光子通过光电吸收、康普顿散射以及（1.022 MeV 以上的）电子对效应从射束中移除。窄束条件下强度按指数衰减：I = I₀·e^(−μx)。半值层（HVL = 0.693/μ）使强度减半，降为十分之一约需 3.3 个半值层。吸收边使每种元素的衰减都随能量变化。
内容核对：2026-09-24
指数衰减规律
指数衰减曲线
- 窄束条件下，透射随厚度指数下降。
- 每增加一个半值层（HVL），剩余强度减半：50%、25%、12.5%……
- 约 3.32 个半值层（即一个十分之一值层）剩 10%。
- 半值层本身取决于光子能量和材料。
每增加一个半值层，剩余强度再减半：1 个 HVL 剩 50%，2 个剩 25%，3 个剩 12.5%。十分之一值层（TVL = 2.303/μ ≈ 3.32 HVL）剩 10%。μ 取决于光子能量和材料，各元素的质量衰减系数 μ/ρ 可在 NIST XCOM 数据库中查到。
三种主要相互作用
| 相互作用 | 过程 | 主导范围 |
|---|---|---|
| 光电吸收 | 光子被吸收并打出内层电子 | 低能量、高原子序数材料；概率随原子序数急剧上升 |
| 康普顿散射 | 光子损失部分能量并改变方向 | 中等能量；散射线的主要来源 |
| 电子对效应 | 光子转化为电子—正电子对 | 仅在 1.022 MeV 以上，与诊断 X 射线无关 |
吸收边
当光子能量刚好超过某一电子壳层结合能时，光电吸收会突然增大。下表列出常用屏蔽元素的 K 吸收边。由于每种元素在其吸收边之上吸收最强，组合多种元素可以覆盖 X 射线能谱的不同区段。
| 元素 | 原子序数 Z | K 吸收边 (keV) |
|---|---|---|
| 锡 (Sn) | 50 | 29.20 |
| 锑 (Sb) | 51 | 30.49 |
| 钡 (Ba) | 56 | 37.44 |
| 钆 (Gd) | 64 | 50.24 |
| 钨 (W) | 74 | 69.53 |
| 铅 (Pb) | 82 | 88.00 |
| 铋 (Bi) | 83 | 90.53 |
K 壳层结合能数据取自 LBNL《X-Ray Data Booklet》。
窄束与宽束
指数规律描述的是窄束条件。宽束条件下，散射光子也会到达探测器（“累积效应”），测得的透射更高。这正是铅当量数值必须注明测量几何的原因。
窄束与宽束测量几何
- 窄束：样品前后都有准直器，把射束限制成细束。
- 样品产生的散射大多到达不了小面积探测器。
- 宽束：照射野较宽，大面积探测器靠近样品。
- 部分散射被计入读数，因此宽束结果与窄束不同。比较材料时不要混用两种几何的数据。
参考文献
- NIST XCOM: Photon Cross Sections Database
- X-Ray Data Booklet, Lawrence Berkeley National Laboratory (electron binding energies)
- Bushberg et al., The Essential Physics of Medical Imaging, 3rd ed., 2012
- IAEA — Radiation, People and the Environment (2004)
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