康普顿效应及其在辐射防护中的重要性

康普顿效应是在1923年，由美国物理学家康普顿在研究X射线通过物质发生散射的实验时所发现的。当具有能量为hv的光子与原子内一个弱束缚电子相互作用时，光子交给电子部分能量后，其频率发生改变并与入射方向成θ角散射（康普顿散射光子），获得足够能量的电子与光子入射方向成φ角方向射出（康普顿反冲电子），此种效应称为康普顿效应，见图3-2。

图3－2　康普顿效应示意图：（a）散射过程，（b）几何关系

受原子核束缚得愈弱的轨道电子发生康普顿效应的概率愈大，在实际处理时，忽略轨道电子的结合能，把康普顿效应看成是入射光子和自由电子的弹性碰撞，在这种弹性碰撞过程中，入射光子与散射光子和反冲电子之间，遵循能量守恒和动量守恒，并考虑相对论能量和动量的关系，可以推得散射光子的能量为：

(www.xing528.com)

式中Er和分别为入射光子与散射光子的能量，Er=hv，Er′=hr′；θ为散射角；α=，mec2为电子的静质量能，值为0.511MeV。

康普顿效应中入射光子的能量和动量由反冲电子和散射光子两者之间分配，电子反冲角在0°～90°之间变化，光子散射角在0°～180°之间变化，散射角越大，光子的能量损失也就越大。康普顿效应是X（γ）射线与物质相互作用的另一种主要形式，是X（γ）射线工作场所散射线的主要来源。

如前面所述，康普顿效应可看做是光子和“自由”电子之间的相互作用。它意味着入射光子能量比电子的结合能必须大很多，这与光电效应形成一个对比，当入射X（γ）光子能量等于或大于电子的结合能时，光电效应最可能发生。随着入射光子的能量的增加，光电效应发生率很快降低，这时康普顿效应变得越来越重要。

康普顿效应中产生的散射线是辐射防护中必须引起注意的问题。在X射线诊断中，用高千伏产生的硬质X射线进行检查时，康普顿效应是主要作用形式。从受检者身上产生的散射线能量与原射线相差很少，并且散射线比较对称地分布在整个空间，这个事实必须引起重视，并采取相应的防护措施。另外，散射线增加照片的灰雾，降低了影像的对比度，但与光电效应比受检者的剂量较低。从辐射防护角度出发，国际辐射防护委员会（ICRP）推广使用高千伏检查技术。高千伏产生的硬质X射线穿透力强，摄影所用X射线的量相对于低能X射线要少，可使受检者的吸收剂量降低，减少X射线对人体的危害。