第十六章 X射線

1、第十六章第十六章 X 射線射線倫琴在研究稀薄氣體放電時發(fā)現(xiàn)能使放置倫琴在研究稀薄氣體放電時發(fā)現(xiàn)能使放置于抽屜內(nèi)密封的底片感光的射線，這種射線于抽屜內(nèi)密封的底片感光的射線，這種射線的穿透能力很強，他稱該種射線為的穿透能力很強，他稱該種射線為X射線射線勞厄的晶體衍射實驗證明勞厄的晶體衍射實驗證明X射線是一種波射線是一種波長很短的電磁波。長很短的電磁波。X射線是現(xiàn)代醫(yī)學不可缺少的工具，其在醫(yī)學射線是現(xiàn)代醫(yī)學不可缺少的工具，其在醫(yī)學中的運用主要有表現(xiàn)在治療和診斷兩個方面：中的運用主要有表現(xiàn)在治療和診斷兩個方面：治療：治療癌癥治療：治療癌癥診斷：診斷：X射線對于分裂活動旺盛（癌細胞）或正在射線對于分裂活

2、動旺盛（癌細胞）或正在分裂的細胞，其破壞力比正常組織細胞更強，分裂的細胞，其破壞力比正常組織細胞更強，從而用從而用X射線照射可以抑制癌細胞的生長或射線照射可以抑制癌細胞的生長或使它壞死。使它壞死。X射線常規(guī)透視、攝影、射線常規(guī)透視、攝影、X-CT以及數(shù)字減影以及數(shù)字減影血管造影技術(shù)等血管造影技術(shù)等一、一、X射線產(chǎn)生裝置射線產(chǎn)生裝置第一節(jié)第一節(jié) X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生 產(chǎn)生產(chǎn)生X射線的基本條件射線的基本條件高速運動的電子流高速運動的電子流阻止電子流運動的障礙物阻止電子流運動的障礙物靶靶 產(chǎn)生產(chǎn)生X射線的常見方法是射線的常見方法是:讓高速運動的電子受障礙物阻止讓高速運動的電子受障礙物阻止,它們相互

3、它們相互作用產(chǎn)生作用產(chǎn)生X射線射線2. .X射線產(chǎn)生裝置射線產(chǎn)生裝置X X射線管射線管、 低壓電源低壓電源、高壓電源高壓電源、 整流裝置整流裝置。（1）X射線管射線管 (X-rays tube)由鎢絲制成，由鎢絲制成，單獨用低壓電單獨用低壓電源供電，以加源供電，以加熱鎢絲熱鎢絲發(fā)射熱發(fā)射熱電子電子 用銅制成圓柱體和鎢板制成，圓柱體的端面做用銅制成圓柱體和鎢板制成，圓柱體的端面做成斜面，正對陰極，成斜面，正對陰極，接收陰極電子接收陰極電子。在陽極斜面正對電子流的位置處嵌有一小塊鎢片，在陽極斜面正對電子流的位置處嵌有一小塊鎢片，作為電子轟擊的目標。通常稱為鎢靶是接受高速電作為電子轟擊的目標。通常稱

4、為鎢靶是接受高速電子流撞擊的靶。子流撞擊的靶。阻止高速運動的電子的運動。阻止高速運動的電子的運動。陽極陽極: :靶：靶：陰極陰極:管電壓管電壓(tube-voltage):在陰極和陽極之間加上幾十在陰極和陽極之間加上幾十 kV 到幾百到幾百kV 的高的高電壓，形成強電場。電壓，形成強電場。X射線管兩極之間的電壓稱為管電壓，以射線管兩極之間的電壓稱為管電壓，以 kV 為為單位。單位。管電流管電流(tube-current):陰極發(fā)出的熱電子在強電場的作用下加速，變陰極發(fā)出的熱電子在強電場的作用下加速，變成高速電子飛向陽極，形成管電流。成高速電子飛向陽極，形成管電流。（2）降壓變壓器）降壓變壓器

5、(step-down transformer)供給燈絲加熱，發(fā)射熱電子供給燈絲加熱，發(fā)射熱電子。燈絲電壓很低，降壓變壓器將燈絲電壓很低，降壓變壓器將220v的電壓降到的電壓降到10多伏，多伏，供給燈絲加熱，發(fā)射出熱電子。調(diào)節(jié)燈絲電路中的可供給燈絲加熱，發(fā)射出熱電子。調(diào)節(jié)燈絲電路中的可變電阻變電阻R可以控制燈絲電流的大小，以改變鎢絲發(fā)射可以控制燈絲電流的大小，以改變鎢絲發(fā)射的熱電子的數(shù)目，從而控制管電流的大小。的熱電子的數(shù)目，從而控制管電流的大小。（3）升壓變壓器）升壓變壓器 (step-up transformer)供給供給X射線管的管電壓射線管的管電壓。旋轉(zhuǎn)開關(guān)旋轉(zhuǎn)開關(guān)S，改變，改變原線圈的

6、圈數(shù)，改原線圈的圈數(shù)，改變管電壓的大小變管電壓的大小。S（4）全波橋式整流器）全波橋式整流器 (full-wave bridge-type rectifier)S有四個二極管組成全波整流器，有四個二極管組成全波整流器，將交變的高壓變?yōu)橹绷鞲邏?。將交變的高壓變?yōu)橹绷鞲邏?。此外，此外，X X射線發(fā)射線發(fā)生裝置還應包括生裝置還應包括燈絲穩(wěn)壓線路、燈絲穩(wěn)壓線路、延時電路和限時延時電路和限時器、控制器、控制X X射線射線管運動的裝置及管運動的裝置及自動保護設(shè)備等自動保護設(shè)備等部分。部分。3.X射線產(chǎn)生的效率射線產(chǎn)生的效率高速電子轟擊陽極靶時，電子動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎透咚匐娮愚Z擊陽極靶時，電子動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎?/p>

7、X射線能。射線能。 電子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿哪芰考s為電子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿哪芰考s為99.8 電子動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮觿幽苻D(zhuǎn)變?yōu)閄 X光子的能量約為光子的能量約為0.2%陽極溫度升高，陽極材料應選用熔點高、散熱好，陽極溫度升高，陽極材料應選用熔點高、散熱好，Z Z高的物高的物質(zhì)。因此，用銅做陽極，散熱效果好，在端面嵌鎢片，耐質(zhì)。因此，用銅做陽極，散熱效果好，在端面嵌鎢片，耐高溫，高溫，Z Z高。高。理論和實驗表明：同樣速度和數(shù)目的電子轟擊原子序數(shù)理論和實驗表明：同樣速度和數(shù)目的電子轟擊原子序數(shù)Z Z不同的各種物質(zhì)做成的靶，產(chǎn)生不同的各種物質(zhì)做成的靶，產(chǎn)生X X射線光子的總數(shù)和光子射線光子的總數(shù)和光子總能

8、量與總能量與Z Z2 2成正比。成正比。Z Z ，產(chǎn)生，產(chǎn)生X X射線效率射線效率 。按照按照X X射管的功率的大小，陽極還將采用散熱片通風冷卻，射管的功率的大小，陽極還將采用散熱片通風冷卻，或把陽極做成中空的，用流動的冷卻油進行降溫，或把或把陽極做成中空的，用流動的冷卻油進行降溫，或把整個整個X X射線管完全浸在絕緣油中。射線管完全浸在絕緣油中。4、有效焦點和實際焦點、有效焦點和實際焦點1. 1. 高速電子流高速電子流在靶面上轟擊的在靶面上轟擊的實際面積稱為實實際面積稱為實際焦點際焦點. . 圖中圖中a b 為為實際焦點實際焦點2.2.實際焦點的投影面積稱為有效焦點實際焦點的投影面積稱為有效

9、焦點 圖中圖中a bsin 為有效焦點為有效焦點 是靶面與垂直于電子流方向間的夾角是靶面與垂直于電子流方向間的夾角 有效焦點有效焦點 ，圖，圖像愈清晰。像愈清晰。 但不易散熱。但不易散熱。在實際應用中，還可將固定陽極改為旋轉(zhuǎn)陽極。在實際應用中，還可將固定陽極改為旋轉(zhuǎn)陽極。旋轉(zhuǎn)陽極是一個鎢盤，高速電子束轟擊的區(qū)域旋轉(zhuǎn)陽極是一個鎢盤，高速電子束轟擊的區(qū)域ab不是固定在一處，而是均勻地分布在整個環(huán)面上，不是固定在一處，而是均勻地分布在整個環(huán)面上，這樣熱量就分散在整個鎢盤上，從而避免了局部溫這樣熱量就分散在整個鎢盤上，從而避免了局部溫度過高的情形。度過高的情形。 二、二、X射線的強度與硬度射線的強度與

10、硬度1. 1. 單位時間內(nèi)通過垂直于單位時間內(nèi)通過垂直于X射線方向單位面積射線方向單位面積的的X X光子的能量稱為光子的能量稱為X X射線的強度，用射線的強度，用I I表示。表示。I 表示表示X射線量的多少。射線量的多少。設(shè)單位時間內(nèi)通過垂直于設(shè)單位時間內(nèi)通過垂直于X射線方向的單位射線方向的單位面積上的光子數(shù)目為面積上的光子數(shù)目為N N， nn2211: hNhNhNN n1iiinn2211 hNhvNhvNhvNI增加增加X射線強度的方法：射線強度的方法：在臨床上，在臨床上，通常是在管電壓保持一定的條件下，通常是在管電壓保持一定的條件下，通過調(diào)節(jié)管電流來控制通過調(diào)節(jié)管電流來控制X射線的強度

11、。射線的強度。在醫(yī)學中在醫(yī)學中常用管電流的常用管電流的mA數(shù)來間接地表示數(shù)來間接地表示X射線的強度。射線的強度。 通常的管電流在幾個通常的管電流在幾個mA或幾十或幾十mA。短時間暴。短時間暴光的管電流可達百光的管電流可達百mA以上。以上。 n1iiinn2211 hNhvNhvNhvNI（1）增加管電流，使單位時間內(nèi)轟擊陽極的）增加管電流，使單位時間內(nèi)轟擊陽極的電子數(shù)增加，從而增加產(chǎn)生的光子數(shù)電子數(shù)增加，從而增加產(chǎn)生的光子數(shù)（2）增加管電壓，使轟擊陽極的電子動能增）增加管電壓，使轟擊陽極的電子動能增加，從而增加產(chǎn)生的光子的能量加，從而增加產(chǎn)生的光子的能量S可以通過調(diào)節(jié)燈絲電流的方法改變管電流，

12、從而達可以通過調(diào)節(jié)燈絲電流的方法改變管電流，從而達到調(diào)節(jié)到調(diào)節(jié)X射線強度的目的。射線強度的目的。 X X射線的照射具有射線的照射具有累積效應，必須累積效應，必須考慮照射時間?？紤]照射時間。在在t t時間內(nèi)，時間內(nèi)，X X射射線的總輻射能量線的總輻射能量等于等于ItIt。在醫(yī)學。在醫(yī)學應用中，用管電應用中，用管電流的毫安數(shù)流的毫安數(shù)(mA)(mA)與輻射時間與輻射時間(s)(s)的的乘積表示，即乘積表示，即t 時間內(nèi)時間內(nèi)X射線的能量射線的能量=管電流管電流mA數(shù)數(shù)時間時間t(mAs)2. X射線的硬度射線的硬度X射線對物質(zhì)穿透能力的大小稱為射線對物質(zhì)穿透能力的大小稱為 X射線的射線的硬度硬度X

13、射線的硬度決定于射線的硬度決定于X射線的波長射線的波長(即單個光子的能即單個光子的能量量)，而與光子數(shù)目無關(guān)。，而與光子數(shù)目無關(guān)。X射線管兩端的管電壓愈射線管兩端的管電壓愈高，則轟擊靶面的電子動能愈大，發(fā)射光子的能量高，則轟擊靶面的電子動能愈大，發(fā)射光子的能量也愈大。而能量愈大的光子愈不易被物質(zhì)吸收，即也愈大。而能量愈大的光子愈不易被物質(zhì)吸收，即管電壓愈高產(chǎn)生的管電壓愈高產(chǎn)生的X射線愈硬。射線愈硬。因此，在醫(yī)學上通常用管電壓的因此，在醫(yī)學上通常用管電壓的kVkV數(shù)來表示數(shù)來表示X X射線射線的硬度。的硬度。 調(diào)節(jié)管電壓即可控制調(diào)節(jié)管電壓即可控制X射線的硬度射線的硬度 ， U ，h ， ，硬度，

14、硬度 X射線對物質(zhì)穿透能力越大射線對物質(zhì)穿透能力越大, , X射線的越射線的越硬硬,硬度越大硬度越大根據(jù)根據(jù)X X射線的用途，醫(yī)學上把射線的用途，醫(yī)學上把X X射線按硬度分射線按硬度分為極軟、軟、硬和極硬四類，它們的管電壓、為極軟、軟、硬和極硬四類，它們的管電壓、波長及用途見表波長及用途見表16-116-1。名名 稱稱管電壓管電壓(kV)(kV)最短波長最短波長(nm)(nm)主要用途主要用途極軟極軟X X射線射線5 520200.250.250.0620.062軟組織攝影、表皮治療軟組織攝影、表皮治療軟軟X X射線射線20201001000.0620.0620.0120.012透視和攝影透視

15、和攝影硬硬X X射線射線1001002502500.0120.0120.0050.005較深組織治療較深組織治療極硬極硬X X射線射線 250250以上以上0.0050.005以下以下深部組織治療深部組織治療表表16-1 X射線按硬度的分類射線按硬度的分類 例例1. X1. X射線的貫穿本領(lǐng)決定于：射線的貫穿本領(lǐng)決定于： A A管電流的管電流的mAmA數(shù)數(shù); ; B B管電壓的管電壓的KvKv數(shù)數(shù); ; C.C.照射時間的長短照射時間的長短; ; D D靶面積的大小靶面積的大小例例2. 2. 管電壓不同，管電流相同時，管電壓不同，管電流相同時，在鎢靶上發(fā)射的在鎢靶上發(fā)射的X X射線的射線的 硬

16、度不同，強度相同；硬度不同，強度相同； B. B. 硬度不同，強度不同；硬度不同，強度不同；C. C. 梗度相同，強度相同；梗度相同，強度相同； D. D. 硬度相同，強度不同。硬度相同，強度不同。 例例3. 3. 診斷診斷( (透視和攝影透視和攝影) )所用的所用的X X射線為：射線為：A A極軟極軟X X射線射線 B B軟軟X X射線射線 C C硬硬X X射線射線 D D極硬極硬X X射線射線 第三節(jié)第三節(jié) X射線的基本性質(zhì)射線的基本性質(zhì)一、一、X射線的基本性質(zhì)射線的基本性質(zhì) 1電離作用電離作用X射線能使物質(zhì)中的原子和分子電離。在射線能使物質(zhì)中的原子和分子電離。在X射射線的照射下，氣體能夠

17、電離導電，電離電流線的照射下，氣體能夠電離導電，電離電流與與X射線的強度成正比。因而，用電離可以測射線的強度成正比。因而，用電離可以測量量X射線的強度，輻射劑量的測定射線的強度，輻射劑量的測定2熒光作用熒光作用X射線照射到許多物質(zhì)上，如磷、鉑氫化鋇、硫射線照射到許多物質(zhì)上，如磷、鉑氫化鋇、硫化鋅等物質(zhì)上，能使物質(zhì)發(fā)出熒光。化鋅等物質(zhì)上，能使物質(zhì)發(fā)出熒光。X射線透視射線透視的基本原理：的基本原理：X射線對屏上物質(zhì)的熒光作用顯示射線對屏上物質(zhì)的熒光作用顯示射線透過人體后所成的影像。射線透過人體后所成的影像。3光化學效應光化學效應X X射線能使很多物質(zhì)發(fā)生光化學反應。它能使照相底射線能使很多物質(zhì)發(fā)生

18、光化學反應。它能使照相底片感光，這就是片感光，這就是X X射線的光化學作用，在醫(yī)學中，用射線的光化學作用，在醫(yī)學中，用X X射線的光化學作用射線的光化學作用-X-X射線攝影的基本原理射線攝影的基本原理4貫穿作用貫穿作用X射線穿透物質(zhì)的能力就是射線穿透物質(zhì)的能力就是X射線的貫穿作用或貫穿射線的貫穿作用或貫穿本領(lǐng)。本領(lǐng)。不同的物質(zhì)貫穿本領(lǐng)不同，醫(yī)學上，根據(jù)這不同的物質(zhì)貫穿本領(lǐng)不同，醫(yī)學上，根據(jù)這一性質(zhì)，用于人體透視和照片，進行診斷和治療。一性質(zhì)，用于人體透視和照片，進行診斷和治療。5生物效應生物效應X X射線照射生物體能使生物體的細胞損傷、生長受到射線照射生物體能使生物體的細胞損傷、生長受到抑制甚

19、至死亡，這就是抑制甚至死亡，這就是X X射線的生物效應。它是放射射線的生物效應。它是放射治療治療的基礎(chǔ)。放射工作者必須對的基礎(chǔ)。放射工作者必須對X X射線加以射線加以防護防護。二、二、X X射線的衍射射線的衍射1X射線衍射的原理射線衍射的原理晶體成為晶體成為X射線的衍射光柵射線的衍射光柵 19121912年勞厄用晶體衍射方法證明了年勞厄用晶體衍射方法證明了X X射線具有波動射線具有波動性，從而揭示了性，從而揭示了X X射線的本質(zhì)。射線的本質(zhì)。勞厄的勞厄的X射射線衍射線衍射1913年，英國年，英國布拉格父子用布拉格父子用以下方法研究以下方法研究了了X X射線衍射。射線衍射。當一束平行的單色當一束

20、平行的單色X射線（波長為射線（波長為 ）以掠射角）以掠射角 射射到晶體上時，射線與各層（晶體可分為很多層原子到晶體上時，射線與各層（晶體可分為很多層原子層）原子接觸，形成散射中心，向各個方向發(fā)出散層）原子接觸，形成散射中心，向各個方向發(fā)出散射線，在各層原子層中所散射的子波射線發(fā)生干涉射線，在各層原子層中所散射的子波射線發(fā)生干涉,從而形成從而形成X射線的衍射現(xiàn)象射線的衍射現(xiàn)象根據(jù)干涉加強的條件，相鄰兩層的反射線的根據(jù)干涉加強的條件，相鄰兩層的反射線的波程差為波程差為AM+BM=2d sin = k ， k = 1，2，3，產(chǎn)生相長干涉，即產(chǎn)生加強反射。上式稱為布產(chǎn)生相長干涉，即產(chǎn)生加強反射。上式

21、稱為布拉格定律拉格定律(Bragg law)(Bragg law)。 根據(jù)布拉格定律可根據(jù)布拉格定律可得到得到X射線的波長射線的波長 為為kd sin2 2X射線結(jié)構(gòu)分析射線結(jié)構(gòu)分析 X X射線衍射可以用于研究晶體結(jié)構(gòu)。同樣方法也可射線衍射可以用于研究晶體結(jié)構(gòu)。同樣方法也可在生物醫(yī)學上研究有機體如細胞和蛋白質(zhì)等的精細在生物醫(yī)學上研究有機體如細胞和蛋白質(zhì)等的精細結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在這種研究已經(jīng)發(fā)展成一門獨立學科，稱結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在這種研究已經(jīng)發(fā)展成一門獨立學科，稱為為X X射線結(jié)構(gòu)分析。射線結(jié)構(gòu)分析。DNADNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)就是用上述方的雙螺旋結(jié)構(gòu)就是用上述方法發(fā)現(xiàn)的法發(fā)現(xiàn)的2d sin = k ， k = 1

22、，2，3，第二節(jié)第二節(jié) X X射線譜射線譜通常通常X X射線發(fā)生裝置產(chǎn)生的射線發(fā)生裝置產(chǎn)生的X X射線包含各種不同波長射線包含各種不同波長的成分，波長不同，強度不同，從而可得到強度按的成分，波長不同，強度不同，從而可得到強度按照波長排列的圖譜，稱為照波長排列的圖譜，稱為X X射線譜射線譜. .X射線譜是由兩射線譜是由兩部分組成：連部分組成：連續(xù)續(xù)X射線譜或連射線譜或連續(xù)譜（曲線下續(xù)譜（曲線下劃斜線部分），劃斜線部分），標識標識X射線譜射線譜（曲線上凸出（曲線上凸出的尖蜂）。的尖蜂）。一、連續(xù)一、連續(xù)X射線譜射線譜1產(chǎn)生機制產(chǎn)生機制由于各個電子運動的軌跡到原子核的距離不同，速由于各個電子運動的軌

23、跡到原子核的距離不同，速度變化情況也各不一樣，所以每個電子損失的動能度變化情況也各不一樣，所以每個電子損失的動能會不同，這樣輻射出來的光子能量也會擁有不同的會不同，這樣輻射出來的光子能量也會擁有不同的數(shù)值，從而形成具有各種頻率的連續(xù)數(shù)值，從而形成具有各種頻率的連續(xù)X射線譜。射線譜。 韌致輻射產(chǎn)生連續(xù)韌致輻射產(chǎn)生連續(xù)X射線譜。射線譜。韌致輻射（韌致輻射（bremsstrahlung）：）：當高速運動的電子接當高速運動的電子接近原子核場時，電子在原子核場的強電場的作用下，近原子核場時，電子在原子核場的強電場的作用下，電子的運動速度和方向都發(fā)生急劇的變化而損失動電子的運動速度和方向都發(fā)生急劇的變化而

24、損失動能，損失的動能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽埽怨庾幽?，損失的動能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，以光子h 的形式輻射的形式輻射出來，這種輻射稱為韌致輻射。出來，這種輻射稱為韌致輻射。2連續(xù)譜特性連續(xù)譜特性(1)X射線的波長連續(xù)變射線的波長連續(xù)變化，有一強度極大值對化，有一強度極大值對應的波長應的波長 Imax，(2)有一最短波長有一最短波長 min短波極限短波極限在一定管電壓下在一定管電壓下（1）管電壓增加，短波）管電壓增加，短波極限越小極限越小在不同的管電壓下在不同的管電壓下（2）管電壓增加，強度）管電壓增加，強度增加增加存在短波極限，說明在一定管電壓下，電子存在短波極限，說明在一定管電壓下，電子與核電場作用時，電子的動能

25、全部變成與核電場作用時，電子的動能全部變成X光子光子的能量，這個光子的能量最大，頻率最高，的能量，這個光子的能量最大，頻率最高，對應的波長最短，即對應的波長最短，即eUmvchhv 2minmax21 m10(kV)242. 1nm(kV)242. 119minUUUehcU ， min 連續(xù)連續(xù)X射線強度與靶原子序數(shù)射線強度與靶原子序數(shù)Z以及管電壓以及管電壓U有關(guān)。有關(guān)。Z 原子核場原子核場 減速電子的作用減速電子的作用 Ek 放出的放出的h I U 1/2mv2 h I 二、標識二、標識X射線譜射線譜 1產(chǎn)生機制產(chǎn)生機制高速運動的電子與靶原子的高速運動的電子與靶原子的內(nèi)層電子相互作用，與原

26、子內(nèi)層電子相互作用，與原子內(nèi)層電子發(fā)生碰撞，把能量內(nèi)層電子發(fā)生碰撞，把能量傳遞給內(nèi)層電子，內(nèi)層電子傳遞給內(nèi)層電子，內(nèi)層電子跑出原子，使原子處于激發(fā)跑出原子，使原子處于激發(fā)狀態(tài)，高能狀態(tài)的電子要填狀態(tài)，高能狀態(tài)的電子要填補電子的空位，并將多余的補電子的空位，并將多余的能量以光子的形式放射出來，能量以光子的形式放射出來，形成標識形成標識X X射線。射線。如被打出去的是如被打出去的是K層電子，則空出來的位置就會被外面的層電子，則空出來的位置就會被外面的L層、層、M層或更外層的電子填補，并在躍遷過程中發(fā)出標層或更外層的電子填補，并在躍遷過程中發(fā)出標識識X射線。射線。如被打出去的是如被打出去的是K層電子

27、，則空出來的位置就會被外面的層電子，則空出來的位置就會被外面的L層、層、M層或更外層的電子填補，其層或更外層的電子填補，其X射線能量等于兩個射線能量等于兩個能級的能量差。能級的能量差。K線：線：hEEKL hEEKM hEEKN K線：線：K線：線：這樣發(fā)出的譜線，通常以這樣發(fā)出的譜線，通常以K、K、K表示，稱為表示，稱為K線系線系如果空位出現(xiàn)在如果空位出現(xiàn)在L L層，電子遷過程中發(fā)出標識層，電子遷過程中發(fā)出標識X射線，射線，這樣發(fā)出的譜線，通常以這樣發(fā)出的譜線，通常以L、L、L表示，稱為表示，稱為L線系線系 靶原子內(nèi)層電子的躍遷產(chǎn)生標識靶原子內(nèi)層電子的躍遷產(chǎn)生標識X射線譜射線譜不同能級的電子

28、到不同能級的電子到達同一殼層的空位達同一殼層的空位時發(fā)出的譜線組成時發(fā)出的譜線組成一個線系，在一個一個線系，在一個線系中有一個最短線系中有一個最短的波長，是由自由的波長，是由自由電子（或近似認為電子（或近似認為是最外一層的電子）是最外一層的電子）進入該空位時產(chǎn)生。進入該空位時產(chǎn)生。2標識譜特性標識譜特性對于一定的靶物質(zhì)的原子，標識譜線的波長是一個對于一定的靶物質(zhì)的原子，標識譜線的波長是一個定值，與管電壓無關(guān)；定值，與管電壓無關(guān)；靶原子序數(shù)越高，各線系的靶原子序數(shù)越高，各線系的X X射線的波長越短。射線的波長越短。由于每一種元由于每一種元素都有其特定素都有其特定波長的線狀波長的線狀X X射射線譜

29、，可成為線譜，可成為這種元素的標這種元素的標識，所以叫做識，所以叫做標識標識X X射線譜。射線譜。3X射線微區(qū)分析射線微區(qū)分析每一種元素都有其特定波長的標識每一種元素都有其特定波長的標識X射線譜，射線譜，可以利用這一特征對未知元素成份的物體進行可以利用這一特征對未知元素成份的物體進行成分分析。成分分析。用很細的電子射線束去轟擊由未知元素組成的用很細的電子射線束去轟擊由未知元素組成的樣品，采集樣品中所含有的元素發(fā)出的標識樣品，采集樣品中所含有的元素發(fā)出的標識X射線譜，根據(jù)譜特征，便可以確定樣品的成分。射線譜，根據(jù)譜特征，便可以確定樣品的成分。由于電子射線束非常細，所以通常叫做電子探由于電子射線束

30、非常細，所以通常叫做電子探針，被轟擊的區(qū)域也很微小，通常稱為微區(qū)。針，被轟擊的區(qū)域也很微小，通常稱為微區(qū)。所以這種分析樣品的方法，稱為所以這種分析樣品的方法，稱為X射線微區(qū)分射線微區(qū)分析，或者電子探針微區(qū)分析。析，或者電子探針微區(qū)分析。 例例1. 1. 標識標識X X射線產(chǎn)生于：射線產(chǎn)生于： A A高速電子本身的韌致輻射高速電子本身的韌致輻射 B B靶物質(zhì)原子外層電子的受激輻射靶物質(zhì)原子外層電子的受激輻射 C C靶物質(zhì)原子內(nèi)層電子的受激輻射靶物質(zhì)原子內(nèi)層電子的受激輻射 D D靶物質(zhì)原子核的受激輻射靶物質(zhì)原子核的受激輻射例例2. 2. 連續(xù)連續(xù)X X射線產(chǎn)生于：射線產(chǎn)生于： A A高速電子本身的

31、韌致輻射高速電子本身的韌致輻射 B B靶物質(zhì)原子外層電子的受激輻射靶物質(zhì)原子外層電子的受激輻射 C C靶物質(zhì)原子內(nèi)層電子的受激輻射靶物質(zhì)原子內(nèi)層電子的受激輻射 D D靶物質(zhì)原子核的受激輻射靶物質(zhì)原子核的受激輻射例例3. 3. 標識標識X X射線的波長決定于：射線的波長決定于： A A管電流的強弱管電流的強弱 B B管電壓的高低管電壓的高低 C C陽極靶的材料陽極靶的材料 D D陽極靶的面積陽極靶的面積例例4. 4. 某某X X射線譜的最短波長為射線譜的最短波長為0.3nm0.3nm，則，則X X射線管的管電壓為：射線管的管電壓為： A A1.242KV 1.242KV B B4.14KV 4.

32、14KV C C124.2KV 124.2KV D D41.4KV 41.4KV m10(kV)242. 1nm(kV)242. 11219min2minmaxUUUehceUmvchhv第四節(jié)第四節(jié) 物質(zhì)對物質(zhì)對X射線的衰減規(guī)律射線的衰減規(guī)律當當X X射線進入物質(zhì)以后，射線與物質(zhì)相射線進入物質(zhì)以后，射線與物質(zhì)相互作用，互作用，X X射線能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降纳渚€能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，能量，X X射線通過一定厚度的物質(zhì)以后，射線通過一定厚度的物質(zhì)以后，在原入射方向上，在原入射方向上，X X射線強度減弱的現(xiàn)射線強度減弱的現(xiàn)象叫做象叫做物質(zhì)對物質(zhì)對X X射線的吸收或射線的吸收或X X射線在物射線

33、在物質(zhì)中的衰減。質(zhì)中的衰減。一、單色一、單色X X射線的衰減規(guī)律射線的衰減規(guī)律1吸收規(guī)律吸收規(guī)律一束單色一束單色X X射線的強度射線的強度為為I I0 0，進入吸收物質(zhì)的，進入吸收物質(zhì)的厚度為厚度為X X處的強度為處的強度為I I 稱為吸收物質(zhì)的稱為吸收物質(zhì)的線性衰減系數(shù)線性衰減系數(shù)。負號表示負號表示X X射線在吸收物質(zhì)中的強度隨厚度的增加而減弱。射線在吸收物質(zhì)中的強度隨厚度的增加而減弱。 I0IXXeII0表示物質(zhì)對表示物質(zhì)對X射線吸收本領(lǐng)的大小。射線吸收本領(lǐng)的大小。越大，則物質(zhì)的越大，則物質(zhì)的吸收本領(lǐng)越大，射線在物質(zhì)中的強度減弱得越快。吸收本領(lǐng)越大，射線在物質(zhì)中的強度減弱得越快。2.質(zhì)量衰

34、減系數(shù)質(zhì)量衰減系數(shù) m 為了使衰減系數(shù)僅與吸收物質(zhì)的種類有關(guān)為了使衰減系數(shù)僅與吸收物質(zhì)的種類有關(guān), ,而與物而與物質(zhì)的狀態(tài)無關(guān)質(zhì)的狀態(tài)無關(guān), ,定義質(zhì)量衰減系數(shù)代替線性衰減系定義質(zhì)量衰減系數(shù)代替線性衰減系數(shù)數(shù)來描述物質(zhì)對來描述物質(zhì)對X射線的吸收本領(lǐng)射線的吸收本領(lǐng) mm m僅與物質(zhì)的特征有關(guān)，而與物質(zhì)的密度和狀態(tài)無關(guān)。僅與物質(zhì)的特征有關(guān)，而與物質(zhì)的密度和狀態(tài)無關(guān)。 不僅與吸收物質(zhì)的種類有關(guān)，還與物質(zhì)的密度和不僅與吸收物質(zhì)的種類有關(guān)，還與物質(zhì)的密度和狀態(tài)有關(guān)狀態(tài)有關(guān) 。 對同一種吸收物質(zhì)對同一種吸收物質(zhì), ,物質(zhì)的密度越大物質(zhì)的密度越大,單位體積內(nèi)與單位體積內(nèi)與X射線作用的原子越多射線作用的原子越

35、多,光子被吸收的概率就越大光子被吸收的概率就越大,越大越大, , 與物質(zhì)的密度成正比與物質(zhì)的密度成正比。 物質(zhì)的線性衰減系數(shù)物質(zhì)的線性衰減系數(shù)與密度與密度的比值稱為質(zhì)量衰的比值稱為質(zhì)量衰減系數(shù)。減系數(shù)。用用m表示表示 ，即，即用用m m表示的物質(zhì)對表示的物質(zhì)對X X射線吸收的規(guī)律射線吸收的規(guī)律等于單位面積中厚度為等于單位面積中厚度為X的吸收層質(zhì)量。的吸收層質(zhì)量。 mXeII0XmeII0mmmXXeIeII00定義定義質(zhì)量厚度質(zhì)量厚度Xm:XXmXXmI0IXXXm3半價層半價層物質(zhì)對物質(zhì)對X射線強度吸收一半的厚度射線強度吸收一半的厚度( (或質(zhì)量厚度或質(zhì)量厚度) )，叫做該物質(zhì)的半價層。用叫

36、做該物質(zhì)的半價層。用2mX21X或或表示。表示。693. 02ln21Xmm693. 02ln2mX用半價層表示物質(zhì)對用半價層表示物質(zhì)對X射線的吸收規(guī)律為射線的吸收規(guī)律為2mm21)21()21(00XXXXIII20II 當當時，時，X射線通過的厚度為射線通過的厚度為21X2mm210002XXeIeIII2ln2m21mXXmmXXeIeII00I0I= I0/221X2mX例：例：X射線被物質(zhì)吸收時，要經(jīng)過多少個半價層，強射線被物質(zhì)吸收時，要經(jīng)過多少個半價層，強度才減少到原來的度才減少到原來的161解：因為解：因為16)21(0021IIIXX161)21(21XX161ln)21ln(

37、21XX161ln)21ln(21XX42ln16ln2ln21XX21212142ln2ln42ln2ln4XXXX經(jīng)過經(jīng)過4個半價層后，強度變?yōu)樵瓉淼膫€半價層后，強度變?yōu)樵瓉淼?61二、連續(xù)二、連續(xù)X射線的吸收規(guī)律射線的吸收規(guī)律對于醫(yī)學上常用的低能對于醫(yī)學上常用的低能X射線，光子能量在數(shù)十到射線，光子能量在數(shù)十到數(shù)百數(shù)百keV之間，包含有各種不同的波長。由于各種之間，包含有各種不同的波長。由于各種物質(zhì)的吸收都與射線譜波長有關(guān)，所以，這種含多物質(zhì)的吸收都與射線譜波長有關(guān)，所以，這種含多種波長的種波長的X射線強度的吸收要比單色射線強度的吸收要比單色X射線的吸收射線的吸收復雜得多，而且并不嚴格地

38、服從指數(shù)衰減規(guī)律。但復雜得多，而且并不嚴格地服從指數(shù)衰減規(guī)律。但為了簡便起見，在實際中仍經(jīng)常近似地運用指數(shù)衰為了簡便起見，在實際中仍經(jīng)常近似地運用指數(shù)衰減規(guī)律減規(guī)律(即朗伯定律即朗伯定律)，不過式中的衰減系數(shù)將用各，不過式中的衰減系數(shù)將用各種波長衰減系數(shù)的平均值來來代替。種波長衰減系數(shù)的平均值來來代替。XeII0與與X射線的波長和吸收物質(zhì)的原子序數(shù)射線的波長和吸收物質(zhì)的原子序數(shù)Z和狀態(tài)和狀態(tài)有關(guān)有關(guān) m與與X射線的波長和吸收物質(zhì)的原子序數(shù)射線的波長和吸收物質(zhì)的原子序數(shù)Z 有關(guān)有關(guān) m與與X射線的波長和吸收物質(zhì)的原子序數(shù)射線的波長和吸收物質(zhì)的原子序數(shù)Z 的關(guān)系為：的關(guān)系為： Zm3k 式中式中k

39、為比例系數(shù)，為比例系數(shù)，Z是吸收物質(zhì)的原子序數(shù)，是吸收物質(zhì)的原子序數(shù)， 是是X射線射線的波長，的波長， 在在3與與4之間，與吸收物質(zhì)和射線波長有關(guān)。吸之間，與吸收物質(zhì)和射線波長有關(guān)。吸收物質(zhì)為水、空氣和人體組織時，醫(yī)學上常取收物質(zhì)為水、空氣和人體組織時，醫(yī)學上常取3.5。 1 1、 一定時，一定時， m m Z Z 三、衰減系數(shù)與波長、原子序數(shù)的關(guān)系三、衰減系數(shù)與波長、原子序數(shù)的關(guān)系骨骼中的成分（骨骼中的成分（CaCa和和P P）比肌肉組織中的成分（）比肌肉組織中的成分（C C、H H、O O）的原子序數(shù)大，所以的原子序數(shù)大，所以X X射線在骨骼中的射線在骨骼中的 m比肌肉中比肌肉中 m大，大，在在X X射線照片或透視熒光屏上顯示出陰影射線照片或透視熒光屏上顯示出陰影胃腸透視中加入鋇鹽（胃腸透視中加入鋇鹽（Z Z大），用來顯示胃腸的陰影大），用來顯示胃腸的陰影鋁板及鋁制品（鋁板及鋁制品（Z Z大），用于大），用于X X射線的防護射線的防護2X射線的硬化及其應用射線的硬化及其應用 隨著進入物質(zhì)厚度的增加，短波隨著進入物質(zhì)厚度的增加，短波X射線所射線所占的比