线物理基础第四章一二节 ppt课件

第四章 X线物理基础知识第一节 X光的本质与特性一 X光的发现 X-ray 由德国物理学家威廉 康拉德 伦琴（ Wilhelm Konrad Rontgen） 在 1895年发现 X射线的发现是 19世纪末 20世纪初物理学的三大发现 (X射线1895年、放射线 1896年、电子 1897年 )之一，这一发现标志着现代物理学的产生。 开创了现代医学影像学的新纪元X光的发现1895年 11月 8 日，德国维尔茨堡大学的教授伦琴像平时一样把一只放电管用黑纸严严实实地裹起来，把房间弄黑，接通感应圈，使高压放电通过放电管，黑纸没有漏光，一切正常后他截断电流，准备做每天做的实验 放电实验。突然，眼前似乎闪过一丝微绿色荧光。刚才放电管是用黑纸包着的，荧光屏也没有竖起，怎么会有荧光呢？ 伦琴以为是自己的错觉，于是又重新做放电实验，但荧光又出现了。伦琴大为震惊，他一把抓过桌上的火柴，嚓的一声划亮。原来离工作台 1米远处立着一个亚铂氰化钡小屏，荧光是从那里发出的。但是由放电管阴极发出的射线 阴极射线是不能通过数厘米厚的空气的，怎么能使 1米远处的荧光屏闪光呢？莫非是一种未发现的新射线？ X光的发现 他试着用书、薄铝片挡住射线，荧光屏上照样出现亮光，当他用一张薄铅片挡住射线时，亮光没了。现在可以肯定确实是有一种新射线，因为对这种射线还不了解，所以伦琴给它取名为 “ X射线 ” 。 然后伦琴将自己的手伸在屏幕上，果然显出五根指骨的影子。他取出一个装有照相底板的暗盒，让妻子将一只手平放在上面，再用放电管对准，这样照射了 15分钟。底片在显影液里捞出来后手部的骨骼清晰可见。 这个发现成为 19世纪 90年代物理学上的三大发现之一，为此，伦琴于 1901年荣获全世界首次颁发的诺贝尔物理学奖。 1895年 12月 22日：伦琴为夫人摄取第一张手的 X线片； 1895年 12月 28日伦琴向德国维尔茨堡物理学医会递交了一篇论 一种新的射线 -初步报告 ； 1896年 1月 5日， 维也纳报 头版发表了发现 X线的消息，世界为之轰动； 1896年，英国一位外科医生经过透视，成功从患者手中去取出了一枚钢针； 1901年，伦琴获得了第一届诺贝尔物理奖。二、 X线的本质 X线是阴极高速电子流撞击物质原子，将本身动能传递到被撞原子，这些能量经转换以 电磁波 或 光子 的形态发出，产生 X线。 实质是一种 电磁波 ，具有一定的波长与频率，具有波粒二象性， X线成像利用了它与物质相互作用时发生能量转换，突出了微粒性。 X线的波长极短、能量极大，它的波长介于紫外线和 r射线之间，为 0.000650nm ， X诊断用的波长为 0.008-0.031nm 。三、 X线的特性（ Features of Xray ）1、 物理作用 穿透作用 （ X线的能量很大，波长很短，穿透力很强，故能穿透物质的原子间隙，但其穿透程度与物质的性质、结构有关） 荧光作用 （某些物质受到线照射时会产生荧光，如磷、铂氰化钡、硫化锌镉等） 电离作用 （具有足够能量的 X线光子照射物质时，使核外电子脱离原子轨道）2、化学作用 感光作用 （当 X线照射到胶片上的时候，溴化银药膜起化学变化，出现银粒沉淀） 着色作用 （某些物质如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等，经 X线长期照射后，其结晶体脱水而改变颜色） 3、生物作用 随机效应 （致癌效应和遗传效应） 非随机效应 （累积损伤）在 X线诊断和治疗中主要用了 X线的穿透、荧光、电离、感光、生物等特性。第二节 射线的产生与能谱特点一、 X线产生的条件（一） X线产生的必备条件1、电子源：阴极2、高速电子流：有两个方面，其一是高压电场，使电子获得高速动能；其二是高真空度环境，使电子在高速运动中免遭气体分子的阻挡而降低能量，同时也能保护灯丝不致因氧化而被烧毁。3、适当障碍物 靶：阳极（二） X线产生机制1、接通电源，经降压变压器供 X射线管灯丝加热，产生自由电子并云集在阴极附近。2、当升压变压器向 X射线管两极提供高压电时，阴极阴极 阳极阳极电势差电势差自由电子自由电子 钨靶钨靶1% X 射线射线99% 热能热能二、 X线的能谱特点高速电子与阳极靶原子 “撞击 ”通过两种机制产生不同波长光辐射。比如，波长在可见光、红外线、紫外线附近的光学光谱，其光子能量小，全部被靶原子、管壁、油层吸收，成为热源，使阳极温度上升；还有一些就是波长短、能量大的 X线。这两种产生的机制是： 韧致放射 （连续放射）和 标志放射 （特征辐射）。（ 一）韧致放射（连续放射）1、产生过程 高速运动的电子在靶原子核的强电场作用下，速度的量值和方向都发生急剧变化，电子的一部分动能 转化为 X光子的能量 h而辐射出去。为什么连续？为什么是连续的呢？首先， 管电压 通常是脉动直流电压，每个电子与靶原子作用前所具有的动能不同，与靶原子作用后损失的能量也不相同；其次，各个高速电子被 阻止的距离 不同，离核越近，阻止作用越强，能量损失越多，辐射波长越长，若一次作用其能量全部转换成 X线能时， X光子能量最大。2、光谱特点（ 1） 最短波长最短波长min=1.24/V(nm)（ 2）中心波长）中心波长m1.5 min （ 3）波谱曲线位移：）波谱曲线位移：kV min 和和 m向向短波方向移动短波方向移动原子序数 ，核电场 连续辐射的几率 管电压，决定撞击靶面的电子能量管电流，表征撞击靶面的电子数常数3 连续连续 X线强度线强度（ 二）标志放射（特征辐射）1、产生机制高速运动电子把靶原子的内层轨道电子 击脱发生 电子跃迁 产生， X线光子能量等于 能级差 ，这完全取决于阳极材料的 元素特征 。2、光谱特点（ 1）对某一给定靶物质，能产生标志 X线的管电压有要求。对于不同的靶材料，产生各系标志X线，均有 最低管电压（激发电压） 要求。（ 2）标志 X线的 波长固定 不变，它取决于靶材料的原子结构（能级差固定）。（ 3）标志 X线的最短波长与靶材料的原子序数的平方成正比。在诊断 X线中，仅 K系标志 X线 有用，其他各系波长较长，能量较低，均被 X线管壁和滤过层吸收。3 标志 X线强度实验确定1.51.7K系激发电压管 电流管 电压（ 5）临床上的特征辐射问题 只有光子能量较大的 K线系能穿过管壁而成为 X射线谱中的特征辐射。 管电压在 69.51kV以下，钨靶不产生 K系； 80150kV， K辐射占总量的 1028%；150kV以上，特征辐射相对减少；300kV以上，特征辐射相比可以忽略。三、影响 X线辐射谱线的因素（一） 管电流 的影响 在管电压一定时， X线强度取决于管电流。（二） 管电压 的影响 管电压不仅影响 X线的量，也影响 X线的质。（ 三） 电压波形 的影响 同样 kV和 mAs时，管电压波形越 平滑 ， X线