放射物理与防护___第04章X线与物质的相互作用

第四章X(或γ)射线与物质的相互作用第四章X(或γ)射线与物质的相互作用学习目标1、掌握X(或γ)射线与物质相互作用规律及光电效应、康普顿效应、电子对效应发生机制2、掌握诊断X射线能量范围内，射线与组织相互作用各种效应发生几率及对影像质量、辐射剂量的影响3、了解X(或γ)射线与物质作用规律在射线诊断、屏蔽防护中的应用课时：6课时第四章X(或γ)射线与物质的相互作用课程导入：X射线与γ射线X射线与γ射线本质都是电磁波，且都属电离辐射X射线是高速电子与物质相互作用产生的γ射线是从原子核衰变中放射出来的γ射线能量比X射线能量更高，具有更强的穿透本领第四章X(或γ)射线与物质的相互作用一、X射线与物质的相互作用X线通过物质时，小部分从物质的原子间隙中穿过(穿透作用)大部分被吸收和散射胶片感光、荧光屏发光形成影像电离作用放射治疗、防护滤除、防护第四章X(或γ)射线与物质的相互作用（一）衰减系数μNdxdNxoeIIX光子的数量减少方面光子减少的数目物质厚度入射光子数目X线强度减弱方面剩余X线强度入射X线强度物质厚度μ与X线能量成反比、与物质密度/原子序数成正比第四章X(或γ)射线与物质的相互作用二、光电效应（一）光电效应又称光电吸收，是X线光子能量被原子全部吸收的作用过程第四章X(或γ)射线与物质的相互作用作用位置：原子内层电子条件：X光子能量与内层电子结合能相等hυ=W次级粒子：光电子、俄歇电子、特征X光子、正离子二、光电效应第四章X(或γ)射线与物质的相互作用（二）光电效应的发生几率341ZAcm与物质原子序数的4次方成正比与入射光子能量的3次方成反比原子边界限吸收当入射光子能量恰好等于原子轨道电子结合能时，吸收系数突然增加物质原子的边界限吸收特性很有实用价值，可在防护材料的选取、复合防护材料配方及阳性造影剂材料的制备等方面得到应用第四章X(或γ)射线与物质的相互作用（三）光电效应中的特征放射K系特征放射：钡37.4keV碘33.2keV产生灰雾人体软组织0.5keV钙4keV人体吸收第四章X(或γ)射线与物质的相互作用知识拓展：诊断放射学中的光电效应有利面①不产生散射线，减少照片灰雾②增加人体不同组织的X线吸收差别，提高对比度不利面增加了人体的X线吸收剂量，不利于X线防护可用高千伏摄影技术降低X线吸收剂量第四章X(或γ)射线与物质的相互作用三、康普顿效应（一）康普顿效应又称为康普顿散射，是X线光子能量被部分吸收而产生散射的过程第四章X(或γ)射线与物质的相互作用作用位置：原子最外层电子条件：X光子能量远大于外层电子结合能相等hυW次级粒子：反冲电子、散射X光子、正离子三、康普顿效应第四章X(或γ)射线与物质的相互作用（二）康普顿效应的发生几率2mcZA与物质原子序数Z成正比(只适用于氢元素与其他元素的比较)与入射光子能量成反比当入射光子能量等于或稍大于电子的结合能，光电效应最有可能发生，随着入射光子能量的增加，光电效应很快降低，而康普顿效应下降较慢，此时以康普顿效应为主第四章X(或γ)射线与物质的相互作用（三）散射光子的角分布入射线能量仅能发生康普顿效应时，散射光子近似对称于90°分布随着入射光子能量的增大，散射光子的分布趋向前方X线机曝光产生X线时，散射光子将充满整个检查室第四章X(或γ)射线与物质的相互作用知识拓展：诊断放射学中的康普顿效应不利面①照片产生灰雾，降低影像质量②增加防护难度在X线摄影过程中，特别是高千伏摄影时，为减少散射线对图像质量的影响，必须使用滤线栅第四章X(或γ)射线与物质的相互作用四、电子对效应（一）电子对效应：如果入射X线光子能量大于等于1.02MeV，在与物质原子的原子核发生相互作用时，X线光子突然消失，同时转化为一对正、负电子能质转换的典型第四章X(或γ)射线与物质的相互作用作用位置：原子核条件：X光子能量hυ≥1.02MeV(在诊断X线能量范围内不可能发生)四、电子对效应第四章X(或γ)射线与物质的相互作用（二）湮灭辐射慢化的正电子在停止前的一瞬间与物质中的自由电子结合，随即向相反方向射出两个能量各为0.51MeV的光子质能转换的典型第四章X(或γ)射线与物质的相互作用五、相干散射射线与物质相互作用而发生干涉的散射过程，在低能射线范围内以瑞利散射为主瑞利散射：入射光子被原子内壳层电子吸收并激发到外层高能级上，随即又跃迁回原能级，同时放出一个能量与入射光子相同，传播方向发生改变的散射光子不产生电离相干散射的发生几率与物质原子序数成正比，并随光子能量的增大而急剧地减少在整个诊断X线能量范围内都有相干散射发生第四章X(或γ)射线与物质的相互作用六、光核作用一个光子从原子核内击出数量不等的中子、质子和γ光子的过程条件：光子能量大于该物质发生核反应的阈能(在诊断X线能量范围内不可能发生)可产生中子和放射性核素第四章X(或γ)射线与物质的相互作用知识拓展：X线引发效应总结第四章X(或γ)射线与物质的相互作用Z和hv与三种基本作用的关系光电效应的优势区间：低能光子、高原子序数物质康普顿效应的优势区间：0.8~4MeV光子电子对效应的优势区间：高能光子在20~100keV诊断X能量范围内，只有光电效应和康普顿效应，电子对效应不可能发生第四章X(或γ)射线与物质的相互作用知识拓展：诊断放射中各种基本作用发生的几率低管电压、高原子序数(阳性造影剂)以光电效应为主高管电压、低原子序数以康普顿效应为主第四章X(或γ)射线与物质的相互作用射线在医学中的应用基础是射线与组织的相互作用，在诊断X射线能量范围内，光电效应、康普顿效应所占的比例最大。光电效应是一种全吸收效应，入射光子的能量完全被组织吸收，因此不产生散射线，对于低对比度组织成像，提高光电效应发生几率可以提高影像对比度分辨率，但会增加软组织对射线的能量吸收。康普顿效应是一种散射效应，在高千伏摄影及胸腹部X线摄影时必须使用滤线栅以消除散射线对影像质量的影响小结