實踐中總結出來的，然後再返回到實踐中，從而對實踐產生幫助。學習光電效應和康普頓散射，是為了在實際應用中發揮出他們的價值。在放射診斷中，我們使用的主要是KV級的X射線（比如所說的80kv、100kv），因此應用的主要是光電效應，更具體點說就是靠不同物質對射線的衰減能力不同（也可以理解為吸收程度不同）從而來成像；而在放射治療中，我們使用的主要是MV級的X射線，因此應用的主要是康普頓散射。

光電效應體現的，主要是物質對X射線的吸收，因此光電效應也稱為光電吸收，因為在光電效應的過程中，X光子把攜帶的所有能量都給了核外電子，也可以說是原子把X射線的能量都給吸收了。

還是舉個子彈的栗子，光電效應就像子彈射進了木板裡，也好比球員射門的時候，力道不夠，球被守門員給攔住了。而康普頓散射就好比，子彈的速度更快、動能更大，相同厚度的木板甚至更厚的木板更甚至鐵板都已經攔不住他了，直接穿了過去，不過穿過去的子彈改變了軌跡。也好比球員射門的時候，力道很猛，守門員接不住球，只能把球彈開了。

在子彈射進木板的過程中，一個影響因素是子彈的速度，也就是能量，還有一個因素就是木板的厚度、硬度以及種類，光電效應也是如此，除了X射線的能量，光電效應還跟物質的種類、原子序數有關。原子序數大的，比如鋼板比木板，就更容易阻擋住子彈，因此骨比軟組織對射線吸收的更多。而在康普頓散射中，就像子彈的速度非常非常快，已經沒有什麼能夠阻擋住X射線的腳步，無論原子序數高低，對他來說基本上都一樣:反正他都能穿過去，因而在康普頓散射的地盤上，原子序數的影響已經不是太大。就像考了60分和70分對有些童鞋來說基本一樣，都算是及格，而且離獎學金都很遙遠，也就有了誤人不淺的“60分萬歲，61白費”的謬論。

對比完光電效應和康普頓散射，X射線與物質相互作用的三大支柱中的兩個就介紹完了，接著說說下一個相互作用過程，也是一個很有意思的故事。

第三站：電子對效應

招待了兩次X射線的原子，這次又迎來了第三次X光子的拜訪，雖然不情願，損失了一部分核外電子，但也奈何不了他啊，現實與理想的差距，在於多了許多的無可奈何。這次X光子依舊帶著裝滿能量的禮物而來，依舊是核外電子招待了他，不過這次沒有自由電子產生，而是發生了一件更神奇的事情。

首先再介紹下電子，電子是帶負電荷的，之所以要強調這點，是因為這件神奇的事情跟電子的電性有關，在X光子的這次拜訪中，產生了一個正電子，這是很罕見的，這就像一群黑烏鴉裡突然出現了一隻白烏鴉，烏鴉這時終於可以揚眉吐氣了：“誰說我們天下一般黑來著”，又讓原子大跌眼鏡一次，原子核內帶正電荷的質子一看，興高采烈起來“呦，終於看到電子的隊伍中有跟我們一條戰線的了，兄弟堅持住，從內部瓦解他們”。

電子一看，憤怒道“反了他了，得給他點顏色瞧瞧，兄弟們跟我上”，於是正電子陷入了電子的重重包圍中，在這場實力懸殊的對決中，正電子最終寡不敵眾，再加上立場又不堅定，本來就不穩定，於是選擇了妥協，就這樣，一個正電子跟一個電子結合，最終產生了一對0.511MeV的γ光子，質子也就空歡喜了一場。這個過程，稱為電子對效應。電子對效應也有他的用武之地，那就是核醫學中的PET（正電子發射計算機體層成像）。PET其實就是靠捕捉和探測電子對效應中產生的那一對γ光子來進行成像的。

加上電子對效應，X射線與物質相互作用的三大主力就湊齊了，然後還有兩個小弟，分別是光核反應和相干散射，後者也稱作瑞利散射。之所以稱作小弟，不是不重要，而是為了方便記憶。我學藝不精，他們倆的故事就先不介紹了。此處參考專業書籍。