第三章_X线的产生

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章,X,射线的产生,第一节 X射线的发现及用途,第二节 X射线的本质与特性,第三节 X射线的产生条件与装置,第四节 X射线的产生原理,第五节,X,射线的量与质,第六节,X,射线的产生效率,第七节,X,射线强度的空间分布,第一节,X,射线的发现及用途,一、,X,射线的发现,1895,年,11,月,8,日，德国物理学家,伦琴,研究阴极射线时发现，由于对其本质不了解，称为,X,射线,，亦称,伦琴射线。,1901,年第一届,诺贝尔物理学,奖颁给了伦琴,Roentgen,二、,X,射线的用途,医学,-,诊断和治疗,晶体结构分析,工业探伤,货运集装箱透视检查,二、,X,射线的用途,X,射线广泛地应用医学、工程、材料、宇航事业上。例如：,人体探伤,晶体结构分析,材料和构件无损探伤,第二节,X,射线的本质与特性,一、,X,射线的本质,-,高频电磁波,频率在,310,16,310,20,Hz,之间，波长在,10,10-,3,nm,之间,一、,X,射线的本质,1,、波动性,体现,：具有衍射、偏振、反射、折射现象,表现,：以一定的波长和频率在空间传播，波长、频率、 周期分别用,，,f,，,T,表示,2,、粒子性,体现,：把,X,射线束看作是由单个,X,射线光子组成,表现,：,X,射线与物质的相互作用如光电效应、康普顿效应、荧光作用、电离作用等,单个光子的能量：,3,、波粒二象性,X,线在,传播过程,中表现波动性,X,线在,与物质相互作用,过程中表现波动性,二、,X,射线的基本特性,物理特性,化学特性,生物特性,1,、,在均匀、各向的介质中直线传播,2,、不带电,3,、穿透本领强,4,、荧光作用,5,、电离作用,6,、热作用,1,、感光作用,2,、着色作用,可使细胞产生抑制、损伤、坏死。,（一）物理特性,1.X,线属于不可见电磁波，在均匀且各向同性的介质中沿直线传播,2.X,线不带电荷，经过磁场、电场时不会发生偏转,生物作用,3,穿透作用是,X,线透视、摄影基础,X,线具有强穿透性作用，其穿透能力和光子能量有关，还和物质结构性质有关。,Z,吸收,穿透,穿透作用同时也是选择,X,线,防护材料基础,E,穿透,生物作用,4.,荧光作用荧光屏、增感屏基础,X,线能导致物质原子激发，在原子跃回基态时候发出可见荧光。,荧光屏,影像增强器,生物作用,电离作用是,X,线损伤、治疗基础,X,线能导致物质原子或分子电离,X,线,气体,电荷,电离,产生,测量,剂量计,电离作用也是测量,X,线量基础,6.,热作用,物质吸收的,X,线能量，绝大数变为热能,依据此原理做,X,射线吸收剂量测量装置,-,量热计,生物作用,（二）化学特性,1.,感光作用用于摄影检查,X,射线照射胶片，胶片感光,普通胶片感可见光,X,线胶片感,X,线,2.,着色作用,物质接受,x,线照射后，晶体脱水，颜色发生改变,（三）生物效应放射治疗基础，同时也是放射人员防护原因,本质,：,X,射线对生物组织、细胞（特别是增殖性细胞）具有损伤作用,措施,：,对正常部位屏蔽，对肿瘤放疗,1发现X射线的物理学家是,A贝克勒尔 B居里夫人 C戈瑞 D拉德 E伦琴,2德国物理学家伦琴发现X射线的时间是,A1901年11月8日 B1895年12月8日 C1898年8月11日,D1896年11月8日 E1895年11月8日,3X射线在传播时，具有频率和波长，并有干涉、衍射等现象，突出表现的性质是,A微粒性 B波粒二象性 C物理特性 D生物效应特性 E波动性,4X射线在与物质相互作用时，具有能量、质量和动量，突出表现的性质是,A,.,波动性 B,.,微粒性 C,.,波粒二象性 D,.,物理特性 E,.,生物效应特性,习题,E,E,E,B,试题开始是35个备选答案，备选答案后提出至少2道试题，请为每一道试题选择一个与其关系密切的答案。每个备选答案可以选用一次，也可以选用数次，也可以不选用。,1X射线的发现基于,2量热法依据的原理是,3感光作用属于,4肿瘤放射治疗的基础是利用,5照射量的测量利用的是,A化学特性 B生物效应特性 C热作用,D荧光作用 E电离本领,D,C,A,B,E,生物作用,一、,X,线产生的条件,高速电子流,阳极靶,高压电场,真空,第三节,X,射线的产生条件与装置,电子源,高速带电粒子撞击某种物质而突然受阻时都能产生,X,射线,条件,(1).,X-,射线管,(2).,低压源,(510v),(3).,高压,(10,4,10,5,v ),二、,X,射线的发生装置,核心部分,X,射线管,阳极阻止高速电子流,阴极产生电子,旋转阳极,固定阳极,钨丝,玻璃壳,X,射线管,接变压器,玻璃,钨灯丝,金属聚灯罩,铍窗口,金属靶,冷却水,电子,X,射线,X,射线,X射线管剖面示意图,（回车键演示）,X,射线的产生过程演示,40KV,高压,220V400mA,电流,26,1,产生X射线的必备条件是,A电子源 B高速电子流 C阳极靶面,D以上都是 E以上都不是,2,关于X线产生条件的叙述，错误的是,A电子源 B高速电子流 C阻碍电子流的靶面,D高速电子与靶物质相互作用的结果,EX线管的靶面均由钼制成,3,X线管的靶面材料通常是,A铁 B钼 C金 D铜 E钨,4,软组织摄影用X线管阳极的靶面材料是,A钨B铁 C金 D铝 E钼,D,E,E,E,第四节,X,射线的产生原理,一、电子与物质的相互作用,高速电子与靶原子碰撞形成的能量损失分为,碰撞损失,-,高速电子与靶原子外层电子作用,-,热能,辐射损失,-,高速电子与靶原子的内层电子或原子核作用,-,辐射射线,高速电子能量低时，碰撞损失为主；能量高时，辐射损失为主,X,线谱由两部分组成,1,、,连续,X,线谱,-,光谱连续,2、,特征,X,线谱,-,光谱,二、两种,X,射线的产生原理,（一）,连续,X,射线的产生原理,经典电磁学理论,：当一个带电体在外电场中速度变化时，带电体向外辐射电磁波,依次类推,：高速电子进入到原子核附近的强电场区域，电子的速度大小和方向必然变化，以电磁波的形式向外辐射能量，即损失的能量,直接转化,成,X,线,产生连续,X,射线的原因：,电子与靶原子核的相对位置是任意的,电子进入靶的初动能经过多少次碰撞辐射而完全丧失也不确定,X,线的最短波长,min,min,min,min,最短波长对应,X,线最大能量，且最大能量的,KeV,值等于管电压,的,KV,值,最短波长对应最大,X,线光子能量，产生最大,X,线光子能量的条件：,在峰值管电压下加速,单次碰撞传递所有能量,注意,：最大,X,线光子能量的,KeV,等于管电压的,KV,数值,例,：,100KV,的管电压产生的最大,X,线光子能量为,100KeV,例,1,:,求管电压为,100,KV,时,X,线的最短波长和最大光子能量,。,解,影响因素,a、,与靶原子序数成正比,b、,与管电流大小,成,正比,c、,与管电压,2,次方,成,正比,最强波长,1,与连续X射线的最短波长有关的是,A管电流 B照射时间 C电子电量 D光子数量 E管电压,2,影响连续X射线产生的因素是,A靶物质 B管电流 C管电压 D高压波形 E以上都是,3,下列叙述正确的是,A连续X射线强度与靶物质的原子序数成反比,B连续X射线强度与管电流成反比,C连续X射线强度与管电压成正比,D连续X射线强度与高压波形无关,E以上都不对,4,计算150kV的管电压产生的X射线的最短波长,A0012399nm B0020665nm C0016532nm,D0024798nm E0008266nm,E,E,E,E,5,关于连续X线光子能量的叙述，错误的是,AX线是一束混合能谱 B能量决定于电子的能量,C能量决定于核电荷 D能量决定于电子接近核的情况,E能量大X线波长长,6,X线束成为混合射线其原因为,A固有滤过材料不同 B靶物质的材料不同,C由于光电效应所致 D由于康普顿效应所致,E阴极产生的电子能量不同,7,在描述X线时，经常用到kV(kVp)和keV两个单位，它们之间,的区别与联系错误的是,AkV是指X线管两极间管电压的千伏值,BkVp是指峰值管电压的千伏值,CkeV表示单个电子或光子等基本粒子能量的千电子伏值,D如果电子从100kV管电压的中，获得100keV的高速运动能量,E如果电子从100kV管电压的中，撞击阳极靶物质发生能量转,换时，产生的光子最大能量是100kV,E,E,E,8,产生的X线光谱的频率是连续分布的原因是,A每个高速电子与靶原子作用时的相对位置不同,B各相互作用对应的辐射损失不同,C当高速电子基本上没有受原子核影响的时候，就会产生能量,相对低的射线,D当高速电子直接撞击在原子核上，电子失去了它的全部动能，,产生的X射线的能量等于入射电子的动能,E以上都对,9,连续X线光子的能量取决于,A电子接近核的情况 B电子的能量 C核电荷,D以上都是 E以上都不是,10,当入射电子把全部动能转换为X射线光子能量时对应于,A,.,最大波长 B,.,最强波长 C,.,平均波长 D,.,最小频率 E,.,最短波长,D,E,E,11,以下描述正确的是,A在X射线能谱中，曲线下所包括的总面积代表X射线的能量,B单能X射线的强度I与光子能量成反比,C单能X射线的强度I与光子数目成反比,D单能X射线的强度I与光子数目无关,E单能X射线的强度I与光子数目成正比,E,（二）特征,X,射线的产生原理,钨靶在较高管电压下的,X,射线谱,线状光谱的能量与管电压无关,由靶的物质材料性能决定,不同靶材料都有自己特定的形状,光谱,nuclear,k,L,M,自由电子,高速电子,（1）,特征,X,线产生的物理过程,高速电子进入靶物质后，其动能被靶原子内壳层电子获得，一部分用来脱离原子核束缚作功（逸出功）；另一部分变成逸出后电子的动能。,当电子逸出后，原子内壳层就出现了空位，外壳层电子将向内壳层填充，辐射的电磁波,（,X,线）,由两能级差确定,E,2,- E,1,= hc/v,特征放射示意图,（2）,特征,X,射线,的激发电压,靶原子的轨道电子在原子中有确定的结合能,W。,当炸弹,电子的动能大于内层电子结合能,时，才可能使电子逸出造成空位，产生,X,射线。,炸弹电子的动能大小完全由管电压确定,U,=,W,/,e,为最低激发电压。,U,k,U,L,U,M,U,N,X,光子辐射以,K,系为主。,靶材料,原子序数,激发电压（,kv,）,k,系,L,系,铝,13,1.56,0.09,铜,29,8.98,0.95,钼,42,20.00,2.87,锡,50,29.18,4.14,钨,74,69.51,12.09,铅,82,88.00,15.86,几种靶材料产生,K,、,L,系特征放射的激发电压,（3）,影响特征,X,射线的因素,需要指出:,特征,X,线只占很少一部分，医用,X,线主 要使用连续辐射部分，物质结构的光谱分析用特征辐射,特征谱线位置(频率大小)只与物质结构有关。,特征谱线的强度,（,K,系,）,X射线是如何产生的,第五节,X,射线的量与质,一、概念及其表示方法,X,射线的强度,单位时间内通过与射线方向垂直的单位面积的,X,射线能量之和,使,X,射线强度增加的方法：,1,）增加管电流：使单位时间内轰击阳靶的高速电子数目增多,2,）增加管电压：使每个光子的能量增大,X,射,线的量,X,射,线的量：,指,X,射线束的光子数目。通常以,X,线管的,管电流与,X,线照射时间,乘积，即毫安秒来表示,X,线的量。,X,射,线的质（硬度）,指它的,贯穿本领，决定于波长,。,波长愈短的,X,射线，光子的能量愈大，贯穿本领愈强，它的硬度就愈大。,X,射线的硬度的影响因素：,由管电压控制，管电压愈高，,X,射线愈硬。因此，在医学上通常用,管电压来衡量,X,射线的硬度。,同时也与滤过情况相关，过滤板越厚，线质越硬,X,射线按硬度分类,名,称,管电压,(kV),最短波长,(nm),主要用途,极软,X,射线,软,X,射线,硬,X,射线,极硬,X,射线,5,20,20,100,250,以上,0.25,0.062,0.062,0.012,0.005,以下,软组织摄影，表皮治疗,透视和摄影,较深组织治疗,深部组织治疗,100,250,0.012,0.005,二、影响,X,射线量与质的因素,1、影响,X,线,量的因素,I,U,2,iZt,（1）,靶原子,Z,（2）,管电流,（3）,管电压,（4）,投照时间,管电流对,X,射线量的影响,管电压对,X,射线量的影响,靶物质的原子序数对,X,射线量的影响,2、影响,X,线质的因素,影响,X,光子频率的因素,取决于管电压的大小,滤过条件也会产生影响,第六节,X,射,线的产生效率,在,X,线管中产生,X,线能量与加速电子所消耗电能的比值叫,X,线的产生效率,用连续,X,线的总强度表示,X,线的辐射功率(极少的特征,X,线可忽略),加速电压产生的总功率,(,大部分转换成热能,),为管电流与管电压的乘积,X,线管产生,X,线的效率一般不足,1%,绝大部分生成热而使靶面大幅升温。,例2：求钨(,Z=74),靶,在管电压为100,kV,时,X,线的产生效率。,加速电压,X,线能(%),热能(%),40,kV,70kV,100kV,150kV,4MV,20MV,0.4,0.6,0.8,1.3,36,70,99.6,99.4,99.2,98.7,64,30,钨靶在不同电压值的效率,解：,X,线的产生效率,1,下列叙述错误的是,A,管电压越高，产生的,X,射线最短波长越短,B,X,射线的最短波长对应于最大光子能量,C,管电压越高，,X,射线的产生效率越大,D,阳极靶物质的原子序数越大，,X,射线的产生效率越大,E,管电流越高，,X,射线的产生效率越大,2,能量,80keV,的电子入射到,X,射线管的钨靶上产生的结果是,A,连续,X,射线的最大能量是,80keV B,特征,X,射线的最大能量是,80keV C,产生的,X,射线绝大部分是特征,X,射线,D,仅有,1,的电子能量以热量的形式沉积在钨靶中,E,以上都是,3X线发生效率的公式是,A=KZU B=KZ2U C=KZU2 D=K2ZU E=KZU,E,E,A,4,关于特征,X,线的叙述，正确的是,A,X,线最短波长仅与管电压有关,B,管电压升高特征射线的百分比减少,C,X,射线谱是连续能量谱,D,电压升高特征放射能量增加,E,内层轨道电子发射出的,X,线为特征放射,A,第七节,X,射线强度的空间分布,薄靶,X,射线强度的空间分布,厚靶,足跟效应：沿垂向散射的,X,线束，靠近靶一侧的光子因为在靶内的行程较外侧的长，故被吸收的能量和强度都较外侧的大，造成接收截面强度分布的不均匀。又叫阳极效应。,角越小，足跟效应越明显。,厚靶,摆位：沿,X,线管方向厚向朝阴极,焦距,(,a),的,阳极,效应明显,两端的强度差约为,95%-31%=64%,焦距,(,b),可忽略阳极效应,强度差为,104%-85%=19%,