医用物理学X射线

第十三章X射线 1895年 伦琴在研究阴极射线时发现一种人眼看不见而穿透本领很强的的辐射 它能使一些晶体发出荧光 使气体电离 并能使相片底片感光 伦琴称它为X 射线 现也称为伦琴射线 在医学上仍俗称X射线 X ray X射线是一种波长很短的电磁波 医学上使用的X射线的波长在0 001 10nm之间 习题 6 7 10 11 13 第一节X射线的产生 1 产生的条件 a 有高速运动的电子流 b 有适当的障碍物 靶 用来阻止电子的运动 把电子的动能转变为X射线的能量 一 X射线的产生装置 2 X射线的发生装置原理图 管电压 用来加速电子 管电流 调节变阻器R 以控制阴极发射的电子数 从而控制管电流 阴极 发射电子阳极 电子轰击对象 靶 管子两端的直流高压用来加速电子 让电子以极高的速度轰击阳极 为了不与空气分子碰撞而失去能量 射线管抽成真空 电子轰击阳极产生X射线的效率为1 99 转变为热能 必须采取散热措施 否则阳极会熔化 措施 1 阳极镶在大块铜片上 2 使电子打在阳极上的面积大些 焦斑 太大会使像模糊 3 使阳极高速旋转 4 间歇工作 5 选择熔点高的靶材料 6 原子序数大的产生X射线的效率高 3 实际焦点与有效焦点 二 X射线的强度和硬度 1 X射线的强度单位时间内通过与射线方向垂直的单面积的X射线的能量 表示X射线的量 单位 J m2s 改变 管电流X光子数多管电压每个光子能量大阳极材料原子序数高 X射线的强度大在一定管压下 用管电流的毫安数表示X射线的强度 2 X射线的硬度 表明X射线的质 是指X射线贯穿物质的本领 X射线光子的能量越大 hv 越不容易被物质吸收 贯穿本领就越大 硬度越硬 管电压高 到达靶的电子能量越高 X光子的能量也越大 硬度就越大 因此改变管电压可控制硬度 常用管电压的千伏数表示X射线的硬度 表12 1医学上按X射线硬度的分类及主要用途P220 三 X射线谱 X射线谱 连续谱和标识谱 连续谱与靶物质无关不同的靶物质有不同的标识谱 产生机制连续X射线的发生韧致辐射过程 1 连续X射线谱 连续谱特性 当管电压较小时只出现连续X射线谱 强度为零的相应波长是连续谱中的最短波长 称为短波极限 产生机制 2 标识X射线谱 标识谱特性 标识X射线谱是原子内层电子跃迁产生的 各元素的标识谱有相似的结构 标识谱的波长取决与阳极靶的材料 不同的靶物质有不同的X射线谱 当管电压为几十千伏时才能激发标识谱 医用X射线是连续X射线 第二节 X射线的基本性质 X射线除了具有光的一般特性 如反射 折射 干涉 衍射和偏振等现象之外 由于它的波长短 还具有如下一些特性 1 贯穿本领很强 小 大 光子能量h 大 贯穿本领很强 能够进入物体内部甚至穿透物体 贯穿程度与物质性质和X射线光子能量有关 2 荧光作用X射线人眼看不见 但能使某些物质 硫化锌 产生荧光 荧光强度与X射线的强弱有关 X射线透视就是利用荧光作用来观察X射线透过人体后所成的影象 3 感光作用X射线能使照相底片感光 医学上利用这一特性来进行X射线摄影 4 电离作用X射线能使原子或离子电离 在X射线照射下气体被电离而导电 电离电流与X射线的强度成正比 所以利用电离可测量X射线的强度 5 生物效应生物组织经一定量的X射线照射 会产生电离和激发 使细胞受到损伤 抑制 死亡或通过遗传变异影响下一代 第三节X射线的衰减规律 X射线通过物质时 原进行方向强度逐渐减弱的现象称为物质对X射线的吸收 一 单能窄束X射线的吸收衰减规律 实验发现 单色平行X射线束通过厚度为dx的物质层后 其强度减少量 dI与厚度dx以及通过该薄层的射线强度I成正比 dI IdxI0 入射的X射线强度 线性衰减系数物质性质或状态不同 值就不同 x 为物质层x的衰减值 通过测量X射线透过物质层前后的强度I与I0 可以求得该物质层的衰减值 二 质量衰减系数 质量衰减系数用来比较各种物质对X射线的吸收本领 称为质量厚度 单位g cm 2 的单位为cm2 g 1 X射线通过物质后强度衰减为一半时的厚度 质量厚度 称为该种物质的半价层 三 质量衰减系数与波长 原子序数的关系 1 原子序数越