第三章_X線的產(chǎn)生ppt課件

.,第三章X射線的產(chǎn)生,第一節(jié)X射線的發(fā)現(xiàn)及用途第二節(jié)X射線的本質(zhì)與特性第三節(jié)X射線的產(chǎn)生條件與裝置第四節(jié)X射線的產(chǎn)生原理第五節(jié)X射線的量與質(zhì)第六節(jié)X射線的產(chǎn)生效率第七節(jié)X射線強度的空間分布,.,第一節(jié)X射線的發(fā)現(xiàn)及用途,.,一、X射線的發(fā)現(xiàn),1895年11月8日，德國物理學(xué)家倫琴研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)，由于對其本質(zhì)不了解，稱為X射線，亦稱倫琴射線。1901年第一屆諾貝爾物理學(xué)獎頒給了倫琴,Roentgen,.,二、X射線的用途醫(yī)學(xué)-診斷和治療晶體結(jié)構(gòu)分析工業(yè)探傷貨運集裝箱透視檢查,.,二、X射線的用途,X射線廣泛地應(yīng)用醫(yī)學(xué)、工程、材料、宇航事業(yè)上。例如：人體探傷晶體結(jié)構(gòu)分析材料和構(gòu)件無損探傷,.,第二節(jié)X射線的本質(zhì)與特性,.,一、X射線的本質(zhì)-高頻電磁波頻率在3101631020Hz之間，波長在1010-3nm之間,.,一、X射線的本質(zhì),1、波動性體現(xiàn)：具有衍射、偏振、反射、折射現(xiàn)象表現(xiàn)：以一定的波長和頻率在空間傳播，波長、頻率、周期分別用，f，T表示,.,2、粒子性體現(xiàn)：把X射線束看作是由單個X射線光子組成表現(xiàn)：X射線與物質(zhì)的相互作用如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、熒光作用、電離作用等,單個光子的能量：,.,3、波粒二象性,X線在傳播過程中表現(xiàn)波動性X線在與物質(zhì)相互作用過程中表現(xiàn)波動性,.,二、X射線的基本特性,物理特性,化學(xué)特性,生物特性,1、在均勻、各向的介質(zhì)中直線傳播2、不帶電3、穿透本領(lǐng)強4、熒光作用5、電離作用6、熱作用,1、感光作用2、著色作用,可使細(xì)胞產(chǎn)生抑制、損傷、壞死。,.,（一）物理特性,1.X線屬于不可見電磁波，在均勻且各向同性的介質(zhì)中沿直線傳播2.X線不帶電荷，經(jīng)過磁場、電場時不會發(fā)生偏轉(zhuǎn),.,生物作用,3穿透作用是X線透視、攝影基礎(chǔ),X線具有強穿透性作用，其穿透能力和光子能量有關(guān)，還和物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)。,Z,吸收,穿透,穿透作用同時也是選擇X線防護材料基礎(chǔ),E,穿透,.,生物作用,4.熒光作用熒光屏、增感屏基礎(chǔ),X線能導(dǎo)致物質(zhì)原子激發(fā)，在原子躍回基態(tài)時候發(fā)出可見熒光。,熒光屏,影像增強器,.,生物作用,電離作用是X線損傷、治療基礎(chǔ),X線能導(dǎo)致物質(zhì)原子或分子電離,X線,氣體,電荷,電離,產(chǎn)生,測量,劑量計,電離作用也是測量X線量基礎(chǔ),.,6.熱作用,物質(zhì)吸收的X線能量，絕大數(shù)變?yōu)闊崮芤罁?jù)此原理做X射線吸收劑量測量裝置-量熱計,.,生物作用,（二）化學(xué)特性1.感光作用用于攝影檢查X射線照射膠片，膠片感光,普通膠片感可見光,X線膠片感X線,.,2.著色作用,物質(zhì)接受x線照射后，晶體脫水，顏色發(fā)生改變,.,（三）生物效應(yīng)放射治療基礎(chǔ)，同時也是放射人員防護原因本質(zhì)：X射線對生物組織、細(xì)胞（特別是增殖性細(xì)胞）具有損傷作用措施：對正常部位屏蔽，對腫瘤放療,.,1發(fā)現(xiàn)X射線的物理學(xué)家是A貝克勒爾B居里夫人C戈瑞D拉德E倫琴2德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線的時間是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射線在傳播時，具有頻率和波長，并有干涉、衍射等現(xiàn)象，突出表現(xiàn)的性質(zhì)是A微粒性B波粒二象性C物理特性D生物效應(yīng)特性E波動性4X射線在與物質(zhì)相互作用時，具有能量、質(zhì)量和動量，突出表現(xiàn)的性質(zhì)是A.波動性B.微粒性C.波粒二象性D.物理特性E.生物效應(yīng)特性,習(xí)題,E,E,E,B,.,試題開始是35個備選答案，備選答案后提出至少2道試題，請為每一道試題選擇一個與其關(guān)系密切的答案。每個備選答案可以選用一次，也可以選用數(shù)次，也可以不選用。1X射線的發(fā)現(xiàn)基于2量熱法依據(jù)的原理是3感光作用屬于4腫瘤放射治療的基礎(chǔ)是利用5照射量的測量利用的是A化學(xué)特性B生物效應(yīng)特性C熱作用D熒光作用E電離本領(lǐng),D,C,A,B,E,.,生物作用,一、X線產(chǎn)生的條件,高速電子流,陽極靶,高壓電場,真空,第三節(jié)X射線的產(chǎn)生條件與裝置,電子源,高速帶電粒子撞擊某種物質(zhì)而突然受阻時都能產(chǎn)生X射線,條件,.,(1).X-射線管,(2).低壓源(510v),(3).高壓(104105v),二、X射線的發(fā)生裝置,核心部分,.,X射線管,陽極阻止高速電子流,陰極產(chǎn)生電子,旋轉(zhuǎn)陽極固定陽極,鎢絲,玻璃殼,.,X射線管,.,26,接變壓器,玻璃,鎢燈絲,金屬聚燈罩,鈹窗口,金屬靶,冷卻水,電子,X射線,X射線,X射線管剖面示意圖,（回車鍵演示）,X射線的產(chǎn)生過程演示,40KV高壓,220V400mA電流,.,1產(chǎn)生X射線的必備條件是A電子源B高速電子流C陽極靶面D以上都是E以上都不是2關(guān)于X線產(chǎn)生條件的敘述，錯誤的是A電子源B高速電子流C阻礙電子流的靶面D高速電子與靶物質(zhì)相互作用的結(jié)果EX線管的靶面均由鉬制成3X線管的靶面材料通常是A鐵B鉬C金D銅E鎢4軟組織攝影用X線管陽極的靶面材料是A鎢B鐵C金D鋁E鉬,D,E,E,E,.,第四節(jié)X射線的產(chǎn)生原理,.,一、電子與物質(zhì)的相互作用高速電子與靶原子碰撞形成的能量損失分為碰撞損失-高速電子與靶原子外層電子作用-熱能輻射損失-高速電子與靶原子的內(nèi)層電子或原子核作用-輻射射線高速電子能量低時，碰撞損失為主；能量高時，輻射損失為主,.,X線譜由兩部分組成,1、連續(xù)X線譜-光譜連續(xù),2、特征X線譜-光譜,二、兩種X射線的產(chǎn)生原理,.,（一）連續(xù)X射線的產(chǎn)生原理,經(jīng)典電磁學(xué)理論：當(dāng)一個帶電體在外電場中速度變化時，帶電體向外輻射電磁波依次類推：高速電子進入到原子核附近的強電場區(qū)域，電子的速度大小和方向必然變化，以電磁波的形式向外輻射能量，即損失的能量直接轉(zhuǎn)化成X線,.,產(chǎn)生連續(xù)X射線的原因：電子與靶原子核的相對位置是任意的電子進入靶的初動能經(jīng)過多少次碰撞輻射而完全喪失也不確定,.,X線的最短波長,min,min,min,min,最短波長對應(yīng)X線最大能量，且最大能量的KeV值等于管電壓的KV值,.,最短波長對應(yīng)最大X線光子能量，產(chǎn)生最大X線光子能量的條件：在峰值管電壓下加速單次碰撞傳遞所有能量,注意：最大X線光子能量的KeV等于管電壓的KV數(shù)值例：100KV的管電壓產(chǎn)生的最大X線光子能量為100KeV,.,例1:求管電壓為100KV時X線的最短波長和最大光子能量。,解,.,影響因素,a、與靶原子序數(shù)成正比,b、與管電流大小成正比,c、與管電壓2次方成正比,.,最強波長,.,1與連續(xù)X射線的最短波長有關(guān)的是A管電流B照射時間C電子電量D光子數(shù)量E管電壓2影響連續(xù)X射線產(chǎn)生的因素是A靶物質(zhì)B管電流C管電壓D高壓波形E以上都是3下列敘述正確的是A連續(xù)X射線強度與靶物質(zhì)的原子序數(shù)成反比B連續(xù)X射線強度與管電流成反比C連續(xù)X射線強度與管電壓成正比D連續(xù)X射線強度與高壓波形無關(guān)E以上都不對4計算150kV的管電壓產(chǎn)生的X射線的最短波長A0012399nmB0020665nmC0016532nmD0024798nmE0008266nm,E,E,E,E,.,5關(guān)于連續(xù)X線光子能量的敘述，錯誤的是AX線是一束混合能譜B能量決定于電子的能量C能量決定于核電荷D能量決定于電子接近核的情況E能量大X線波長長6X線束成為混合射線其原因為A固有濾過材料不同B靶物質(zhì)的材料不同C由于光電效應(yīng)所致D由于康普頓效應(yīng)所致E陰極產(chǎn)生的電子能量不同7在描述X線時，經(jīng)常用到kV(kVp)和keV兩個單位，它們之間的區(qū)別與聯(lián)系錯誤的是AkV是指X線管兩極間管電壓的千伏值BkVp是指峰值管電壓的千伏值CkeV表示單個電子或光子等基本粒子能量的千電子伏值D如果電子從100kV管電壓的中，獲得100keV的高速運動能量E如果電子從100kV管電壓的中，撞擊陽極靶物質(zhì)發(fā)生能量轉(zhuǎn)換時，產(chǎn)生的光子最大能量是100kV,E,E,E,.,8產(chǎn)生的X線光譜的頻率是連續(xù)分布的原因是A每個高速電子與靶原子作用時的相對位置不同B各相互作用對應(yīng)的輻射損失不同C當(dāng)高速電子基本上沒有受原子核影響的時候，就會產(chǎn)生能量相對低的射線D當(dāng)高速電子直接撞擊在原子核上，電子失去了它的全部動能，產(chǎn)生的X射線的能量等于入射電子的動能E以上都對9連續(xù)X線光子的能量取決于A電子接近核的情況B電子的能量C核電荷D以上都是E以上都不是10當(dāng)入射電子把全部動能轉(zhuǎn)換為X射線光子能量時對應(yīng)于A.最大波長B.最強波長C.平均波長D.最小頻率E.最短波長,D,E,E,.,11以下描述正確的是A在X射線能譜中，曲線下所包括的總面積代表X射線的能量B單能X射線的強度I與光子能量成反比C單能X射線的強度I與光子數(shù)目成反比D單能X射線的強度I與光子數(shù)目無關(guān)E單能X射線的強度I與光子數(shù)目成正比,E,.,（二）特征X射線的產(chǎn)生原理,鎢靶在較高管電壓下的X射線譜,線狀光譜的能量與管電壓無關(guān)由靶的物質(zhì)材料性能決定不同靶材料都有自己特定的形狀光譜,nuclear,k,L,M,自由電子,高速電子,（1）特征X線產(chǎn)生的物理過程,高速電子進入靶物質(zhì)后，其動能被靶原子內(nèi)殼層電子獲得，一部分用來脫離原子核束縛作功（逸出功）；另一部分變成逸出后電子的動能。,當(dāng)電子逸出后，原子內(nèi)殼層就出現(xiàn)了空位，外殼層電子將向內(nèi)殼層填充，輻射的電磁波（X線）由兩能級差確定,E2-E1=hc/v,.,特征放射示意圖,.,（2）特征X射線的激發(fā)電壓,靶原子的軌道電子在原子中有確定的結(jié)合能W。當(dāng)炸彈電子的動能大于內(nèi)層電子結(jié)合能時，才可能使電子逸出造成空位，產(chǎn)生X射線。,炸彈電子的動能大小完全由管電壓確定,U=W/e為最低激發(fā)電壓。UkULUMUNX光子輻射以K系為主。,.,幾種靶材料產(chǎn)生K、L系特征放射的激發(fā)電壓,.,（3）影響特征X射線的因素,需要指出:特征X線只占很少一部分，醫(yī)用X線主要使用連續(xù)輻射部分，物質(zhì)結(jié)構(gòu)的光譜分析用特征輻射,特征譜線位置(頻率大小)只與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。,特征譜線的強度（K系）,.,X射線是如何產(chǎn)生的,.,第五節(jié)X射線的量與質(zhì),一、概念及其表示方法X射線的強度單位時間內(nèi)通過與射線方向垂直的單位面積的X射線能量之和使X射線強度增加的方法：1）增加管電流：使單位時間內(nèi)轟擊陽靶的高速電子數(shù)目增多2）增加管電壓：使每個光子的能量增大,.,X射線的量,X射線的量：指X射線束的光子數(shù)目。通常以X線管的管電流與X線照射時間乘積，即毫安秒來表示X線的量。,.,X射線的質(zhì)（硬度）,指它的貫穿本領(lǐng)，決定于波長。波長愈短的X射線，光子的能量愈大，貫穿本領(lǐng)愈強，它的硬度就愈大。X射線的硬度的影響因素：由管電壓控制，管電壓愈高，X射線愈硬。因此，在醫(yī)學(xué)上通常用管電壓來衡量X射線的硬度。同時也與濾過情況相關(guān)，過濾板越厚，線質(zhì)越硬,.,.,二、影響X射線量與質(zhì)的因素,1、影響X線量的因素,IU2iZt,（1）靶原子Z,（2）管電流,（3）管電壓,（4）投照時間,.,管電流對X射線量的影響,.,管電壓對X射線量的影響,.,靶物質(zhì)的原子序數(shù)對X射線量的影響,.,2、影響X線質(zhì)的因素,影響X光子頻率的因素,取決于管電壓的大小濾過條件也會產(chǎn)生影響,.,第六節(jié)X射線的產(chǎn)生效率,在X線管中產(chǎn)生X線能量與加速電子所消耗電能的比值叫X線的產(chǎn)生效率,用連續(xù)X線的總強度表示X線的輻射功率(極少的特征X線可忽略),加速電壓產(chǎn)生的總功率(大部分轉(zhuǎn)換成熱能)為管電流與管電壓的乘積,.,X線管產(chǎn)生X線的效率一般不足1%,絕大部分生成熱而使靶面大幅升溫。,例2：求鎢(Z=74)靶在管電壓為100kV時X線的產(chǎn)生效率。,鎢靶在不同電壓值的效率,解：,X線的產(chǎn)生效率,.,1下列敘述錯誤的是A管電壓越高，產(chǎn)生的X射線最短波長越短BX射線的最短波長對應(yīng)于最大光子能量C管電壓越高，X射線的產(chǎn)生效率越大D陽極靶物質(zhì)的原子序數(shù)越大，X射線的產(chǎn)生效率越大E管電流越高，X射線的產(chǎn)生效率越大2能量80keV的電子入射到X射線管的鎢靶上產(chǎn)生的結(jié)果是A連續(xù)X射線的最大能量是80keVB特征X射線的最大能量是80keVC產(chǎn)生的X射線絕大部分是特征X射線D僅有1的電子能量以熱量的形式沉積在鎢靶中E以上都是3X線發(fā)生效率的公式是A=KZUB=KZ2UC=KZU2D=K2ZUE=KZU,E,E,A,.,4關(guān)于特征X線的敘述，正確的是AX線最短波長僅與管電壓有關(guān)B管電壓升高特