W oddziaływaniu promieniowania jonizującego z materią kluczowe jest rozróżnienie, czy mamy do czynienia z promieniowaniem bezpośrednio jonizującym (cząstki naładowane), czy pośrednio jonizującym (fotony X i gamma).
Jonizacja bezpośrednia oznacza sytuację, w której cząstka naładowana, dzięki swojemu ładunkowi, może bezpośrednio wybijać elektrony z atomów ośrodka i wytwarzać pary jonowe na swojej drodze. Ten opis nie pasuje do fotonów, ponieważ fotony są elektrycznie obojętne i nie "jonizują bezpośrednio" – najpierw muszą przekazać energię elektronowi w jednym z typowych procesów fotonowych.
Dla fotonów X/gamma podstawowe mechanizmy oddziaływania z materią to:
- Efekt fotoelektryczny – foton jest pochłaniany, a z atomu zostaje wybity elektron (fotoelektron). To ważny mechanizm szczególnie przy niższych energiach, istotny m.in. dla kontrastu w diagnostyce.
- Rozpraszanie Comptona – foton oddaje część energii elektronowi i zmienia kierunek. Jest to główne źródło promieniowania rozproszonego, wpływające na jakość obrazu i narażenie otoczenia.
- Produkcja par – możliwa dopiero powyżej progu energetycznego 1,022 MeV; foton w polu jądra może wytworzyć parę elektron–pozyton.
W każdym z tych trzech przypadków powstają elektrony wtórne (lub inne cząstki), które dopiero potem mogą powodować jonizację bezpośrednią ośrodka. Dlatego jako mechanizm oddziaływania fotonów z materią najmniej prawdopodobna jest odpowiedź "jonizacja bezpośrednia".
Dlaczego pozostałe odpowiedzi są niepoprawne jako "najmniej prawdopodobne"? Efekt fotoelektryczny i rozpraszanie Comptona to klasyczne mechanizmy dla energii diagnostycznych, a produkcja par jest również poprawnym mechanizmem (choć wymaga wysokich energii, typowych raczej dla radioterapii).
