X線的產(chǎn)生和性質(zhì)ppt課件

1、1;.2什么是什么是X X線？線？3一、一、X X線的發(fā)現(xiàn)線的發(fā)現(xiàn) 1895年年11月月8日，德國科學(xué)家倫琴在其實驗室作陰極射線管（日，德國科學(xué)家倫琴在其實驗室作陰極射線管（CRT）的氣體放電現(xiàn)）的氣體放電現(xiàn)象實驗時意外發(fā)現(xiàn)象實驗時意外發(fā)現(xiàn)X射線，也稱倫琴射線。射線，也稱倫琴射線。 1901年，倫琴因此成為第一個諾貝爾物理學(xué)獎得主。年，倫琴因此成為第一個諾貝爾物理學(xué)獎得主。 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X射線后三個月，協(xié)助首例外科手術(shù)，射線后三個月，協(xié)助首例外科手術(shù)，20min拍攝拍攝1張頭顱片。張頭顱片。 4X X線的本質(zhì)和特性線的本質(zhì)和特性 X X線的本質(zhì)線的本質(zhì)1.1.具有波動性具有波動性 干涉、衍射、反射

2、、折射。干涉、衍射、反射、折射。2.2.具有微粒性具有微粒性 光電效應(yīng)、熒光作用、電離作用。光電效應(yīng)、熒光作用、電離作用。3.3.具有波粒二象性具有波粒二象性 X X線在傳播中線在傳播中波動性；波動性；X X線與物質(zhì)相互作用時線與物質(zhì)相互作用時粒子性粒子性5X X線的特性線的特性 1.物理特性物理特性 （1 1）穿透性：）穿透性：X X線成像的基礎(chǔ)。線成像的基礎(chǔ)。 （2 2）熒光作用：）熒光作用：X X線照射某些熒光物質(zhì)（如鎢酸鈣）時能激發(fā)產(chǎn)生熒光，熒光屏、增線照射某些熒光物質(zhì)（如鎢酸鈣）時能激發(fā)產(chǎn)生熒光，熒光屏、增感屏、影像增強(qiáng)器、閃爍晶體等都利用了這一特性。感屏、影像增強(qiáng)器、閃爍晶體等都利

3、用了這一特性。 （3 3）電離作用：）電離作用：X X線放射治療的基礎(chǔ)。線放射治療的基礎(chǔ)。 （4 4）熱作用：）熱作用：X X線被物質(zhì)吸收，絕大部分最終都將變成熱能，使物體升溫。線被物質(zhì)吸收，絕大部分最終都將變成熱能，使物體升溫。6X X線的特性線的特性 2.2.化學(xué)特性化學(xué)特性 （1 1）感光作用：）感光作用：X X線攝影的基礎(chǔ)。線攝影的基礎(chǔ)。 （2 2）著色作用：）著色作用： 3. 3.生物效應(yīng)特性生物效應(yīng)特性 生物組織經(jīng)一定量的生物組織經(jīng)一定量的X X射線照射，會產(chǎn)生電離和激發(fā)，使細(xì)胞受到損傷、抑制、死亡或射線照射，會產(chǎn)生電離和激發(fā)，使細(xì)胞受到損傷、抑制、死亡或通過遺傳變異影響下一代，這

4、種現(xiàn)象稱為通過遺傳變異影響下一代，這種現(xiàn)象稱為X X射線的生物效應(yīng)。這一特性在放射治療中得射線的生物效應(yīng)。這一特性在放射治療中得到充分利用。到充分利用。78三、三、X X線的產(chǎn)生線的產(chǎn)生產(chǎn)生產(chǎn)生X X線必須具備三個基本條件：線必須具備三個基本條件：電子源電子源高速電子高速電子陽極靶面陽極靶面9X X線產(chǎn)生的裝置線產(chǎn)生的裝置 1.X 1.X線管線管 （1 1）陰極）陰極 由燈絲（鎢絲繞制而成）和集射罩組成。由燈絲（鎢絲繞制而成）和集射罩組成。 （2 2）陽極）陽極 是使高速電子突然受阻而產(chǎn)生是使高速電子突然受阻而產(chǎn)生X X線的地方。線的地方。 （3 3）管殼）管殼 是維持一個高真空度的空間，并起

5、著固定陽極和陰極的作用。是維持一個高真空度的空間，并起著固定陽極和陰極的作用。 在實際應(yīng)用中，有固定陽極在實際應(yīng)用中，有固定陽極X X線管和旋轉(zhuǎn)陽極線管和旋轉(zhuǎn)陽極X X線管。兩者產(chǎn)生線管。兩者產(chǎn)生X X線的原理完全相同，但線的原理完全相同，但后者容量大、性能好，是一種理想的后者容量大、性能好，是一種理想的X X線管。線管。10X X線球管線球管11旋轉(zhuǎn)陽極旋轉(zhuǎn)陽極X X線管線管12X X線球管線球管13 實際焦點（實際焦點（actual focal spotactual focal spot）：陰極燈絲射向陽極的高速電子流，經(jīng)聚焦后撞擊在）：陰極燈絲射向陽極的高速電子流，經(jīng)聚焦后撞擊在陽極靶面

6、上的面積。從燈絲正面發(fā)射的電子撞擊在靶面上形成主焦點，從燈絲側(cè)方發(fā)陽極靶面上的面積。從燈絲正面發(fā)射的電子撞擊在靶面上形成主焦點，從燈絲側(cè)方發(fā)射的電子撞擊在靶面上形成副焦點。主焦點與副焦點共同形成實際焦點，理想的實際射的電子撞擊在靶面上形成副焦點。主焦點與副焦點共同形成實際焦點，理想的實際焦點近似矩形。焦點近似矩形。 有效焦點（有效焦點（effective focal spoteffective focal spot）：實際焦點在）：實際焦點在X X線投射方向上的投影面積。一般為線投射方向上的投影面積。一般為長方形。長方形。 陽極面與陽極面與X X線投射方向之間的夾角叫陽極角（一般為線投射方向之

7、間的夾角叫陽極角（一般為10100 0-20-200 0）。）。14X X線產(chǎn)生的裝置線產(chǎn)生的裝置2.2.高壓發(fā)生器高壓發(fā)生器 包含燈絲電路（使包含燈絲電路（使X X線管燈絲加熱而放射出電子），高壓電路（使電線管燈絲加熱而放射出電子），高壓電路（使電子加速奔向陽極）以及限時電路（控制子加速奔向陽極）以及限時電路（控制X X線照射時間）。線照射時間）。3.3.控制臺控制臺 是整個是整個X X線機(jī)的控制中心?？刂婆_上有多個開關(guān)和選擇鍵，如電源開關(guān)，工線機(jī)的控制中心?？刂婆_上有多個開關(guān)和選擇鍵，如電源開關(guān)，工作方式，作方式，KVKV、mAmA、照射時間等選擇鍵。、照射時間等選擇鍵。4.4.機(jī)械裝置和

8、輔助設(shè)備機(jī)械裝置和輔助設(shè)備 如檢查床、天地軌、支架、影像增強(qiáng)系統(tǒng)、如檢查床、天地軌、支架、影像增強(qiáng)系統(tǒng)、X-X-電視等。電視等。15四、四、X X線產(chǎn)生原理線產(chǎn)生原理 電子與物質(zhì)相互作用電子與物質(zhì)相互作用 電子在碰撞過程中的能量損失可分為碰撞損失和輻射損失。電子在碰撞過程中的能量損失可分為碰撞損失和輻射損失。 1. 1.碰撞損失碰撞損失 凡屬電子與原子的外層電子作用而損失的能量統(tǒng)稱為碰撞損失，碰撞損失凡屬電子與原子的外層電子作用而損失的能量統(tǒng)稱為碰撞損失，碰撞損失的能量最后全部變?yōu)闊?。的能量最后全部變?yōu)闊帷?2. 2.輻射損失輻射損失 高速電子與原子的內(nèi)層電子或原子核相互作用而損失的能量統(tǒng)稱為

9、輻射損高速電子與原子的內(nèi)層電子或原子核相互作用而損失的能量統(tǒng)稱為輻射損失。失。 總之，運(yùn)動電子在物質(zhì)中碰撞的結(jié)果，導(dǎo)致能量的轉(zhuǎn)換，電子的動能變?yōu)闊崮?、電離總之，運(yùn)動電子在物質(zhì)中碰撞的結(jié)果，導(dǎo)致能量的轉(zhuǎn)換，電子的動能變?yōu)闊崮?、電離能和輻射能。即能和輻射能。即 E=E E=E熱熱+E+E電離電離+E+E輻射輻射 三種能量的分配比例，則因電子的能量及物質(zhì)的性質(zhì)而異三種能量的分配比例，則因電子的能量及物質(zhì)的性質(zhì)而異。16X X線的產(chǎn)生原理線的產(chǎn)生原理 X X線是在能量裝換中產(chǎn)生的。對線是在能量裝換中產(chǎn)生的。對X X線進(jìn)行光譜分析發(fā)現(xiàn)它由兩部分組成，一部分是高線進(jìn)行光譜分析發(fā)現(xiàn)它由兩部分組成，一部分是高

10、速電子與靶原子核相互作用產(chǎn)生的連續(xù)速電子與靶原子核相互作用產(chǎn)生的連續(xù)X X線；另一部分是高速電子在與靶原子的內(nèi)層軌線；另一部分是高速電子在與靶原子的內(nèi)層軌道電子相互作用中產(chǎn)生的標(biāo)識靶原子特性的特征道電子相互作用中產(chǎn)生的標(biāo)識靶原子特性的特征X X線?？梢娋€?？梢奨 X線是由這兩種成分組成的線是由這兩種成分組成的混合射線。混合射線。17X X線的產(chǎn)生原理線的產(chǎn)生原理 1.1.連續(xù)連續(xù)X X線線 連續(xù)輻射又稱軔致輻射（連續(xù)輻射又稱軔致輻射（bremsstrahlung rediationbremsstrahlung rediation）。它是高速電子與靶原子核）。它是高速電子與靶原子核相互作用時產(chǎn)生

11、的、具有連續(xù)波長的相互作用時產(chǎn)生的、具有連續(xù)波長的X X線。連續(xù)輻射構(gòu)成連續(xù)線。連續(xù)輻射構(gòu)成連續(xù)X X線譜（線譜（continuous X-continuous X-ray spectrumray spectrum），是包括多種能量光子的混合射線。），是包括多種能量光子的混合射線。18連續(xù)連續(xù)X X線線 連續(xù)連續(xù)X X線產(chǎn)生的物理過程：軔致輻射是輻射損失的一種，它是產(chǎn)生連續(xù)線產(chǎn)生的物理過程：軔致輻射是輻射損失的一種，它是產(chǎn)生連續(xù)X X線的機(jī)制。線的機(jī)制。 由于每個高速電子與靶原子作用時的相對位置不同，且每個電子與靶原子作用前具由于每個高速電子與靶原子作用時的相對位置不同，且每個電子與靶原子作用

12、前具有的能量也不同，所以各次作用對應(yīng)的輻射損失也不同，因此發(fā)出的有的能量也不同，所以各次作用對應(yīng)的輻射損失也不同，因此發(fā)出的X X線光子頻率也互線光子頻率也互不相同。大量的不相同。大量的X X線光子組成了具有頻率連續(xù)的線光子組成了具有頻率連續(xù)的X X線光譜。線光譜。19 連續(xù)連續(xù)X X線的最短波長線的最短波長鎢在較低管電壓下的連續(xù)鎢在較低管電壓下的連續(xù)X射線譜射線譜20連續(xù)連續(xù)X X線的最短波長線的最短波長 由上圖可知，連續(xù)由上圖可知，連續(xù)X X線譜的線譜的X X線強(qiáng)度是隨著波長的變化而連續(xù)變化的。每條曲線都有一個線強(qiáng)度是隨著波長的變化而連續(xù)變化的。每條曲線都有一個峰值；曲線在波長增加的方向上

13、都無限延展，但強(qiáng)度越來越弱；在波長減?。ǘ滩ǎ┓逯?；曲線在波長增加的方向上都無限延展，但強(qiáng)度越來越弱；在波長減?。ǘ滩ǎ┓较蛏?，曲線都存在一個波長極限，稱為最短波長（方向上，曲線都存在一個波長極限，稱為最短波長（min）。）。21連續(xù)連續(xù)X X線的最短波長線的最短波長 光子能量（光子能量（E E）與頻率（）與頻率（）成正比，與波長（）成正比，與波長（）成反比，如果波長最短（）成反比，如果波長最短（minmin），），則頻率最高（則頻率最高（ maxmax），表明光子的能量最大。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒法則，光子能量），表明光子的能量最大。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒法則，光子能量的最大極限（的最大極限（ h

14、h maxmax ）只能等于入射電子在）只能等于入射電子在X X線管加速電場中所獲得的能量（線管加速電場中所獲得的能量（eUeU），），即即 h h maxmax= eU= eU h.c/ h.c/min=min=eUeU minmin=hc/eU=hc/eU 把把h h、c c、e e代入上式，則代入上式，則 min=min=1.24/U1.24/U（kVkV）nmnm可見，連續(xù)可見，連續(xù)X X線的最短波長只與管電壓有關(guān)。線的最短波長只與管電壓有關(guān)。22影響連續(xù)影響連續(xù)X X線強(qiáng)度的因素線強(qiáng)度的因素管電流、管電壓和靶物質(zhì)對連續(xù)管電流、管電壓和靶物質(zhì)對連續(xù)X X線的影響線的影響23 由上圖可知

15、，在管電壓由上圖可知，在管電壓kvkv、管電流、管電流i i一定時，連續(xù)一定時，連續(xù)X X線的強(qiáng)度線的強(qiáng)度I I與陽極靶面的原子序與陽極靶面的原子序數(shù)數(shù)Z Z成正比；在管電壓成正比；在管電壓kvkv、靶材料（、靶材料（Z Z）一定時，管電流越大，產(chǎn)生）一定時，管電流越大，產(chǎn)生X X線強(qiáng)度越大；管電線強(qiáng)度越大；管電流、靶材料（流、靶材料（Z Z）一定時，管電壓升高，）一定時，管電壓升高，X X線強(qiáng)度越大。線強(qiáng)度越大。 連續(xù)連續(xù)X X線的總強(qiáng)度線的總強(qiáng)度I I連連=K.i.Z.kv=K.i.Z.kvn n 式中常數(shù)式中常數(shù)K=1.1K=1.11010-9-91.41.41010-9-9 根據(jù)實驗和

16、計算得出，最強(qiáng)波長約在最短波長的根據(jù)實驗和計算得出，最強(qiáng)波長約在最短波長的1.51.5倍處。倍處。 即：即： 最強(qiáng)最強(qiáng)= =1.51.5 minmin24特征特征X X線線 特征輻射又稱標(biāo)識輻射。特征輻射又稱標(biāo)識輻射。 特征特征X X線產(chǎn)生的物理過程：不同靶材料都有自己特定的線狀光譜，它表征靶物質(zhì)的原線產(chǎn)生的物理過程：不同靶材料都有自己特定的線狀光譜，它表征靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)特性，而與其他因素?zé)o關(guān)。這種輻射稱為特征輻射，由此產(chǎn)生的子結(jié)構(gòu)特性，而與其他因素?zé)o關(guān)。這種輻射稱為特征輻射，由此產(chǎn)生的X X線稱為特征線稱為特征X X線。線。 當(dāng)在當(dāng)在X X線管的管電壓下加速的電子能量線管的管電壓下加速的電

17、子能量hh大于靶原子內(nèi)層電子的結(jié)合能時，就有一定大于靶原子內(nèi)層電子的結(jié)合能時，就有一定的概率使高速電子將內(nèi)層電子打出成為自由電子（光電子），從而原子內(nèi)層電子層出的概率使高速電子將內(nèi)層電子打出成為自由電子（光電子），從而原子內(nèi)層電子層出現(xiàn)空位而處于激發(fā)態(tài)。按照能量分布原則，處于高能態(tài)的外層電子必然要向內(nèi)層躍遷現(xiàn)空位而處于激發(fā)態(tài)。按照能量分布原則，處于高能態(tài)的外層電子必然要向內(nèi)層躍遷填補(bǔ)內(nèi)層電子空位，便釋放出能量（填補(bǔ)內(nèi)層電子空位，便釋放出能量（ h h ）等于電子躍遷前（）等于電子躍遷前（E2E2）、后（）、后（E1E1）兩能級）兩能級之差的特征之差的特征X X線光子，即：線光子，即： h h=

18、 E= E2 2 -E -E1 1 25特征特征X X線的激發(fā)電壓線的激發(fā)電壓 靶原子的軌道電子在原子中具有確定的結(jié)合能，只有當(dāng)入射高速電子的動能大于其靶原子的軌道電子在原子中具有確定的結(jié)合能，只有當(dāng)入射高速電子的動能大于其結(jié)合能時，才有可能被擊脫造成電子空位，產(chǎn)生特征結(jié)合能時，才有可能被擊脫造成電子空位，產(chǎn)生特征X X線。產(chǎn)生特征線。產(chǎn)生特征X X線必須有一個激線必須有一個激發(fā)電壓（即管電壓），使高速電子的能量（發(fā)電壓（即管電壓），使高速電子的能量（hh）至少要等于或大于擊脫一個）至少要等于或大于擊脫一個K K電子所電子所做的功（做的功（W W），即：），即： hW hW 式中式中W W為脫

19、出功或結(jié)合能。當(dāng)為脫出功或結(jié)合能。當(dāng)h=W h=W 時，時，KV=W/eKV=W/e為最低激發(fā)電壓。為最低激發(fā)電壓。 幾種靶材料產(chǎn)生幾種靶材料產(chǎn)生K K、L L系特征輻射的激發(fā)電壓系特征輻射的激發(fā)電壓26影響特征影響特征X X線的因素線的因素 研究證明，研究證明，K K系特征系特征X X線的強(qiáng)度（線的強(qiáng)度（I Ik k）可用下式表示：）可用下式表示： I Ik=k=K K2 2i(KV-i(KV-k kV VK K）n n 式中式中k kV VK K為為K K系激發(fā)電壓；系激發(fā)電壓；K K2 2和和n n均為常數(shù)。均為常數(shù)。 由上式可見，由上式可見，K K系特征系特征X X線的強(qiáng)度與管電流成正

20、比，管電壓大于激發(fā)電壓時才發(fā)生線的強(qiáng)度與管電流成正比，管電壓大于激發(fā)電壓時才發(fā)生K K系放射，并隨管電壓的升高系放射，并隨管電壓的升高K K系強(qiáng)度迅速增大。系強(qiáng)度迅速增大。27五、五、X X線的量與質(zhì)線的量與質(zhì) 1.X 1.X線的量線的量 就是就是X X線光子數(shù)目。線光子數(shù)目。 在在X X線的臨床應(yīng)用中，可以用線的臨床應(yīng)用中，可以用X X線管的管電流線管的管電流mAmA與照射時間與照射時間s s的乘積來反映的乘積來反映X X線的量，通線的量，通常以常以mAsmAs為單位。為單位。 2.X 2.X線的質(zhì)線的質(zhì) 又叫線質(zhì)，它表示又叫線質(zhì)，它表示X X線的硬度，即穿透物質(zhì)本領(lǐng)的大小。線的硬度，即穿透物質(zhì)本領(lǐng)的大小。X X線質(zhì)只與光子線質(zhì)只與光子能量有關(guān)而與光子數(shù)無關(guān)。能量有關(guān)而與光子數(shù)無關(guān)。 在在X X線的放射應(yīng)用中，常以線的放射應(yīng)用中，常以X X線管的