第三章_X线的产生.ppt

第三章X射线的产生,第一节X射线的发现及用途第二节X射线的本质与特性第三节X射线的产生条件与装置第四节X射线的产生原理第五节X射线的量与质第六节X射线的产生效率第七节X射线强度的空间分布,第一节X射线的发现及用途,一、X射线的发现,1895年11月8日，德国物理学家伦琴研究阴极射线时发现，由于对其本质不了解，称为X射线，亦称伦琴射线。1901年第一届诺贝尔物理学奖颁给了伦琴,Roentgen,二、X射线的用途医学-诊断和治疗晶体结构分析工业探伤货运集装箱透视检查,二、X射线的用途,X射线广泛地应用医学、工程、材料、宇航事业上。例如：人体探伤晶体结构分析材料和构件无损探伤,第二节X射线的本质与特性,一、X射线的本质-高频电磁波频率在3101631020Hz之间，波长在1010-3nm之间,一、X射线的本质,1、波动性体现：具有衍射、偏振、反射、折射现象表现：以一定的波长和频率在空间传播，波长、频率、周期分别用，f，T表示,2、粒子性体现：把X射线束看作是由单个X射线光子组成表现：X射线与物质的相互作用如光电效应、康普顿效应、荧光作用、电离作用等,单个光子的能量：,3、波粒二象性,X线在传播过程中表现波动性X线在与物质相互作用过程中表现波动性,二、X射线的基本特性,物理特性,化学特性,生物特性,1、在均匀、各向的介质中直线传播2、不带电3、穿透本领强4、荧光作用5、电离作用6、热作用,1、感光作用2、着色作用,可使细胞产生抑制、损伤、坏死。,（一）物理特性,1.X线属于不可见电磁波，在均匀且各向同性的介质中沿直线传播2.X线不带电荷，经过磁场、电场时不会发生偏转,生物作用,3穿透作用是X线透视、摄影基础,X线具有强穿透性作用，其穿透能力和光子能量有关，还和物质结构性质有关。,Z,吸收,穿透,穿透作用同时也是选择X线防护材料基础,E,穿透,生物作用,4.荧光作用荧光屏、增感屏基础,X线能导致物质原子激发，在原子跃回基态时候发出可见荧光。,荧光屏,影像增强器,生物作用,电离作用是X线损伤、治疗基础,X线能导致物质原子或分子电离,X线,气体,电荷,电离,产生,测量,剂量计,电离作用也是测量X线量基础,6.热作用,物质吸收的X线能量，绝大数变为热能依据此原理做X射线吸收剂量测量装置-量热计,生物作用,（二）化学特性1.感光作用用于摄影检查X射线照射胶片，胶片感光,普通胶片感可见光,X线胶片感X线,2.着色作用,物质接受x线照射后，晶体脱水，颜色发生改变,（三）生物效应放射治疗基础，同时也是放射人员防护原因本质：X射线对生物组织、细胞（特别是增殖性细胞）具有损伤作用措施：对正常部位屏蔽，对肿瘤放疗,1发现X射线的物理学家是A贝克勒尔B居里夫人C戈瑞D拉德E伦琴2德国物理学家伦琴发现X射线的时间是A1901年11月8日B1895年12月8日C1898年8月11日D1896年11月8日E1895年11月8日3X射线在传播时，具有频率和波长，并有干涉、衍射等现象，突出表现的性质是A微粒性B波粒二象性C物理特性D生物效应特性E波动性4X射线在与物质相互作用时，具有能量、质量和动量，突出表现的性质是A.波动性B.微粒性C.波粒二象性D.物理特性E.生物效应特性,习题,E,E,E,B,试题开始是35个备选答案，备选答案后提出至少2道试题，请为每一道试题选择一个与其关系密切的答案。每个备选答案可以选用一次，也可以选用数次，也可以不选用。1X射线的发现基于2量热法依据的原理是3感光作用属于4肿瘤放射治疗的基础是利用5照射量的测量利用的是A化学特性B生物效应特性C热作用D荧光作用E电离本领,D,C,A,B,E,生物作用,一、X线产生的条件,高速电子流,阳极靶,高压电场,真空,第三节X射线的产生条件与装置,电子源,高速带电粒子撞击某种物质而突然受阻时都能产生X射线,条件,(1).X-射线管,(2).低压源(510v),(3).高压(104105v),二、X射线的发生装置,核心部分,X射线管,阳极阻止高速电子流,阴极产生电子,旋转阳极固定阳极,钨丝,玻璃壳,X射线管,接变压器,玻璃,钨灯丝,金属聚灯罩,铍窗口,金属靶,冷却水,电子,X射线,X射线,X射线管剖面示意图,（回车键演示）,X射线的产生过程演示,40KV高压,220V400mA电流,26,1产生X射线的必备条件是A电子源B高速电子流C阳极靶面D以上都是E以上都不是2关于X线产生条件的叙述，错误的是A电子源B高速电子流C阻碍电子流的靶面D高速电子与靶物质相互作用的结果EX线管的靶面均由钼制成3X线管的靶面材料通常是A铁B钼C金D铜E钨4软组织摄影用X线管阳极的靶面材料是A钨B铁C金D铝E钼,D,E,E,E,第四节X射线的产生原理,一、电子与物质的相互作用高速电子与靶原子碰撞形成的能量损失分为碰撞损失-高速电子与靶原子外层电子作用-热能辐射损失-高速电子与靶原子的内层电子或原子核作用-辐射射线高速电子能量低时，碰撞损失为主；能量高时，辐射损失为主,X线谱由两部分组成,1、连续X线谱-光谱连续,2、特征X线谱-光谱,二、两种X射线的产生原理,（一）连续X射线的产生原理,经典电磁学理论：当一个带电体在外电场中速度变化时，带电体向外辐射电磁波依次类推：高速电子进入到原子核附近的强电场区域，电子的速度大小和方向必然变化，以电磁波的形式向外辐射能量，即损失的能量直接转化成X线,产生连续X射线的原因：电子与靶原子核的相对位置是任意的电子进入靶的初动能经过多少次碰撞辐射而完全丧失也不确定,X线的最短波长,min,min,min,min,最短波长对应X线最大能量，且最大能量的KeV值等于管电压的KV值,最短波长对应最大X线光子能量，产生最大X线光子能量的条件：在峰值管电压下加速单次碰撞传递所有能量,注意：最大X线光子能量的KeV等于管电压的KV数值例：100KV的管电压产生的最大X线光子能量为100KeV,例1:求管电压为100KV时X线的最短波长和最大光子能量。,解,影响因素,a、与靶原子序数成正比,b、与管电流大小成正比,c、与管电压2次方成正比,最强波长,1与连续X射线的最短波长有关的是A管电流B照射时间C电子电量D光子数量E管电压2影响连续X射线产生的因素是A靶物质B管电流C管电压D高压波形E以上都是3下列叙述正确的是A连续X射线强度与靶物质的原子序数成反比B连续X射线强度与管电流成反比C连续X射线强度与管电压成正比D连续X射线强度与高压波形无关E以上都不对4计算150kV的管电压产生的X射线的最短波长A0012399nmB0020665nmC0016532nmD0024798nmE0008266nm,E,E,E,E,5关于连续X线光子能量的叙述，错误的是AX线是一束混合能谱B能量决定于电子的能量C能量决定于核电荷D能量决定于电子接近核的情况E能量大X线波长长6X线束成为混合射线其原因为A固有滤过材料不同B靶物质的材料不同C由于光电效应所致D由于康普顿效应所致E阴极产生的电子能量不同7在描述X线时，经常用到kV(kVp)和keV两个单位，它们之间的区别与联系错误的是AkV是指X线管两极间管电压的千伏值BkVp是指峰值管电压的千伏值CkeV表示单个电子或光子等基本粒子能量的千电子伏值D如果电子从100kV管电压的中，获得100keV的高速运动能量E如果电子从100kV管电压的中，撞击阳极靶物质发生能量转换时，产生的光子最大能量是100kV,E,E,E,8产生的X线光谱的频率是连续分布的原因是A每个高速电子与靶原子作用时的相对位置不同B各相互作用对应的辐射损失不同C当高速电子基本上没有受原子核影响的时候，就会产生能量相对低的射线D当高速电子直接撞击在原子核上，电子失去了它的全部动能，产生的X射线的能量等于入射电子的动能E以上都对9连续X线光子的能量取决于A电子接近核的情况B电子的能量C核电荷D以上都是E以上都不是10当入射电子把全部动能转换为X射线光子能量时对应于A.最大波长B.最强波长C.平均波长D.最小频率E.最短波长,D,E,E,11以下描述正确的是A在X射线能谱中，曲线下所包括的总面积代表X射线的能量B单能X射线的强度I与光子能量成反比C单能X射线的强度I与光子数目成反比D单能X射线的强度I与光子数目无关E单能X射线的强度I与光子数目成正比,E,（二）特征X射线的产生原理,钨靶在较高管电压下的X射线谱,线状光谱的能量与管电压无关由靶的物质材料性能决定不同靶材料都有自己特定的形状光谱,nuclear,k,L,M,自由电子,高速电子,（1）特征X线产生的物理过程,高速电子进入靶物质后，其动能被靶原子内壳层电子获得，一部分用来脱离原子核束缚作功（逸出功）；另一部分变成逸出后电子的动能。,当电子逸出后，原子内壳层就出现了空位，外壳层电子将向内壳层填充，辐射的电磁波（X线）由两能级差确定,E2-E1=hc/v,特征放射示意图,（2）特征X射线的激发电压,靶原子的轨道电子在原子中有确定的结合能W。当炸弹电子的动能大于内层电子结合能时，才可能使电子逸出造成空位，产生X射线。,炸弹电子的动能大小完全由管电压确定,U=W/e为最低激发电压。UkULUMUNX光子辐射以K系为主。,几种靶材料产生K、L系特征放射的激发电压,（3）影响特征X射线的因素,需要指出:特征X线只占很少一部分，医用X线主要使用连续辐射部分，物质结构的光谱分析用特征辐射,特征谱线位置(频率大小)只与物质结构有关。,特征谱线的强度（K系）,X射线是如何产生的,第五节X射线的量与质,一、概念及其表示方法X射线的强度单位时间内通过与射线方向垂直的单位面积的X射线能量之和使X射线强度增加的方法：1）增加管电流：使单位时间内轰击阳靶的高速电子数目增多2）增加管电压：使每个光子的能量增大,X射线的量,X射线的量：指X射线束的光子数目。通常以X线管的管电流与X线照射时间乘积，即毫安秒来表示X线的量。,X射线的质（硬度）,指它的贯穿本领，决定于波长。波长愈短的X射线，光子的能量愈大，贯穿本领愈强，它的硬度就愈大。X射线的硬度的影响因素：由管电压控制，管电压愈高，X射线愈硬。因此，在医学上通常用管电压来衡量X射线的硬度。同时也与滤过情况相关，过滤板越厚，线质越硬,二、影响X射线量与质的因素,1、影响X线量的因素,IU2iZt,（1）靶原子Z,（2）管电流,（3）管电压,（4）投照时间,管电流对X射线量的影响,管电压对X射线量的影响,靶物质的原子序数对X射线量的影响,2、影响X线质的因素,影响X光子频率的因素,取决于管电压的大小滤过条件也会产生影响,第六节X射线的产生效率,在X线管中产生X线能量与加速电子所消耗电能的比值叫X线的产生效率,用连续X线的总强度表示X线的辐射功率(极少的特征X线可忽略),加速电压产生的总功率(大部分转换成热能)为管电流与管电压的乘积,X线管产生X线的效率一般不足1%,绝大部分生成热而使靶面大幅升温。,例2：求钨(Z=74)靶在管电压为100kV时X线的产生效率。,钨靶在不同电压值的效率,解：,X线的产生效率,1下列叙述错误的是A管电压越高，产生的X射线最短波长越短BX射线的最短波长对应于最大光子能量C管电压越高，X射线的产生效率越大D阳极靶物质的原子序数越大，X射线的产生效率越大E管电流越高，X射线的产生效率越大2能量80keV的电子入射到X射线管的钨靶上产生的结果是A连续X射线的最大能量是80keVB特征X射线的最大能量是80keVC产生的X射线绝大部分是特征X射线D仅有1的电子能量以热量的形式沉积在钨靶中E以上都是3X线发生效率的公式是A=KZUB=KZ2UC=KZU2D=K2ZUE=KZU,E,E,A,4关于特征X线的叙述，正确的是AX线最短波长仅与管电压有关B管电压升高特