Ionisatie is een proces waarbij neutrale atomen of moleculen elektronen verliezen of winnen, wat resulteert in de vorming van elektrisch geladen ionen. Wanneer röntgenstralen interageren met materie, kunnen ze via verschillende mechanismen de ionisatie van atomen of moleculen veroorzaken:

Foto-elektrisch effect:Dit treedt op wanneer een röntgenfoton al zijn energie overdraagt ​​aan een stevig gebonden elektron in de binnenschil, waardoor het elektron uit het atoom wordt uitgestoten. Hierdoor blijft een positief geladen ion achter. De waarschijnlijkheid van het foto-elektrisch effect neemt af naarmate de fotonenergie toeneemt.

Comptonverstrooiing:Bij dit proces botst een röntgenfoton met een losjes gebonden elektron in de buitenste schil en draagt ​​een deel van zijn energie over aan het elektron. Het elektron wordt uit het atoom uitgestoten en het verstrooide foton heeft een lagere energie dan het invallende röntgenfoton. Comptonverstrooiing treedt het meest waarschijnlijk op wanneer de fotonenergie zich in het middenbereik bevindt.

Paarproductie:Wanneer een röntgenfoton met voldoende energie (groter dan 1,022 MeV) de kern van een atoom passeert, kan het paarproductie ondergaan. Bij dit proces wordt het röntgenfoton omgezet in een elektron-positronpaar. Het positron is het positief geladen antideeltje van het elektron. Paarproductie is alleen mogelijk als de fotonenergie hoog genoeg is om de massa van het elektron en het positron te creëren.

De ionisatie-effecten van röntgenstralen zijn aanzienlijk bij verschillende toepassingen, waaronder:

Medische beeldvorming:Röntgenstralen worden veel gebruikt in medische beeldvormingstechnieken zoals radiografie en computertomografie (CT-scans) om beelden te maken van interne lichaamsstructuren. De differentiële absorptie van röntgenstralen door verschillende weefsels en structuren maakt de visualisatie van botten, organen en zachte weefsels mogelijk.

Bestralingstherapie:Röntgenstralen worden ook gebruikt bij bestralingstherapie om kanker te behandelen. Door een gecontroleerde dosis röntgenstraling naar het getroffen gebied te sturen, kan ionisatie en schade aan kankercellen worden bereikt, wat kan leiden tot vernietiging of remming van de groei.

Industriële en onderzoekstoepassingen:Röntgenstralen worden gebruikt in verschillende industriële en onderzoeksomgevingen voor beeldvorming en analyse. Ze worden bijvoorbeeld gebruikt bij niet-destructief onderzoek om defecten in materialen en componenten op te sporen. Röntgenkristallografie is een techniek waarbij röntgenstralen worden gebruikt om de atomaire structuren van kristallen te bepalen.

De interactie van röntgenstraling met materie kan complex zijn en de ionisatie-effecten zijn afhankelijk van factoren zoals de fotonenergie, het atoomnummer van het materiaal en de dichtheid van het materiaal. Het begrijpen van deze interacties is essentieel voor het optimaliseren van de voordelen van röntgenstraling in verschillende toepassingen en tegelijkertijd het minimaliseren van potentiële schadelijke effecten.