X线与物质的相互作用参考幻灯片.ppt

1、x (或)射线与物质的相互作用，2、原子的核外电子在与外界的相互作用下得到了充分的能量，摆脱了原子核的束缚，引起了原子的电离。 电离是由具有足够动能的带电粒子，如电子、质子、粒子与原子中的电子碰撞而产生的。 原子的核外电子因原子核的束缚而不同，带电粒子必须具有比原子核的壳层电子小的束缚能，才能使物质的原子电离。 3、不带电的粒子，例如光子、中子等，不能使物质电离，但是与原子的壳电子和原子核发生作用的二次粒子，例如电子、排斥核等，与物质中的原子发生作用，引起原子的电离。 带电粒子通过碰撞直接电离物质的原子或分子的电离，这些带电粒子称为直接电离粒子。 非带电粒子通过与物质的相互作用产生的带电粒子引起原子的电离，被称为间接电离。 这些不带电的粒子称为间接电离粒子。 4、由直接电离粒子或间接电离粒子或者两者混合而成的放射线成为电离放射线。 另外，也有放射红外线、可见光、微波等电磁波和低能量粒子的物质，因其能量低，不能引起物质原子的电离，成为非电离放射线。 5、辐射类型、directlyionizinggradingelectronsprotins- partisotherheavychargedparticleindirectlyionizingggradingchargadingpation 7、带电粒子与物质相互作用的主要方式是，具有一定能量的带电粒子入射靶物质，与物质原子发生作用，作用的主要方式是：与核外电子发生非弹性碰撞；与原子核发生非弹性碰撞；与原子核发生核反应。 8、9、x射线与物质的相互作用，x射线与物质的作用均与原子发生作用。 x射线在物质中会引起物理上、化学上、生物上的各种各样的效果。 x光子进入生物组织后，与体内某些电子相互作用，与高速电子形成散射线。 高速电子通过组织时，与原子相互作用，电离或激发，产生化学变化和生物损伤的吸收能量中，97%以热能蓄积，3%以引起化学变化的形式蓄积。 10、x射线与物质的相互作用，高速电子引起放射性碰撞产生韧性辐射，韧性辐射和散射线还继续原线那样物质的原子作用。 通过平均30次左右的相互作用，入射到光子上的能量全部转移到电子上。 当x光子进入生物组织时，光子能量在其中迁移、吸收，最终产生生物效应。 11、x射线与物质的相互作用，x射线在物质中可能与原子的电子、原子核、带电粒子的电场、原子核的中子场相互作用，作用的结果可能引起光子的吸收、弹性散射、非弹性散射。 吸收时间的子的能量全部变成其他形式的能量的弹性散射只改变放射的传播方向，非弹性散射改变放射的方向，也部分地吸收光子的能量。 12、x射线与物质的相互作用、x射线与物质的相互作用主要过程是光电效应康普顿效应(Comptoneffect )三个主要过程丧失了大部分能量。 其他次要过程包括相干散射、光核反应等。 13、总之，hvEi康普顿效应hv2mec2电子对效应hv高的光核反应的总质量减弱系数为、吸收和散射、入射x射线、直接透射、光吸收、电子对效应、散射、光电子、俄歇电子、特征辐射、康普顿散射、相干散射、散射光子、排斥电子、正电子、电子、消灭辐射光子， 15、总结、16、总结0.0110MeV范围内，当光电效应、康普顿效应和电子对效应三者产生的光子能量低时，除低z以外的所有元素都以光电效应为主。光子能量为0.84MeV时，不管z的大小，康普顿效应是支配性的。 大的HV，电子效果很好。 图中的曲线表示2种邻接效果正好相等时的z和h的值。 在20100keV的诊断x线范围内，光电效应和康普顿效应至关重要，相干散射不占主要地位，不可能发生电子对效应。 17、总结水、致密骨和NaI对20100keV光子能产生的各种作用的百分比。 18、诊断放射学作用概率与有效原子序号和能量的关系，19、总结用水说明低z组织情况，如空气、脂肪和肌肉。 致密的骨头含有很多钙，代表中等z的物质。 相干散射只占5%左右。 水中除低能光子外，以康普顿散射为主。 NaI的z高度主要是光电作用。 骨介于水与NaI之间，低能时主要是光电作用，高能时主要是康普顿散射。 20、总之，对于z低的软组织，在放射线能量低时采用以光电效应为主的放射线摄影中经常使用的钼靶x射线机进行低能量x射线摄影，是为了提高光电效应的概率，提高照片的对比度。 低能量光子对于高z吸收物质，光电效应是主要的作用形式，给照片带来良好的对比度，但会增加受检者的x射线量。 康普顿效应是x射线在人体内最常发生的作用，是x射线诊断中散射线最主要的来源。 散射线增加了照片的模糊，降低了对比度，但与光电效果相比，降低了受检者的辐射量。 21、22、光电效应、光电效应概念发生概率光电效应中的特征放射光电子的角分布如何评价诊断放射线学中的光电效应23、1 .光电效应概念、能量HV的光子通过物质时与原子的内层电子相互作用，将所有能量传递给电子，得到能量的电子从原子核的束缚中自由24，1 .光电效应的概念是，放出光电子的原子所处的状态不稳定，其电子空穴立刻飞入外层的电子中充填，立刻放出特征性的x射线光子。 特征性的x射线在离开原子之前，将外侧的电子敲除，称为“俄歇电子”。 人体组织中特征x射线和俄歇电子的能量不足0.5keV，这些低能量光子和电子很快被周围的组织吸收。 光电效应的概念，光电效应的本质是什么呢？物质吸收x射线使之电离的过程。 根据能量守恒定律，当发生光电效应时，入射x射线光子能h与光电子的动能Ee满足关系，式中，EB为原子第I层电子的键能，与原子序号和壳层数有关。 26、例题：对某金属照射能量为5eV的光子，产生的光电子的最大初始动能为2.3eV，对该金属照射能量为10eV的光子，产生的光电子的最大初始动能为多少，27、1 .光电效应的概念，光电效应的产生：负离子(光电子，俄歇) 正离子(失去电子的原子)新光子(特征辐射)、28、2 .发生概率，入射光子必须具有足以克服轨道电子耦合能的能量。 碘的k电子结合能为33.2keV，光子能为33keV的话，虽然不能排斥该电子，但可以排斥m和l层的电子。 光子能量电子耦合容易产生光电效应。 例如34keV的光子比100keV的光子更容易与碘的k层电子发生作用。 光子能量越大，光电效应的发生概率就越快。 29，2 .发生概率，轨道电子和原子核越紧密结合，越容易发生光电效应。 高z物质，轨道电子的结合能大，不仅k层，其他的壳层上的电子也容易产生光电效应。 由于低z物质只有k电子结合能较大，因此光电效应基本发生在k层。30、2 .发生概率、光电子从原子内层脱落的概率比光电子从外层脱落的概率高得多。 如果入射到光子的能量大于k电子结合能，则光电效应在k层产生的概率占80%，比l层高45倍。31、2 .发生概率、x射线光子通过单位距离的吸收物质时，光电效应引起的衰减称为光电线性衰减系数，用符号“”表示的光电质量衰减系数用符号“/”表示。 实验和理论可以正确证明光电质量的衰减系数与原子序号、光子能量的关系：式中的n是原子序号的函数，低原子序号的材料n近似为4.8，32，吸收限制，33，2 .发生概率，光电效应的概率在光子能量等于k，l，m电子结合能时突然跳跃光电效应概率特别大的地方叫做吸收极限。 34，3 .光电效应中的特征辐射，x射线管中偏离轨道的电子是从阴极发射的高速电子，光电效应中是x射线光子，结果形成电子空穴，产生特征辐射。 在x射线光子击穿碘的k电子而产生k空穴的情况下，一般会使相邻的壳层的电子跳入空穴而进行填充。 l电子填充时产生的能量为28.3keV的光子辐射(33.2-4.9=28.3keV) l空穴在填充时从m电子释放出4.3keV的能量的光子(4.9-0.6=4.3keV )，持续到33.2keV的能量全部转换为光能为止。 k空穴也是来自外部的自由电子侵入填充，此时释放出33.2keV的光子，这是碘的最大能量的特征放射。 36，3 .光电效应中的特征辐射，Ca是人体内z最高的主要元素，其k特征辐射仅为4keV，远小于x射线光子能量，其发生后几毫米内被吸收。 人体内其他元素的特征辐射能量更小(0.5keV )。 人体各组织x线照射光电效应的特征放射线均被组织吸收。 37、4 .光电子的角度分布，在单位立体角内发射的光电子的角度分布，式中，是x射线光子的入射方向和光电子的出射角度，是光电子速度和光速之比。38、39、4 .光电子的角分布、光电子的角分布与光子的能量有关，当光子的能量低时，光电子在入射方向和90角出射的概率最高。 随着光子能量的增加，光电子的分布逐渐向前(入射方向)倾斜。 40，5 .诊断放射学光电效应，诊断放射学光电效应，可从利害两方面进行评价。 光电效应可以产生品质良好的照片图像。 原因：不产生散射线，减少照片模糊；增加人体不同组织和造影剂对放射线的吸收差异，制作对比度高的x线照片。 有害之处在于，入射的x射线被光电效应全部吸收到人体，受试者的剂量增加。 4-1，5 .诊断放射线学上的光电效果，从受检者接受x射线剂量来看光电效果是非常有害的。 受检者从光电效应受到的x射线剂量比其他任何作用都多。 入射到一个光子的能量在光电作用下全部被人体吸收，康普顿散射中受试者只吸收入射到光子的能量的一小部分。 从全面质量管理的观点出发，应该尽量减少每次x射线检查的剂量。 为了诊断放射线学上的光电效应，必须下功夫减少光电效应的发生。 由于光电效应的发生概率与光子能量的三次方成反比，利用这一特性，在实际工作中采用了高千伏成像技术，达到了降低剂量的目的。 但是，在乳腺的x线摄影中，要注意对比度和剂量的平衡的矛盾。 43、2、康普顿效应、作用过程散射光子、反冲电子散射光子和反冲电子角分布作用概率诊断放射学中康普顿效应发现的意义、44、2、康普顿效应、45、1 .作用过程中，能量HV的光子与原子的外层轨道电子相互作用时，光子被传递到轨道电子的部分能量后， 其频率变化，入射方向和角散射(康普顿散射光子)，得到充分能量的轨道电子从原子、光子入射方向和角的方向发射(康普顿散射光子)。 康普顿发现简称康普顿效应或康普顿散射。46，1 .作用过程，康普顿效应的发生：踢电子，踢角散射光子，散射角，频率，47，2 .踢电子和散射光子，只有在入射光子能量远远超过原子中的电子的结合能量(约10000倍)的情况下，才容易发生康普顿效应。 实际上忽略轨道电子的耦合能，将康普顿效应视为入射光子与自由电子的碰撞。 如2个球的碰撞(光子入射、自由电子)那样，碰撞时光子从电子边摩擦的情况下，偏转角度小，排斥电子得到的能量也小，散射光子残留大部分能量，如果碰撞更直接，则光子的偏转角度变大，损耗能量变多，在正向碰撞时， 反冲电子得到的能量最多，这时向反方向折返的散射光留有一定的能量。 48，2 .反冲电子和散射光子，49，2 .反冲电子和散射光子，矢量图显示了康普顿散射和在入射光子方向上具有不同角度的散射光子和反冲电子能量分配的特性。 h是入射光子能量，而h1、h2是以不同角度散射的光子能量。 数字1、210所示的向量是光子散射时生成反冲电子的动能。 光子在0180的空间范围内散射，反冲电子的发射角度在90以下。 50，2 .反冲电子和散射光子，散射光子能量和反冲电子动能t :51，偏转角为0时，散射光子能量最大，反冲电子动能为零，这表明在这种情况下，入射x射线光子掠过电子旁边，其能量没有损失。 当偏转角为180时，散射光的子能最小，相应地电子动能最大。 52，2 .反冲电子和散射光子、散射光子的能量随着散射角的增大而减小，康普顿散射期间光子波长的变化表明，相对于给定的散射角，光子波长的变化与入射到光子的能量没有关系。 53，2 .突跳电子和散射光子，表2-4各种偏转角度下散射光子的能量为光子能量散射光子的能量(kev)(kev ) 3060902524.924.42425352535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353 5353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353几乎所有能量因此，产生小角度的散射线，到达胶片后发生模糊，照片质量下降不可避免。 由于散射线的能量大，过滤板无法过滤的偏转角度小，因此也无法通过过滤器从方便的线束中取下。 55、例题，能量为20keV的光子和物质康普顿散射时，反冲电子得到的最大能量是多少？事实上，光子的波长变化最大时，转移到电子的能量变为最大。 在偏转角为180的情况下，最大变化波长是在、56、180方向上散射的光的波长，散射光的能量是20keV光子的波长，57、因此反冲电子的能量Ek如本问题进一步说明的那样，当低能量光子受到康普顿作用时58，3 .散射光子和反冲电子的角分布，康普顿散射光子的角分布很大程度上取决于入射光子的能量。 对于0.1Me