Ionizzazione da Raggi X: Effetto Fotoelettrico, Diffusione Compton e Produzione Coppie

Le interazioni dei raggi X con la materia causano ionizzazione tramite tre meccanismi primari:

1. Effetto Fotoelettrico (Bassa Energia, Alto Z)

• Fotone trasferisce tutta energia a elettrone interno → espulso (fotoelettrone).
• Atomo diventa ione positivo; vacanza riempita da elettrone esterno → raggio X caratteristico/elettrone Auger.
• Dominante <50 keV; probabilità ∝ Z³/E³.
• Base del contrasto radiografico (osso vs tessuto molle).

2. Diffusione Compton (Energia Intermedia)

• Fotone collide con elettrone esterno debolmente legato → condivide energia.
• Fotone diffuso (energia minore) + elettrone rinculo.
• Dominante 50 keV–5 MeV; probabilità ∝ Z/E.
• Fonte principale radiazione diffusa (nebbia immagini, dose personale).

3. Produzione Coppie (Alta Energia >1,022 MeV)

• Fotone vicino nucleo → coppia elettrone-positrone.
• Positrone annichila → due fotoni annichilazione 511 keV.
• Dominante >10 MeV; probabilità ∝ Z².
• Rilevante in radioterapia (linac), non imaging diagnostico.

Applicazioni

• Imaging medico (contrasto via effetto fotoelettrico).
• Radioterapia (ionizzazione uccide cellule tumorali).
• NDT industriale, cristallografia a raggi X.

Comprendere le interazioni ottimizza qualità immagine, dose e sicurezza.