2X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件

§2.1X射線的發(fā)現(xiàn)§2.2X射線的基本特性§2.3X射線的產(chǎn)生條件與裝置§2.4X射線的產(chǎn)生原理§2.5

X射線的質(zhì)與量§2.6

X射線的產(chǎn)生效率§2.7X射線強(qiáng)度的空間分布第2章：X射線的產(chǎn)生和性質(zhì)1§2.1X射線的發(fā)現(xiàn)第2章：X射線的產(chǎn)生和性質(zhì)11教學(xué)目標(biāo)掌握：X射線的發(fā)現(xiàn)、本質(zhì)與特性；X射線的產(chǎn)生條件與裝置；X射線的質(zhì)與量、X射線的產(chǎn)生效率熟悉：電子與物質(zhì)的相互作用；兩種X線的產(chǎn)生原理；X射線強(qiáng)度的空間分布了解：X射線的發(fā)現(xiàn)與用途。教學(xué)目標(biāo)掌握：X射線的發(fā)現(xiàn)、本質(zhì)與特性；2§2.1X射線的發(fā)現(xiàn)一、X射線的發(fā)現(xiàn)1895年，德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線： 肉眼看不到，但可使照相底片感光、熒光板發(fā)光和使氣體電離； 能透過可見光不能透過的物體； 在電場和磁場中不偏轉(zhuǎn)，通過物體時不發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，通過普通光柵亦不引起衍射； 對生物有很厲害的作用?！?.1X射線的發(fā)現(xiàn)一、X射線的發(fā)現(xiàn)3二、X射線的用途醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用：診斷和放射治療其他應(yīng)用：晶體結(jié)構(gòu)分析、工業(yè)探傷、貨運(yùn)集裝箱透視檢查、科學(xué)研究等。4二、X射線的用途44§2.2X射線的基本特性波動性和粒子性是X射線作為一種電磁波的最基本屬性，除此之外X射線在物理、化學(xué)、生物等方面仍具有一些獨(dú)特的性質(zhì)?！?.2X射線的基本特性波動性和粒子性是X射線作為一種電5（一）物理特性穿透作用、熒光作用、電離作用、熱作用、干涉、衍射、反射和折射（二）化學(xué)效應(yīng)感光作用、著色作用（三）生物效應(yīng)生物細(xì)胞特別是增殖細(xì)胞，經(jīng)一定量Ｘ線照射后，細(xì)胞會受到抑制、損傷甚到壞死。（一）物理特性（二）化學(xué)效應(yīng)（三）生物效應(yīng)6§2.3X射線的產(chǎn)生條件與裝置

現(xiàn)在人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多的X射線產(chǎn)生機(jī)制，其中最為實(shí)用的能獲得有足夠強(qiáng)度的X射線的方法仍是當(dāng)年倫琴所采用的方法——用陰極射線（高速電子束）轟擊陽極（靶）的表面。7§2.3X射線的產(chǎn)生條件與裝置 現(xiàn)在人們已經(jīng)發(fā)7一、Ｘ射線的產(chǎn)生條件1、電子源：2、高速電子流１）高電壓產(chǎn)生的強(qiáng)電場，使電子從中獲得高速運(yùn)動能。２）高真空度的空間，使電子在高速運(yùn)動中免遭氣體分子的阻擋而降低能量，同時也能保護(hù)燈絲不致因氧化而被燒毀．3、陽極靶面：一般由高原子序數(shù)、高熔點(diǎn)的鎢制成。一、Ｘ射線的產(chǎn)生條件1、電子源：8二、Ｘ線的產(chǎn)生裝置醫(yī)用Ｘ線機(jī)分診斷機(jī)和治療機(jī)兩大類?；窘Y(jié)構(gòu)由主機(jī)、機(jī)械及輔助設(shè)備等幾部分組成。主機(jī)為Ｘ線機(jī)的基本組成部件，由Ｘ線管、高壓發(fā)生器、控制臺三部分組成。二、Ｘ線的產(chǎn)生裝置醫(yī)用Ｘ線機(jī)分診斷機(jī)和治療機(jī)兩大類。92X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件102X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件112X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件122X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件132X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件142X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件15Ｘ線管都是由陰極、陽極、玻璃管殼組成。１、陰極為電子源，由燈絲和聚射罩組成。燈絲分大、小焦點(diǎn)大焦點(diǎn)為２ｍｍ，小焦點(diǎn)為１ｍｍ，由鎢絲制成。聚射罩又稱陰極頭聚焦槽或聚焦罩．由純鐵或鐵鎳合金制成的長方形槽，作用上對燈絲的電子進(jìn)行聚焦。２、陽極又稱陽極靶面，它是使高速電子突然受阻而產(chǎn)生Ｘ線的部位。固定陽極由陽極頭、陽極罩、陽極柱或柄組成旋轉(zhuǎn)陽極由靶面、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、軸承和定子組成3、玻璃管殼是用來維持一個高真空度的空，并起著固定陰極和陽極的作用。多采用耐高溫、絕緣性能好、膨漲系數(shù)小、對Ｘ線吸收較少的多種化學(xué)成分的硬質(zhì)玻璃制成。Ｘ線管都是由陰極、陽極、玻璃管殼組成。１、陰極為電子源，由燈162X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件172X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件182X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件19§2.4X射線的產(chǎn)生原理一、電子與物質(zhì)的相互作用高速電子和鎢原子相互作用，產(chǎn)生Ｘ射線。X射線的產(chǎn)生主要利用靶物質(zhì)的三種性質(zhì)。即；核電場、軌道電子結(jié)合能、原子存在于最低能級的需要。依照高速電子與靶原子作用中參與碰撞過程的電子類型以及能量的高低，將能量損失分為碰撞損失和輻射損失兩種?！?.4X射線的產(chǎn)生原理一、電子與物質(zhì)的相互作用201.碰撞損失：高速電子與靶原子的外層電子作用而損失的能量，碰撞損失的能量最后全部轉(zhuǎn)化為熱能。高速電子與靶原子的外層電子作用時，可以使原子激發(fā)或電離而損失部分能量。2.輻射損失；高速電子與靶原子的內(nèi)層電子或原子核相互作用而損失的能量。高速電子可以激發(fā)原子的內(nèi)層電子，將內(nèi)層電子激發(fā)為自由電子，并使內(nèi)層電子具有動能。高速電子還可以進(jìn)入靶原子的內(nèi)部，與靶原子核相互作用損失能量。1.碰撞損失：高速電子與靶原子的外層電子作用而損失的能量，碰21X射線是高速運(yùn)動的帶電粒子與靶物質(zhì)相互理解作用產(chǎn)生的．入射高速電子與物質(zhì)相互作用時，其損失的能量可轉(zhuǎn)換為輻射能、電離能、熱能。Ｅ＝Ｅ（輻射）＋Ｅ（電離）＋Ｅ（熱）這三種能量的比例分配，隨入射電子能量和物質(zhì)性質(zhì)不同而不同。輻射損失涉及內(nèi)層電子和原子核。碰撞損失涉及原子的外層電子，這部分能量將全部變?yōu)闊?，是能量轉(zhuǎn)換的過程。X射線是高速運(yùn)動的帶電粒子與靶物質(zhì)相互理解作用產(chǎn)生的．221、連續(xù)X射線

高速電子與陽極靶的原子碰撞時，由高速運(yùn)動突然轉(zhuǎn)為停止不動，電子失去動能，將一部分動能轉(zhuǎn)化為熱能，另一部分轉(zhuǎn)化為一個或幾個光子輻射出去，這個光子流就是X射線。由于X射線的能量不同，因此，放出的X射線的頻率不同。由此產(chǎn)生的X射線是連續(xù)的，稱為連續(xù)X射線光譜，簡稱連續(xù)譜，也叫白色X射線。為什么會產(chǎn)生連續(xù)X射線？23二、兩種X線產(chǎn)生原理為什么會產(chǎn)生連續(xù)X射線？23二、兩種X線產(chǎn)生原理23連續(xù)譜有一個最短波長的極限λ0，若一個電子的動能全部轉(zhuǎn)化成X光子的能量，波長最短。設(shè)電子的動能為E＝eU，x射線的能量為：

E＝hν＝hc/λ

λ0=hc/Emax=hc/E 這時該光子將具有最短的波長λ0。在實(shí)際的能量轉(zhuǎn)化中，絕大多數(shù)電子，都有能量損耗，即E≤Emax,因此λ≥λ0。實(shí)際形成：以λ0為最短波長的連續(xù)譜線。

24連續(xù)譜有一個最短波長的極限λ0，若一個電子的動能全部轉(zhuǎn)化成X24最短波長與X射線管的電壓有關(guān)。

eU=hνmax=hc/λ0

e——自由電子電荷，e=1.602×1019C U——X射線管的電壓（kV) h——普朗克常數(shù)，h=6.625×10－34J·s c——X射線的速度，c＝2.998×108m/s 則

λ0＝hc/eU＝1.24/U 即管電壓越大，最短波長λ0越小。即連續(xù)譜的短波限只與管電壓有關(guān)。

25最短波長與X射線管的電壓有關(guān)。2525

連續(xù)譜強(qiáng)度公式：I連=K1iZUn

K1——常數(shù)，K1

≈(1.1—1.4)×10－9

n——常數(shù)，n≈2

26 連續(xù)譜強(qiáng)度公式：I連=K1iZUn26262X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件271.物理過程高速電子與靶原子的內(nèi)層電子相互作用，產(chǎn)生特征輻。讀圖分析：圖3-6不同管電壓的鎢靶X射線譜管電壓65KV時為連續(xù)譜；管電壓100KV、150KV、200KV時，三條譜線上疊加了一組位置不變，強(qiáng)度很大的線狀光譜。線狀光譜的能量與管電壓無關(guān)，完全由靶物質(zhì)材料的性質(zhì)決定。不同靶材料都有自己的線狀光譜，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)。通常把這種輻射稱為特征輻射（標(biāo)志輻射）。由此產(chǎn)生的X線稱為特征X線。28二、兩種X線產(chǎn)生原理——特征X線1.物理過程28二、兩種X線產(chǎn)生原理——特征X線282X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件29從原子物理學(xué)知道，原子內(nèi)的電子按照鮑林不相容原理和能量最低原理分布在各個能級上（電子軌道），用記號K、L、M、N……表示。K層最靠近原子核，能量最低，穩(wěn)定性最強(qiáng)（電子束縛能最高）。Ek<EL<EM…30從原子物理學(xué)知道，原子內(nèi)的電子按照鮑林不相容原理和能量最低原30

當(dāng)外來電子的能量足夠高(大于K層電子的電子束縛能)，則可能把K層的一個電子擊飛，從而使原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)(激發(fā)態(tài))。高速電子流打飛的電子

(光電子)31當(dāng)外來電子的能量足夠高(大于K層電子的電子束縛能)，31激發(fā)態(tài)不是穩(wěn)定態(tài)，必然自發(fā)地向穩(wěn)定態(tài)過渡。方法之一：較高能量的L層電子向K層躍遷。32激發(fā)態(tài)不是穩(wěn)定態(tài)，必然自發(fā)地向穩(wěn)定態(tài)過渡。3232

在躍遷的過程中，前后存在能量差異，其差異即等于K層與L層的能級差ΔEKL

＝EL-EK

該差值能量將以X射線的形式放射出去，α輻射:

ΔEKL=hν=hc/λα

λα＝hc/ΔEKLX射線33在躍遷的過程中，前后存在能量差異，其差異即等于K層33X射線

方法之二：更高能級的M層向K層躍遷，β輻射

ΔEMK

＝EM-EK

＝hν=hc/λβλβ＝hc/ΔEMK

顯然λα>λβ

同理，由NK的躍遷形成的輻射叫γ輻射。34X射線方法之二：更高能級的M層向K層躍遷，β輻射3434

2、

特征X射線的激發(fā)電壓

靶原子的軌道電子在原子中具有確定的結(jié)合能（W），只有當(dāng)入射高速電子的動能大于其結(jié)合能時，才有可能被擊脫而造成電子空位，產(chǎn)生特征X射線。入射電子的動能完全由管電壓決定，因此，管電壓U必須滿足：35eU≥W式中，W為脫出能或結(jié)合能。當(dāng)eU=W時，U=W/e為最低激發(fā)電壓。2、特征X射線的激發(fā)電壓靶原子的軌道電子在原子35

3、影響特征X線強(qiáng)度的因素36式中，i管電流，U管電壓，Uk為K系激發(fā)電壓，K2和n為常數(shù)。3、影響特征X線強(qiáng)度的因素36式中，i管電流，U管電36§2.5X射線的質(zhì)與量國家標(biāo)準(zhǔn)中，采用輻射能、粒子注量、能量注量、粒子流密度等描述電離輻射的量和質(zhì)。X線的量理論上用粒子注量、能量注量來描述。目前，普遍應(yīng)用照射量來測定X線的量。習(xí)慣上常用X線的強(qiáng)度來表示X線的量與質(zhì)。Ｘ線強(qiáng)度是指在垂直于Ｘ線傳播方向單位面積，在單位面積上，在單位時間內(nèi)通過的光子數(shù)量與能量的總和。Ｘ線的強(qiáng)度（Ｉ）由光子數(shù)目（Ｎ）光子能量（ｈｖ）兩個因素決定。§2.5X射線的質(zhì)與量國家標(biāo)準(zhǔn)中，采用輻射能、粒子注量37一、Ｘ線的量定義：量就是X線光子的數(shù)目,單位時間內(nèi)通過與射線方向垂直的單位面積的輻射能量。表示方法：以X射線管的管電流與照射時間的乘積，即毫安秒表示X射線的量。管電流大，單位時間撞擊陽極靶的電子數(shù)目多，激發(fā)的X線光子數(shù)成正比增加；照射時間長，X射線量也成正比增加。一、Ｘ線的量38X線的質(zhì)定義：X線的質(zhì)又稱線質(zhì)，它表示X線的硬度，即穿透物質(zhì)的本領(lǐng)大小。X線質(zhì)完全由光子能量決定，而與光子個數(shù)無關(guān)。X線管的管電壓。表示方法：實(shí)際應(yīng)用中以管電壓和濾過情況反映X線的質(zhì)。管電壓高，X線光子能量大，線質(zhì)硬；過濾板厚，連續(xù)譜中低能成分被吸收多，透過濾板的高能成分增加，線質(zhì)硬。過濾情況一定時，常用管電壓的千伏值來描述X線的質(zhì)。X線的質(zhì)定義：X線的質(zhì)又稱線質(zhì)，它表示X線的硬度，即穿透物質(zhì)39影響X線量的因素在管電壓、管電流、投照時間相同的情況下，陽極靶的原子序數(shù)愈高，X線的量愈大。在一定管電壓下同種靶物質(zhì)的X線的量與管電流成正比。在一定電流下同X線量與管電壓的平方成正比。影響X線量的因素在管電壓、管電流、投照時間相同的情況下，陽極402X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件412X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件422X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件43影響X線質(zhì)的因素管電壓波峰值整流過的電壓波形，電流波形管壁的玻璃、絕緣油層、管套窗口附加濾過板影響X線質(zhì)的因素442X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件45§2.6X射線的產(chǎn)生效率§2.6X射線的產(chǎn)生效率46X射線機(jī)是一個將輸入X射線機(jī)的電能轉(zhuǎn)化為X射線光子能量的機(jī)器。在X射線管中產(chǎn)生的X射線能量與加速電子所消耗電能的比值，叫做X射線的產(chǎn)生效率。X射線機(jī)是一個將輸入X射線機(jī)的電能轉(zhuǎn)化為X射線光子能量的機(jī)器47

連續(xù)譜強(qiáng)度公式：

I連=K1iZUn

K1——常數(shù)，K1

≈(1.1—1.4)×10－9

n——常數(shù)，n≈2 則X射線管發(fā)射X射線的效率為：

η＝I連/X射線管功率=

KiZU2/iU=KZU 可見，X射線的發(fā)射效率與靶的原子序數(shù)及管電壓有關(guān)。要提高X射線發(fā)射效率就要選用重金屬靶并施以高電壓。48 連續(xù)譜強(qiáng)度公式：4848X射線管產(chǎn)生X射線的效率極低，當(dāng)X射線管的管電壓小于100kV時，X射線產(chǎn)生效率一般不足1%。高速電子99%的能量都在陽極轉(zhuǎn)熱能。X射線的產(chǎn)生率隨著管電壓升高而增大。X射線管產(chǎn)生X射線的效率極低，當(dāng)X射線管的管電壓小于100k49X射線的利用率也很低。X線的利用率，指從X射線管發(fā)出的，能夠用來攝影的X射線能量與從陽極靶面產(chǎn)生的X射線能量的比值。從X射線管射出供使用的那部分X射線，不足陽極靶產(chǎn)生X射線總量的10%。絕大部分被陽極靶、管殼、管壁、絕緣油等吸收。X射線的利用率也很低。50§2.7

X射線強(qiáng)度的空間分布§2.7X射線強(qiáng)度的空間分布51X射線管陽極靶面被高速電子束撞擊的面積稱為實(shí)際焦點(diǎn)，是產(chǎn)生X射線的地方。從射線管焦點(diǎn)上產(chǎn)生的X射線，在空間各個方向上分布是不均勻的。其分布情況與靶物質(zhì)、靶厚度、陽極角、管電壓、燈絲形狀等多種因素有關(guān)。X射線管陽極靶面被高速電子束撞擊的面積稱為實(shí)際焦點(diǎn)，是產(chǎn)生X522X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件53薄靶周圍Ｘ射線強(qiáng)度的空間分布薄靶為穿透式靶。根據(jù)薄靶產(chǎn)生X線的空間分布特點(diǎn),在管電壓較低時,利用反射式靶在技術(shù)上很有好處;但對使高壓X線管時,管電壓過高,考慮能量分因素,則需采用透射式靶,電子從靶的一面射入,X線從另一面射出。電子直線加速器產(chǎn)生的高通通X線就是使的透射式薄靶。薄靶周圍Ｘ射線強(qiáng)度的空間分布薄靶為穿透式靶。542X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件55厚靶周圍Ｘ線強(qiáng)度的空間分布厚靶可以把入射電子全部阻止，陽極體幾乎可把在電子入射方向上產(chǎn)生的Ｘ射線全部吸叫。具有這種靶的Ｘ線管叫厚靶Ｘ線管或反射Ｘ線管。在放射工作中應(yīng)注意陽極效應(yīng)的影響。厚靶周圍Ｘ線強(qiáng)度的空間分布厚靶可以把入射電子全部阻止，陽極體56陽極效應(yīng)：越靠近陽極，X射線強(qiáng)度下降越多的現(xiàn)象，也稱“足跟效應(yīng)”。靶面傾角越小，下降程度越大。實(shí)際操作中，把密度高、厚度大的被檢部位置于陰極一側(cè)，使膠片感光均勻，圖像質(zhì)量提高。另外，陽極效應(yīng)改變了X線管有效焦點(diǎn)的大小和形狀，在X線照射野中，靠近陰極一側(cè)的有效焦點(diǎn)比靠近陽極一側(cè)的要大。陽極效應(yīng)：越靠近陽極，X射線強(qiáng)度下降越多的現(xiàn)象，也稱“足跟效572X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件582X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件59課堂測評1、X射線是由（）國物理學(xué)家（）于（）發(fā)現(xiàn)的。2、產(chǎn)生X射線的必備條件是（）、（）、（）。3、X線管的靶面材料通常是（）。4、與連續(xù)X線的最短波長有關(guān)的是（）。A、管電壓B、管電流C、照射時間D、電子電量E、光子數(shù)量課堂測評1、X射線是由（）國物理學(xué)家（）于（60課堂測評5、關(guān)于X線物理效應(yīng)的敘述，錯誤的是（）。A、穿透作用B、電離作用C、熒光作用D、熱作用E、著色作用6、X線在傳播時，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7、X線在與物質(zhì)相互作用時，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)特性課堂測評61課堂測評8、下列敘述錯誤的是A、管電壓越高，產(chǎn)生的X線最短波長越短B、X線最短波長對應(yīng)于光子最大能量C、管電壓越高，X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線的產(chǎn)生效率越大E、管電流越高，X線的產(chǎn)生效率越大9、關(guān)于特征X線的敘述正確的是A、X線波長僅與管電壓有關(guān)B、內(nèi)層軌道電子躍遷產(chǎn)生X線為特征放射C、X線譜是連續(xù)能量譜D、電壓升高特征放射能量增加E、管電壓升高特征放射線的百分比減少課堂測評62課堂測評10、關(guān)于X線強(qiáng)度分布額敘述正確的是A、與靶面傾斜角度無關(guān)B、陰極端X線強(qiáng)度弱C、照射野內(nèi)強(qiáng)度分布均勻D、X線管短軸方向兩側(cè)對稱E、與靶面狀況無關(guān)11、對于給定的靶原子，各線系的最低激發(fā)電壓最大的是A、K層B、L層C、M層D、N層E、O層課堂測評63課后作業(yè)P21頁習(xí)題課后作業(yè)P21頁習(xí)題64§2.1X射線的發(fā)現(xiàn)§2.2X射線的基本特性§2.3X射線的產(chǎn)生條件與裝置§2.4X射線的產(chǎn)生原理§2.5

X射線的質(zhì)與量§2.6

X射線的產(chǎn)生效率§2.7X射線強(qiáng)度的空間分布第2章：X射線的產(chǎn)生和性質(zhì)65§2.1X射線的發(fā)現(xiàn)第2章：X射線的產(chǎn)生和性質(zhì)165教學(xué)目標(biāo)掌握：X射線的發(fā)現(xiàn)、本質(zhì)與特性；X射線的產(chǎn)生條件與裝置；X射線的質(zhì)與量、X射線的產(chǎn)生效率熟悉：電子與物質(zhì)的相互作用；兩種X線的產(chǎn)生原理；X射線強(qiáng)度的空間分布了解：X射線的發(fā)現(xiàn)與用途。教學(xué)目標(biāo)掌握：X射線的發(fā)現(xiàn)、本質(zhì)與特性；66§2.1X射線的發(fā)現(xiàn)一、X射線的發(fā)現(xiàn)1895年，德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線： 肉眼看不到，但可使照相底片感光、熒光板發(fā)光和使氣體電離； 能透過可見光不能透過的物體； 在電場和磁場中不偏轉(zhuǎn)，通過物體時不發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，通過普通光柵亦不引起衍射； 對生物有很厲害的作用?！?.1X射線的發(fā)現(xiàn)一、X射線的發(fā)現(xiàn)67二、X射線的用途醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用：診斷和放射治療其他應(yīng)用：晶體結(jié)構(gòu)分析、工業(yè)探傷、貨運(yùn)集裝箱透視檢查、科學(xué)研究等。68二、X射線的用途468§2.2X射線的基本特性波動性和粒子性是X射線作為一種電磁波的最基本屬性，除此之外X射線在物理、化學(xué)、生物等方面仍具有一些獨(dú)特的性質(zhì)。§2.2X射線的基本特性波動性和粒子性是X射線作為一種電69（一）物理特性穿透作用、熒光作用、電離作用、熱作用、干涉、衍射、反射和折射（二）化學(xué)效應(yīng)感光作用、著色作用（三）生物效應(yīng)生物細(xì)胞特別是增殖細(xì)胞，經(jīng)一定量Ｘ線照射后，細(xì)胞會受到抑制、損傷甚到壞死。（一）物理特性（二）化學(xué)效應(yīng)（三）生物效應(yīng)70§2.3X射線的產(chǎn)生條件與裝置

現(xiàn)在人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多的X射線產(chǎn)生機(jī)制，其中最為實(shí)用的能獲得有足夠強(qiáng)度的X射線的方法仍是當(dāng)年倫琴所采用的方法——用陰極射線（高速電子束）轟擊陽極（靶）的表面。71§2.3X射線的產(chǎn)生條件與裝置 現(xiàn)在人們已經(jīng)發(fā)71一、Ｘ射線的產(chǎn)生條件1、電子源：2、高速電子流１）高電壓產(chǎn)生的強(qiáng)電場，使電子從中獲得高速運(yùn)動能。２）高真空度的空間，使電子在高速運(yùn)動中免遭氣體分子的阻擋而降低能量，同時也能保護(hù)燈絲不致因氧化而被燒毀．3、陽極靶面：一般由高原子序數(shù)、高熔點(diǎn)的鎢制成。一、Ｘ射線的產(chǎn)生條件1、電子源：72二、Ｘ線的產(chǎn)生裝置醫(yī)用Ｘ線機(jī)分診斷機(jī)和治療機(jī)兩大類?；窘Y(jié)構(gòu)由主機(jī)、機(jī)械及輔助設(shè)備等幾部分組成。主機(jī)為Ｘ線機(jī)的基本組成部件，由Ｘ線管、高壓發(fā)生器、控制臺三部分組成。二、Ｘ線的產(chǎn)生裝置醫(yī)用Ｘ線機(jī)分診斷機(jī)和治療機(jī)兩大類。732X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件742X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件752X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件762X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件772X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件782X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件79Ｘ線管都是由陰極、陽極、玻璃管殼組成。１、陰極為電子源，由燈絲和聚射罩組成。燈絲分大、小焦點(diǎn)大焦點(diǎn)為２ｍｍ，小焦點(diǎn)為１ｍｍ，由鎢絲制成。聚射罩又稱陰極頭聚焦槽或聚焦罩．由純鐵或鐵鎳合金制成的長方形槽，作用上對燈絲的電子進(jìn)行聚焦。２、陽極又稱陽極靶面，它是使高速電子突然受阻而產(chǎn)生Ｘ線的部位。固定陽極由陽極頭、陽極罩、陽極柱或柄組成旋轉(zhuǎn)陽極由靶面、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、軸承和定子組成3、玻璃管殼是用來維持一個高真空度的空，并起著固定陰極和陽極的作用。多采用耐高溫、絕緣性能好、膨漲系數(shù)小、對Ｘ線吸收較少的多種化學(xué)成分的硬質(zhì)玻璃制成。Ｘ線管都是由陰極、陽極、玻璃管殼組成。１、陰極為電子源，由燈802X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件812X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件822X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件83§2.4X射線的產(chǎn)生原理一、電子與物質(zhì)的相互作用高速電子和鎢原子相互作用，產(chǎn)生Ｘ射線。X射線的產(chǎn)生主要利用靶物質(zhì)的三種性質(zhì)。即；核電場、軌道電子結(jié)合能、原子存在于最低能級的需要。依照高速電子與靶原子作用中參與碰撞過程的電子類型以及能量的高低，將能量損失分為碰撞損失和輻射損失兩種。§2.4X射線的產(chǎn)生原理一、電子與物質(zhì)的相互作用841.碰撞損失：高速電子與靶原子的外層電子作用而損失的能量，碰撞損失的能量最后全部轉(zhuǎn)化為熱能。高速電子與靶原子的外層電子作用時，可以使原子激發(fā)或電離而損失部分能量。2.輻射損失；高速電子與靶原子的內(nèi)層電子或原子核相互作用而損失的能量。高速電子可以激發(fā)原子的內(nèi)層電子，將內(nèi)層電子激發(fā)為自由電子，并使內(nèi)層電子具有動能。高速電子還可以進(jìn)入靶原子的內(nèi)部，與靶原子核相互作用損失能量。1.碰撞損失：高速電子與靶原子的外層電子作用而損失的能量，碰85X射線是高速運(yùn)動的帶電粒子與靶物質(zhì)相互理解作用產(chǎn)生的．入射高速電子與物質(zhì)相互作用時，其損失的能量可轉(zhuǎn)換為輻射能、電離能、熱能。Ｅ＝Ｅ（輻射）＋Ｅ（電離）＋Ｅ（熱）這三種能量的比例分配，隨入射電子能量和物質(zhì)性質(zhì)不同而不同。輻射損失涉及內(nèi)層電子和原子核。碰撞損失涉及原子的外層電子，這部分能量將全部變?yōu)闊?，是能量轉(zhuǎn)換的過程。X射線是高速運(yùn)動的帶電粒子與靶物質(zhì)相互理解作用產(chǎn)生的．861、連續(xù)X射線

高速電子與陽極靶的原子碰撞時，由高速運(yùn)動突然轉(zhuǎn)為停止不動，電子失去動能，將一部分動能轉(zhuǎn)化為熱能，另一部分轉(zhuǎn)化為一個或幾個光子輻射出去，這個光子流就是X射線。由于X射線的能量不同，因此，放出的X射線的頻率不同。由此產(chǎn)生的X射線是連續(xù)的，稱為連續(xù)X射線光譜，簡稱連續(xù)譜，也叫白色X射線。為什么會產(chǎn)生連續(xù)X射線？87二、兩種X線產(chǎn)生原理為什么會產(chǎn)生連續(xù)X射線？23二、兩種X線產(chǎn)生原理87連續(xù)譜有一個最短波長的極限λ0，若一個電子的動能全部轉(zhuǎn)化成X光子的能量，波長最短。設(shè)電子的動能為E＝eU，x射線的能量為：

E＝hν＝hc/λ

λ0=hc/Emax=hc/E 這時該光子將具有最短的波長λ0。在實(shí)際的能量轉(zhuǎn)化中，絕大多數(shù)電子，都有能量損耗，即E≤Emax,因此λ≥λ0。實(shí)際形成：以λ0為最短波長的連續(xù)譜線。

88連續(xù)譜有一個最短波長的極限λ0，若一個電子的動能全部轉(zhuǎn)化成X88最短波長與X射線管的電壓有關(guān)。

eU=hνmax=hc/λ0

e——自由電子電荷，e=1.602×1019C U——X射線管的電壓（kV) h——普朗克常數(shù)，h=6.625×10－34J·s c——X射線的速度，c＝2.998×108m/s 則

λ0＝hc/eU＝1.24/U 即管電壓越大，最短波長λ0越小。即連續(xù)譜的短波限只與管電壓有關(guān)。

89最短波長與X射線管的電壓有關(guān)。2589

連續(xù)譜強(qiáng)度公式：I連=K1iZUn

K1——常數(shù)，K1

≈(1.1—1.4)×10－9

n——常數(shù)，n≈2

90 連續(xù)譜強(qiáng)度公式：I連=K1iZUn26902X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件911.物理過程高速電子與靶原子的內(nèi)層電子相互作用，產(chǎn)生特征輻。讀圖分析：圖3-6不同管電壓的鎢靶X射線譜管電壓65KV時為連續(xù)譜；管電壓100KV、150KV、200KV時，三條譜線上疊加了一組位置不變，強(qiáng)度很大的線狀光譜。線狀光譜的能量與管電壓無關(guān)，完全由靶物質(zhì)材料的性質(zhì)決定。不同靶材料都有自己的線狀光譜，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)。通常把這種輻射稱為特征輻射（標(biāo)志輻射）。由此產(chǎn)生的X線稱為特征X線。92二、兩種X線產(chǎn)生原理——特征X線1.物理過程28二、兩種X線產(chǎn)生原理——特征X線922X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件93從原子物理學(xué)知道，原子內(nèi)的電子按照鮑林不相容原理和能量最低原理分布在各個能級上（電子軌道），用記號K、L、M、N……表示。K層最靠近原子核，能量最低，穩(wěn)定性最強(qiáng)（電子束縛能最高）。Ek<EL<EM…94從原子物理學(xué)知道，原子內(nèi)的電子按照鮑林不相容原理和能量最低原94

當(dāng)外來電子的能量足夠高(大于K層電子的電子束縛能)，則可能把K層的一個電子擊飛，從而使原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)(激發(fā)態(tài))。高速電子流打飛的電子

(光電子)95當(dāng)外來電子的能量足夠高(大于K層電子的電子束縛能)，95激發(fā)態(tài)不是穩(wěn)定態(tài)，必然自發(fā)地向穩(wěn)定態(tài)過渡。方法之一：較高能量的L層電子向K層躍遷。96激發(fā)態(tài)不是穩(wěn)定態(tài)，必然自發(fā)地向穩(wěn)定態(tài)過渡。3296

在躍遷的過程中，前后存在能量差異，其差異即等于K層與L層的能級差ΔEKL

＝EL-EK

該差值能量將以X射線的形式放射出去，α輻射:

ΔEKL=hν=hc/λα

λα＝hc/ΔEKLX射線97在躍遷的過程中，前后存在能量差異，其差異即等于K層97X射線

方法之二：更高能級的M層向K層躍遷，β輻射

ΔEMK

＝EM-EK

＝hν=hc/λβλβ＝hc/ΔEMK

顯然λα>λβ

同理，由NK的躍遷形成的輻射叫γ輻射。98X射線方法之二：更高能級的M層向K層躍遷，β輻射3498

2、

特征X射線的激發(fā)電壓

靶原子的軌道電子在原子中具有確定的結(jié)合能（W），只有當(dāng)入射高速電子的動能大于其結(jié)合能時，才有可能被擊脫而造成電子空位，產(chǎn)生特征X射線。入射電子的動能完全由管電壓決定，因此，管電壓U必須滿足：99eU≥W式中，W為脫出能或結(jié)合能。當(dāng)eU=W時，U=W/e為最低激發(fā)電壓。2、特征X射線的激發(fā)電壓靶原子的軌道電子在原子99

3、影響特征X線強(qiáng)度的因素100式中，i管電流，U管電壓，Uk為K系激發(fā)電壓，K2和n為常數(shù)。3、影響特征X線強(qiáng)度的因素36式中，i管電流，U管電100§2.5X射線的質(zhì)與量國家標(biāo)準(zhǔn)中，采用輻射能、粒子注量、能量注量、粒子流密度等描述電離輻射的量和質(zhì)。X線的量理論上用粒子注量、能量注量來描述。目前，普遍應(yīng)用照射量來測定X線的量。習(xí)慣上常用X線的強(qiáng)度來表示X線的量與質(zhì)。Ｘ線強(qiáng)度是指在垂直于Ｘ線傳播方向單位面積，在單位面積上，在單位時間內(nèi)通過的光子數(shù)量與能量的總和。Ｘ線的強(qiáng)度（Ｉ）由光子數(shù)目（Ｎ）光子能量（ｈｖ）兩個因素決定?！?.5X射線的質(zhì)與量國家標(biāo)準(zhǔn)中，采用輻射能、粒子注量101一、Ｘ線的量定義：量就是X線光子的數(shù)目,單位時間內(nèi)通過與射線方向垂直的單位面積的輻射能量。表示方法：以X射線管的管電流與照射時間的乘積，即毫安秒表示X射線的量。管電流大，單位時間撞擊陽極靶的電子數(shù)目多，激發(fā)的X線光子數(shù)成正比增加；照射時間長，X射線量也成正比增加。一、Ｘ線的量102X線的質(zhì)定義：X線的質(zhì)又稱線質(zhì)，它表示X線的硬度，即穿透物質(zhì)的本領(lǐng)大小。X線質(zhì)完全由光子能量決定，而與光子個數(shù)無關(guān)。X線管的管電壓。表示方法：實(shí)際應(yīng)用中以管電壓和濾過情況反映X線的質(zhì)。管電壓高，X線光子能量大，線質(zhì)硬；過濾板厚，連續(xù)譜中低能成分被吸收多，透過濾板的高能成分增加，線質(zhì)硬。過濾情況一定時，常用管電壓的千伏值來描述X線的質(zhì)。X線的質(zhì)定義：X線的質(zhì)又稱線質(zhì)，它表示X線的硬度，即穿透物質(zhì)103影響X線量的因素在管電壓、管電流、投照時間相同的情況下，陽極靶的原子序數(shù)愈高，X線的量愈大。在一定管電壓下同種靶物質(zhì)的X線的量與管電流成正比。在一定電流下同X線量與管電壓的平方成正比。影響X線量的因素在管電壓、管電流、投照時間相同的情況下，陽極1042X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件1052X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件1062X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件107影響X線質(zhì)的因素管電壓波峰值整流過的電壓波形，電流波形管壁的玻璃、絕緣油層、管套窗口附加濾過板影響X線質(zhì)的因素1082X射線產(chǎn)生及性質(zhì)課件109§2.6X射線的產(chǎn)生效率§2.6X射線的產(chǎn)生效率110X射線機(jī)是一個將輸入X射線機(jī)的電能轉(zhuǎn)化為X射線光子能量的機(jī)器。在X射線管中產(chǎn)生的X射線能量與加速電子所消耗電能的比值，叫做X射線的產(chǎn)生效率。X射線機(jī)是一個將輸入X射線機(jī)的電能轉(zhuǎn)化為X射線光子能量的機(jī)器111

連續(xù)譜強(qiáng)度公式：

I連=K1iZUn

K1——常數(shù)，K1

≈(1.1—1.4)×10－9

n——常數(shù)，n≈2 則X射線管發(fā)射X射線的效率為：

η＝I連/X射線管功率=

KiZU2/iU=KZU 可見，X射線的發(fā)射效率與靶的原子序數(shù)及管電壓有關(guān)。要提高X射線發(fā)射效率就要選用重金屬靶并施以高電壓。112 連續(xù)譜強(qiáng)度公式：48112X射線管產(chǎn)生X射線的效率極低，當(dāng)X射線管的管電壓小于100kV時，X射線產(chǎn)生效率一般不足1%。高速電子99%的能量都在陽極轉(zhuǎn)熱能。X射線的產(chǎn)生率隨著管電壓升高而增大。X射線管產(chǎn)生X射線的效率極低，當(dāng)X射線管的管電壓小于100k113X射線的利用率也很低。X線的利用率，指從X射線管發(fā)出的，能夠用來攝影的X射線能量與從陽極靶面產(chǎn)生的X射線能量的比值。從X射線管射出供使用的那部分X射線，不足陽極靶產(chǎn)生X射線總量的10%。絕大部分被陽極靶、管殼、管壁、絕緣油等吸收。X射線的利用率也很低。114§2.7

X射線強(qiáng)度的空間分布§2.7X射線強(qiáng)度的空間分布115X射線管陽極靶面被高速電子束撞擊的面積稱為實(shí)際焦點(diǎn)，是產(chǎn)生X射線的地方。從射線管焦點(diǎn)上產(chǎn)生的X射線，在空間各個方向上分布是不均勻的。其分布情況與靶物質(zhì)、靶厚度、陽極角、管電壓、燈絲形狀等多