第二章 医用物理与X线摄影基础.doc

主量子数n：原子核外的电子云是分层分布的，电子壳层可用主量子数表示。主量子数n取1、2、3.。值时，相应的电子壳层可用K、L、M、N、O、P等符号来表示。n越大，电子离核越远，能级越高。故主量子数是决定原子能级的主要因素。例：主量子数n的最小取值是A、0.5 B、1 C、2 D、3 E、4如果原子中的某个电子处在主量子数n=3，角量子数L=2的量子态上，则这个电子在M壳层的d亚层上，通常这种状态为3d。相反，若电子所处的状态为4秒，则电子处在N壳层的第s亚层上，这个量子态的主量子数n=4，角量子数L=0。角量子数L确定后，其量子轨道平面可有（2L+1）个不同取向。磁量子数（mL）决定轨道量子数，自旋量子数（ms）决定电子的自旋状态例：A、9 B、5 C、3 D、2 E、1物质原子中轨道电子所处的状态为3d，则主量子数n是物质原子中轨道电子所处的状态为3d，则角量子数L是物质原子中轨道电子所处的状态为3d，则量子轨道平面取向个数是原子核中半径最小的壳层叫K层（n=1），最多容纳两个电子；第二层叫L层（n=2），最多容纳8个电子；第三层叫M层，最多容纳18个电子；愈外面的壳层的可容纳的电子数愈多。但最外层电子数不超过8个。例：原子结构中半径最小的壳层叫A、 K层 B、L层 C、M层 D 、N层 E、O层例：原子结构中L层最多容纳的电子数是 A、2个 B、4个 C、8个 D、16个 E、32个例：在原子中，最外层的电子数最多不超过 A、5个B、6个C、7个D、8个E、9个例：综合题 关于核外电子排布的叙述，错误的是 A、原子核外的电子云是分层是分层排布的，电子壳层可用主量子数表示 B、主量子数为n的壳层（非最外层）可容纳的电子数为2n2-1 C、愈外面的壳层可容纳电子数愈多（非最外层） D、最外层电子数最多不超过8个 E、同一电子壳层中电子具有的能量及运动形式不同每个轨道电子都具有一定的能量（动能和势能的代数和），且电子在各个轨道上的能量是不连续的，这些不连续的能量值，表征原子的能量状态，称原子能级。原子能级以电子伏特表示，1eV=1.6*10-19J ；原子核对电子的吸引力，靠近原子核的壳层电子结合力强，距核越远的电子结合力越小。结合力还与原子序数Z有关，Z越高，核内正电荷越多，对电子的吸引力越大，要从原子内移走的电子所需的能量就越大；移走原子中某壳层轨道电子所需要的最小能量，称为该壳层电子在原子中的结合能。原子能级是结合能的负值，它们就绝对值相等，符号相反。例：关于原子能级的叙述错误的是A、 每个轨道上不连续的能量值构成原子能级 B、每个轨道上的电子都具有一定能量 C、原子核对电子的吸收力是结合能 D、结合力还与原子序数Z有关 E、原子能级用电子伏特表示例：关于原子能级和结合能的描述，正确的是A、 原子能级是正值 B、结合能是负值 C、原子能级是结合能的负值 D、结合能和原子能级都是负值 E、原子能级和结合能都是正值例：原子核对电子有吸引力，距核越远的电子结合力A、 越大B、越小C、无限大D、为零E、无变化例：对于给定的靶原子，最低激发电压最大的线系是A、 L系B、M系C、N系D、O系E、K系例：综合题 A、K壳层 B、L壳层 C、M壳层 D、N壳层 E、O壳层同一原子的上述壳层中，能级最高的是同一原子的上述壳层中，结合力最大的壳层是能容纳18个电子的壳层是例：关于结合力的描述，错误的是A、 与原子能级大小无关 B、与原子序数Z有关 C、与核内正电荷有关 D、离原子核近的壳层电子结合力强 E、表征原子核对电子的吸引力例：关于原子能级的叙述，错误的是A、 轨道电子具有的能量谱是不连续的 B、结合力即原子核对电子的吸引力 C、移走轨道电子所需最小能量即结合能 D、原子能级值是正值 E、原子能级以电子伏特表示例：移走原子中某轨道电子所需的最小能量被称为是这个电子的A、基态B、结合力C、结合能D、电子能量E、原子能级（正常态）原子处于最低能量状态（最稳定）叫基态（n=1）当原子吸收一定大小的能量（某两个能级之差的能量）后电子将自发地从低能级过渡到某一高能级上，这一过程叫原子的激发。原子所处的状态是激发态。n=2第一激发态，n=3第二激发态。当原子中壳层电子吸收的能量大于其结合能时，电子将脱离原子核的束缚，离开原子成为自由电子，这个过程称电离。激发和电离都是原子的能量状态升高，是原子处于激发态而不稳定。处与激发态的原子，在极短的时间（8-10秒）内，外层电子或自由电子将自发地填充其空位，同时放出一个能量等于两能级之差的hv（hv=EH-EL,H代表高能级，L代表低能级）光子，这个过程为跃迁。特征X线（特征光子）就是这样产生的。例：原子处于能量最低状态称为 A、激发态B、基态C、电离态D、跃迁态E、辐射态例：关于原子激发态的描述错误的是A、是一种不稳定状态B、是原子的最低能量状态C、是原子的一种最高能量状态D、通常伴随电子的轨道跃迁E、是原子吸收外界能量产生的一种状态例：原子处于何种状态时称基态A、原子处于能量最高时 B、原子吸收能量后跳到能量较高的轨道上时 C、原子跃迁到较低的轨道上时 D、原子处于能量最低时 E、原子处于激发状态时例：原子在吸收一定大小的能量后，电子将自发地从低能级过渡到某一高能级上，这一过程称为A、基态B、电离C、激发D、跃迁E、辐射任何原子核都有一个特性，就是总以一定的频率绕着自己的轴进行高速旋转，我们把原子核的这一特性称为自转（spin）。由于原子核带有正电荷，原子核的自旋就形成电流环路，从而产生具有一定大小和方向的磁化矢量。我们把这种由带有正电荷的原子核自旋产生的磁场称为核磁。例：原子核总以一定的频率绕着自己的轴进行高速旋转，这一特性称为A、公转 B、进动 C、跃迁 D、激发 E、自旋例：由正电荷的原子核自旋产生的磁场称为A、 磁矩 B、磁共振 C、核磁 D、磁力线 E、电流并非所有原子核的自旋运动均能产生核磁，根据原子核内中子和质子的数目不同，不同的原子核产生不同的核磁效应。如果原子核内的质子数和中子数均为偶数，则这种原子核的自旋并不产生核磁，我们称这种原子核为非磁性原子核。反之我们把自旋运动能够产生核磁的原子核称为磁性原子核。磁性原子核需要符合以下条件之一：1、中子和质子均为奇数；2、中子为奇数，质子为偶数；3、中子为偶数，质子为奇数。（有奇必磁）例：关于磁性与非磁性原子核的叙述，错误的是 A、并非所有原子核的自旋均能产生核磁 B、不同原子核产生不同的核磁反应 C、质子和中子均为奇数可产生核磁 D、质子和中子均为偶数可产生核磁 E、氢原子核在人体磁性原子核中磁化率最高人体内有许多中磁性原子核，用于人体磁共振成像的原子核为氢原子核（1H），选择1H的理由有：1、1H是人体中最多的原子核，约占人体中总原子核数的三分之二以上；2、1H的磁化率在人体磁性原子核中是最高的。例：用于人体磁共振成像的原子核是A、 氦原子核 B、氧原子核 C、氢原子核 D、钠原子核 E、碳原子核产生共振的条件之一就是要有弹性。粒子物理学家经常把粒子称为“共振体”。例：关于共振的描述，错误的是 A、共振在声学中亦称“共鸣”B、在电学中振荡电路的共振现象称为“谐振”C、共振发生于两个振动频率不同的物体之间D、人的大脑进行思维活动时产生的脑电波也会发生共振现象E、臭氧层的振动频率恰恰能与紫外线产生共振，从而吸收紫外线若产生磁共振的磁矩是顺磁体中的原子（或离子）磁矩，则称为顺磁共振；若磁矩是原子核的自旋磁矩，则称为磁共振。若磁矩为铁磁体中电子自旋磁矩，则称为铁磁共振；磁矩约比电子磁矩小3个数量级，故磁共振的频率和灵敏度比顺磁共振低的多；同理弱磁物质的磁共振灵敏度又比强磁物质低。顺磁共振可研究分子结构及晶体中缺陷的电子结构等。磁共振谱不仅与物质的化学元素有关，而且还受原子周围的化学环境影响，故磁共振已成为研究固体结构、化学键和相变过程的重要手段。铁磁共振是研究铁磁体中的动态过程和测量磁性参量的重要方法。停止发射射频脉冲，则被激发的氢原子核把所吸收的能量逐步释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态（简单来讲即1H从激发态恢复到基态）。这一恢复过程成为弛豫过程，而恢复到原来平衡状态所需要的时间则称之为弛豫时间。弛豫时间有两种：1、自旋-晶格弛豫又称纵向弛豫，自旋核把吸收的能量传给周围晶格所需要的时间，也是90射频脉冲质子由纵向磁化转到横向磁化之后再恢复到纵向磁化激发前状态的63%所需要的时间，称T1。2、自旋-自旋弛豫又称横向弛豫，横向磁化衰减、丧失的过程，即横向磁化维持到37%所需的时间，称T2。T2衰减是由共振质子之间相互磁化作用所引起，与T1不同，它引起相位的变化。例：横向弛豫是指 A、自旋-自旋弛豫 B、自旋-晶格弛豫C、T1弛豫D、氢质子顺磁场方向排列E氢质子逆磁场方向排列1916年爱因斯坦提出的“自发和受激辐射”理论是现代激光系统的物理学基础。受激吸收（激发或电离）：原子吸收一个光子而从低能级跃迁到高能级的过程。受激吸收的特点：1、不是自发产生的 2、外来光子的能量应等于原子激发前后两个能级间的能量差hv=EH-EL 3、受激吸收对激发光子的振动方向、传播方向和位相没有任何限制。在没有任何外界影响的情况下，高能态的EH的原子会自发的跃迁到基态或较低激发态EL，因为这种跃迁是不受外界影响而自发进行的，称为自发跃迁，如果跃迁时释放的能量是以光辐射形式放出的则这个过程叫做自发辐射。例：关于自发辐射正确的是A、受外界影响较大 B、是基态原子自发跃迁为高能态原子 C、是较低能台的原子自发跃迁为高能态的原子 D、是高能态的原子自发跃迁到基态或较低激发态 E、跃迁时释放的能量以热的形式放出受激辐射：处于高能级EH的原子在自发辐射之前，受到一个能量为hv=EH-EL的光子的“诱发”后，可释放出一个与诱发光子特征完全相同的光子跃迁到低能级EL。持续受激辐射形成的光束就叫做激光。受激辐射的特点：1、它不是自发产生的，必须有外来光子的“刺激”才能发生，外来光子的能量或频率必须满足hv=EH-EL；2、辐射出的光子与诱发光子特性完全相同；3、受激辐射中的被激原子并不吸收诱发光子的能量。产生的受激辐射光放大（不能自然发生）。激光器的构成：1、工作物质 2、激发装置 3、光学谐振腔（作用：产生和维持光放大、选择输出光的方向、选择输出光的波长）红宝石激光器：世界上最早，1960年研制成功，1961年用于视网膜凝固，1963年用于肿瘤治疗。波长为694.3nm，我国1965年用于生物效应与眼科。氦氖激光器是最早研制成功的气体激光器，应用于医学上的临床治疗。在混合气体中，产生受激辐射的是氖原子，氦原子只起传递能量的作用。发射波长为632.8nm的红色激光。例：氦氖激光器发出光的颜色是A、 红色B、蓝色C、绿色D、黄色E、白色二氧化碳激光器：二氧化碳气体为发光材料，分子激光器，波长10.6m远红外光，大部分生物组织表面层（约200m）所吸收。准分子激光器：脉冲激光，稀有气体及其卤化物或氧化物，输出波长从紫外线到可见光。特点是波长短、功率高，医学应用于手术。激光