Gama záření ve formě gama fotonů vzniklých při anihilaci pozitronu s elektronem podléhá interakci s okolní hmotou. Jak fotony procházejí hmotou, interagují různými atomy. Typ interakce je funkcí energie fotonu a atomového čísla (Z) prvku, ze kterého je složena okolní hmota. V nukleární medicíně, kde se používá gama záření s energií od 50 keV do 550 keV, je dominantním typem interakce pro nižší atomová čísla (Z = 7,5 pro lidskou tkáň) Comptonův jev.  Fotoelektrický jev je dominantní pro vyšší atomová čísla (Z = 82). Třetí typ interakce, kde dochází k tvorbě elektron-pozitronového páru, nastává pouze s vysoce energetickými fotony, jež mají energii vyšší než 1020 keV. Z tohoto hlediska tudíž není důležitý pro nukleární medicínu [1].

Comptonův rozptyl

Comptonovým rozptylem či jevem se nazývá proces interakce fotonu s volným nebo slabě vázaným orbitálním elektronem, kterému foton předá část své energie a umožní tak elektronu únik z orbitalu. Po uvolnění se elektron nazývá Comptonův elektron. Foton se při interakci odchýlí ze své dráhy a ztratí část své energie. Úhel, pod kterým dojde k odchýlení, závisí na energii předané fotonem elektronu a může se pohybovat od 0 až do 180 º.

Za účelem lepšího znázornění závislosti výsledné energie 511 keV fotonu na úhlu rozptylu jsem vytvořil v Matlabu program, jehož výstupem je grafické znázornění této závislosti:

Obrázek 2: závislost energie gama fotonu na úhlu rozptylu

Fotoelektrický jev

Gama záření o nízké energii nebo gama foton, který ztratil většinu své energie při Comptonově rozptylu, může předat zbytek své veškeré energie orbitalovému elektronu. Tento proces se nazývá fotoelektrický jev a elektron, který získal veškerou energii a uvolnil se z orbitalu, se nazývá fotoelektron. Tento elektron opouští atom s energií rovnou energii gama fotonu sníženou o vazebnou energii. Fotoelektrický jev je hlavní princip výměny energie pro rentgenové záření, či gama záření pod 50 keV, tudíž se s ním v nukleární medicíně příliš často nesetkáme [1].

Doprovodná prezentace: