第三章_X线的产生

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质子刀治癌——癌症治疗的前沿技术质子刀治癌——癌症治疗的前沿技术.mp4二、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3×1016～3×1020Hz之间，波长在10～10-3nm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λ，f，T表示T*Vλ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hfE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，对肿瘤放疗广州积极筹备肿瘤放疗新技术广州积极筹备肿瘤放疗新技术.mp41．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A．1901年11月8日B．1895年12月8日C．1898年8月11日D．1896年11月8日E．1895年11月8日3．X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4．X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EEEB试题开始是3～5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。1．X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DCABE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(5~10v)(3).高压(104~105v)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261．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E．X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DEEE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221mveUMaxhfheUfMaxminmaxfcUeUhc19834min106.11031063.6nm)(24.1minkVUX线的最短波长λminλminλminλmin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100KV时X线的最短波长和最大光子能量。解nm0124.01001.24)(24.1minkVU92834101024110310636..minhchfEMaxeV10J.5141061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2XKiZUI连射线的强度为：连续minmin2.51.5平均最强最强波长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A．0．012399nmB．0．020665nmC．0．016532nmD．0．024798nmE．0．008266nmEEEE5．关于连续X线光子能量的叙述，错误的是A．X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A．kV是指X线管两极间管电压的千伏值B．kVp是指峰值管电压的千伏值C．keV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100kVEEE8．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DEE11．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nuclearkLM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E2-E1=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WeUU=W/e为最低激发电压。UkULUMUNX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131.560.09铜298.980.95钼4220.002.87锡5029.184.14钨7469.5112.09铅8288.0015.86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nKKUUiKI)(2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5～2020～100250以上0.25～0.0620.062～0.0120.005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100～2500.012～0.005二、影响X射线量与质的因素1、影响X线量的因素IU2iZt（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