第三章_X线产生

1、第三章 X射线的产生第一节第一节 X射线的发现及用途射线的发现及用途第二节第二节 X射线的本质与特性射线的本质与特性第三节第三节 X射线的产生条件与装置射线的产生条件与装置第四节第四节 X射线的产生原理射线的产生原理第五节第五节 X射线的量与质射线的量与质第六节第六节 X射线的产生效率射线的产生效率第七节第七节 X射线强度的空间分布射线强度的空间分布第一节第一节 X射线的发现及用途射线的发现及用途一、X射线的发现 1895年年11月月8日，德国物理学家日，德国物理学家伦琴伦琴研研究阴极射线时发现，由于对其本质不了解，究阴极射线时发现，由于对其本质不了解，称为称为X射线射线，亦称，亦称伦琴射线。

2、伦琴射线。1901年第一年第一届届诺贝尔物理学诺贝尔物理学奖颁给了伦琴奖颁给了伦琴Roentgen二、二、X射线的用途射线的用途 医学医学-诊断和治疗诊断和治疗 晶体结构分析晶体结构分析 工业探伤工业探伤 货运集装箱透视检查货运集装箱透视检查质子刀治癌癌症治疗的前沿技术质子刀治癌癌症治疗的前沿技术.mp4二、二、X X射线的用途射线的用途X射线广泛地应用医学、工程、材料、宇航射线广泛地应用医学、工程、材料、宇航事业上。例如：事业上。例如：人体探伤人体探伤晶体结构分析晶体结构分析材料和构件无损探伤材料和构件无损探伤第二节第二节 X射线的本质与特性射线的本质与特性一、一、X射线的本质射线的本质-高

3、频电磁波高频电磁波频率在频率在3101631020 Hz之间，波长在之间，波长在1010-3nm之间之间 一、一、X射线的本质射线的本质1、波动性、波动性体现体现：具有衍射、偏振、反射、折射现象：具有衍射、偏振、反射、折射现象表现表现：以一定的波长和频率在空间传播，波长、频率、：以一定的波长和频率在空间传播，波长、频率、 周期分别用周期分别用，f，T表示表示T*V 2、粒子性、粒子性 体现体现：把：把X射线束看作是由单个射线束看作是由单个X射线光子组成射线光子组成表现表现：X射线与物质的相互作用如光电效应、康普顿射线与物质的相互作用如光电效应、康普顿效应、荧光作用、电离作用等效应、荧光作用、电

4、离作用等hfE 单个光子的能量：单个光子的能量：3、波粒二象性、波粒二象性 X线在线在传播过程传播过程中表现波动性中表现波动性 X线在线在与物质相互作用与物质相互作用过程中表现波动性过程中表现波动性二、二、X射线的基本特性射线的基本特性物理物理特性特性化学化学特性特性生物生物特性特性1、在均匀、各在均匀、各向的介质中直线向的介质中直线传播传播2、不带电、不带电3、穿透本领强、穿透本领强4、荧光作用、荧光作用5、电离作用、电离作用6、热作用、热作用1、感光作用、感光作用2、着色作用、着色作用可使细胞产生可使细胞产生抑制、损伤、抑制、损伤、坏死。坏死。（一）物理特性（一）物理特性1.X线属于不可见

5、电磁波，在均匀且各向同性的介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线不带电荷，经过磁场、电场时不会发生偏转生物作用生物作用3穿透作用是穿透作用是X线透视、摄影基础线透视、摄影基础X X线具有强穿透性作用，其穿透能力和光子能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。量有关，还和物质结构性质有关。Z Z吸收吸收穿透穿透穿透作用同时也是选择穿透作用同时也是选择X线线防护材料基础防护材料基础E E穿透穿透生物作用生物作用4.荧光作用荧光屏、增感屏基础荧光作用荧光屏、增感屏基础X X线能导致物质原子激发

6、，在原子跃回基态时候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。发出可见荧光。荧光屏荧光屏影像增强影像增强器器生物作用生物作用电离作用是电离作用是X线损伤、治疗基础线损伤、治疗基础X X线能导致物质原子或分子电离线能导致物质原子或分子电离X X线线气体气体电荷电荷电离电离产生产生测量测量剂量计电离作用也是测量电离作用也是测量X线量基础线量基础6.热作用热作用物质吸收的物质吸收的X线能量，绝大数变为热能线能量，绝大数变为热能依据此原理做依据此原理做X射线吸收剂量测量装置射线吸收剂量测量装置-量热计量热计生物作用生物作用（二）化学特性（二）化学特性1.感光作用用于摄影检查感光作用用于摄影

7、检查X射线照射胶片，胶片感光射线照射胶片，胶片感光普通胶片感普通胶片感可见光可见光X线胶片线胶片感感X线线2.着色作用着色作用物质接受物质接受x线照射后，晶体脱水，颜色发生改变线照射后，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（三）生物效应放射治疗基础，同时也是放射人员防护原因放射人员防护原因 本质本质： X射线对生物组织、细胞（特别是增殖性细射线对生物组织、细胞（特别是增殖性细胞）具有损伤作用胞）具有损伤作用 措施措施：对正常部位屏蔽，对肿瘤放疗对正常部位屏蔽，对肿瘤放疗广州积极筹备肿瘤放疗新技术广州积极筹备肿瘤放疗新技术.mp4 1发现发现X射线的物理学家是射线的物理学家

8、是 A贝克勒尔贝克勒尔 B居里夫人居里夫人 C戈瑞戈瑞 D拉德拉德 E伦琴伦琴2德国物理学家伦琴发现德国物理学家伦琴发现X射线的时间是射线的时间是 A1901年年11月月8日日 B1895年年12月月8日日 C1898年年8月月11日日 D1896年年11月月8日日 E1895年年11月月8日日3X射线在传播时，具有频率和波长，并有干涉、衍射等现象，射线在传播时，具有频率和波长，并有干涉、衍射等现象，突出表现的性质是突出表现的性质是 A微粒性微粒性 B波粒二象性波粒二象性 C物理特性物理特性 D生物效应特性生物效应特性 E波动性波动性4X射线在与物质相互作用时，具有能量、质量和动量，突出射线在

9、与物质相互作用时，具有能量、质量和动量，突出表现的性质是表现的性质是 A.波动性波动性 B.微粒性微粒性 C.波粒二象性波粒二象性 D.物理特性物理特性 E.生物效应特性生物效应特性习题EEEB试题开始是试题开始是35个备选答案，备选答案后提出至少个备选答案，备选答案后提出至少2道试道试题，请为每一道试题选择一个与其关系密切的答案。每题，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，也可以不个备选答案可以选用一次，也可以选用数次，也可以不选用。选用。 1X射线的发现基于射线的发现基于2量热法依据的原理是量热法依据的原理是3感光作用属于感光作用属于4肿瘤放射

10、治疗的基础是利用肿瘤放射治疗的基础是利用5照射量的测量利用的是照射量的测量利用的是A化学特性化学特性 B生物效应特性生物效应特性 C热作用热作用D荧光作用荧光作用 E电离本领电离本领DC A B E 生物作用生物作用一、一、X X线产生的条件线产生的条件高速电子流高速电子流阳极靶阳极靶高压电场高压电场真空真空 第三节第三节 X 射线的产生条件与装置射线的产生条件与装置电子源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射线射线条件条件(1).(1).X-X-射线管射线管(2).(2).低压源低压源(510v)(510v)(3).(3).高压高压

11、(10(104 410105 5v )v )二、二、 X 射线的发生装置射线的发生装置核心部分核心部分X X射线管射线管阳极阻止高速电子流阳极阻止高速电子流阴极产生电子阴极产生电子旋转阳极旋转阳极固定阳极固定阳极钨丝钨丝玻璃壳玻璃壳X X射线管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261产生产生X射线的必备条件是射线的必备条件是 A电子源电子源 B高速电子流高速电子流 C阳极靶面阳极靶面 D以上都是以上都是 E以上都不是以上都不是2关于关于X线产生条件的叙述，错误的是线产生条件的

12、叙述，错误的是 A电子源电子源 B高速电子流高速电子流 C阻碍电子流的靶面阻碍电子流的靶面 D高速电子与靶物质相互作用的结果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线管的靶面均由钼制成3X线管的靶面材料通常是线管的靶面材料通常是 A铁铁 B钼钼 C金金 D铜铜 E钨钨4软组织摄影用软组织摄影用X线管阳极的靶面材料是线管阳极的靶面材料是A钨钨B铁铁 C金金 D铝铝 E钼钼DEEE第四节第四节 X射线的产生原理射线的产生原理一、电子与物质的相互作用一、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高速电子与靶原子碰撞形成的能量损失分为 碰撞损失碰撞损失-高速电子与靶原子

13、外层电子作用高速电子与靶原子外层电子作用-热能热能 辐射损失辐射损失-高速电子与靶原子的内层电子或原子核高速电子与靶原子的内层电子或原子核作用作用-辐射射线辐射射线 高速电子能量低时，碰撞损失为主；能量高时，辐高速电子能量低时，碰撞损失为主；能量高时，辐射损失为主射损失为主 X线谱由两部分组成线谱由两部分组成1、连续、连续X线谱线谱-光谱连续光谱连续2、特征特征X线谱线谱-光谱光谱 二、两种二、两种X 射线的产生原理射线的产生原理（一）（一）连续连续X射线的产生原理射线的产生原理经典电磁学理论经典电磁学理论：当一个带电：当一个带电体在外电场中速度变化时，带体在外电场中速度变化时，带电体向外辐射

14、电磁波电体向外辐射电磁波 依次类推依次类推：高速电子进入到原：高速电子进入到原子核附近的强电场区域，电子子核附近的强电场区域，电子的速度大小和方向必然变化，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，以电磁波的形式向外辐射能量，即损失的能量即损失的能量直接转化直接转化成成X线线产生连续产生连续X X射线的原因：射线的原因： 电子与靶原子核的相对位置是任意的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221mveU MaxhfheUfMax minmax fc UeUhc19834min1

15、06 . 11031063. 6nm)(24. 1minkVUX线的最短波长线的最短波长minminminmin最短波长对应最短波长对应X线最大能量，且最大能量的线最大能量，且最大能量的KeV值等于管电压值等于管电压的的KV值值最短波长对应最大最短波长对应最大X线光子能量，产生最线光子能量，产生最大大X线光子能量的条件：线光子能量的条件： 在峰值管电压下加速在峰值管电压下加速 单次碰撞传递所有能量单次碰撞传递所有能量注意注意：最大：最大X线光子能量的线光子能量的KeV等于管电压的等于管电压的KV数值数值例例：100KV的管电压产生的最大的管电压产生的最大X线光子能量为线光子能量为100KeV例

16、例1 :求管电压为求管电压为100KV时时X线的最短线的最短波长和最大光子能量波长和最大光子能量。 解解nm0124. 01001.24)(24. 1minkVU92834101024110310636 .min hchfEMaxeV10J.5 141061影响因素影响因素a、与靶原子序数成正比与靶原子序数成正比b、与管电流大小与管电流大小成成正比正比c、与管电压与管电压2 2次方次方成成正比正比2XKiZUI连射线的强度为：连续minmin2.51.5平均最强最强波长最强波长1与连续与连续X射线的最短波长有关的是射线的最短波长有关的是 A管电流管电流 B照射时间照射时间 C电子电量电子电量

17、D光子数量光子数量 E管电压管电压2影响连续影响连续X射线产生的因素是射线产生的因素是 A靶物质靶物质 B管电流管电流 C管电压管电压 D高压波形高压波形 E以上都是以上都是3下列叙述正确的是下列叙述正确的是 A连续连续X射线强度与靶物质的原子序数成反比射线强度与靶物质的原子序数成反比 B连续连续X射线强度与管电流成反比射线强度与管电流成反比 C连续连续X射线强度与管电压成正比射线强度与管电压成正比 D连续连续X射线强度与高压波形无关射线强度与高压波形无关 E以上都不对以上都不对4计算计算150kV的管电压产生的的管电压产生的X射线的最短波长射线的最短波长 A0012399nm B002066

18、5nm C0016532nm D0024798nm E0008266nmEEEE5关于连续关于连续X线光子能量的叙述，错误的是线光子能量的叙述，错误的是 AX线是一束混合能谱线是一束混合能谱 B能量决定于电子的能量能量决定于电子的能量 C能量决定于核电荷能量决定于核电荷 D能量决定于电子接近核的情况能量决定于电子接近核的情况E能量大能量大X线波长长线波长长6X线束成为混合射线其原因为线束成为混合射线其原因为 A固有滤过材料不同固有滤过材料不同 B靶物质的材料不同靶物质的材料不同 C由于光电效应所致由于光电效应所致 D由于康普顿效应所致由于康普顿效应所致 E阴极产生的电子能量不同阴极产生的电子能

19、量不同7在描述在描述X线时，经常用到线时，经常用到kV(kVp)和和keV两个单位，它们之间两个单位，它们之间的区别与联系错误的是的区别与联系错误的是 AkV是指是指X线管两极间管电压的千伏值线管两极间管电压的千伏值 BkVp是指峰值管电压的千伏值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如果电子从如果电子从100kV管电压的中，获得管电压的中，获得100keV的高速运动能量的高速运动能量 E如果电子从如果电子从100kV管电压的中，撞击阳极靶物质发生能量转管电压的中，撞击阳极靶物质发生能量转换时，产生的光子最大

20、能量是换时，产生的光子最大能量是100kVEEE8产生的产生的X线光谱的频率是连续分布的原因是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，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，产生的产生的X射线的能量等于入射电子的动能射线的能量等于入射电子的动能 E以上都对以上都对9连续

21、连续X线光子的能量取决于线光子的能量取决于 A电子接近核的情况电子接近核的情况 B电子的能量电子的能量 C核电荷核电荷D以上都是以上都是 E以上都不是以上都不是10当入射电子把全部动能转换为当入射电子把全部动能转换为X射线光子能量时对应于射线光子能量时对应于 A.最大波长最大波长 B.最强波长最强波长 C.平均波长平均波长 D.最小频率最小频率 E.最短波长最短波长DEE11以下描述正确的是以下描述正确的是A在在X射线能谱中，曲线下所包括的总面积代表射线能谱中，曲线下所包括的总面积代表X射线的能量射线的能量B单能单能X射线的强度射线的强度I与光子能量成反比与光子能量成反比 C单能单能X射线的强

22、度射线的强度I与光子数目成反比与光子数目成反比 D单能单能X射线的强度射线的强度I与光子数目无关与光子数目无关 E单能单能X射线的强度射线的强度I与光子数目成正比与光子数目成正比E（二）特征（二）特征X射线的产生原理射线的产生原理钨靶在较高管电压下的钨靶在较高管电压下的X射线谱射线谱 线状光谱的能量与管电压无关线状光谱的能量与管电压无关 由靶的物质材料性能决定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不同靶材料都有自己特定的形状 光谱光谱nuclearkLM自由电子自由电子高速电子高速电子（1 1）特征特征X线产生的物理过程线产生的物理过程 高速电子进入靶物质后，其动能被高速电子进入

23、靶物质后，其动能被靶原子内壳层电子获得，一部分用来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。一部分变成逸出后电子的动能。当电子逸出后，原子内壳当电子逸出后，原子内壳层就出现了空位，外壳层层就出现了空位，外壳层电子将向内壳层填充，辐电子将向内壳层填充，辐射的电磁波射的电磁波（ X线）线）由两由两能级差确定能级差确定 E2- E1= hc/v 特征放射示意图特征放射示意图（2）特征特征X射线的激发电压射线的激发电压 靶原子的轨道电子在原子中有确定的结合能靶原子的轨道电子在原子中有确定的结合能W。当炸弹当炸弹电子的动能

24、大于内层电子结合能电子的动能大于内层电子结合能时，才可能时，才可能使电子逸出造成空位，产生使电子逸出造成空位，产生X射线。射线。炸弹电子的动能大小完全由管电压确定炸弹电子的动能大小完全由管电压确定WeU U = W/e 为最低激发电压。为最低激发电压。Uk UL UM UN X光子辐射以光子辐射以K系为主。系为主。几种靶材料产生几种靶材料产生K、L系特征放射的激发电压系特征放射的激发电压（3）影响特征影响特征X射线的因素射线的因素nKKUUiKI)(2 需要指出需要指出:特征特征X线只占很少一部分，医用线只占很少一部分，医用X线主线主 要使用连续辐射部分，物质结构的光谱分析用特征辐要使用连续辐

25、射部分，物质结构的光谱分析用特征辐射射特征谱线位置特征谱线位置(频率大小频率大小)只与物质结构有关。只与物质结构有关。特征谱线的强度特征谱线的强度（K系系）X射线是如何产生的第五节第五节 X 射线的量与质射线的量与质一、概念及其表示方法一、概念及其表示方法X X射线的强度射线的强度 单位时间内通过与射线方向垂直的单位面积的单位时间内通过与射线方向垂直的单位面积的X X射线射线能量之和能量之和使使X X射线强度增加的方法：射线强度增加的方法： 1 1）增加管电流：使单位时间内轰击阳靶的高速电子）增加管电流：使单位时间内轰击阳靶的高速电子数目增多数目增多 2 2）增加管电压：使每个光子的能量增大）

26、增加管电压：使每个光子的能量增大X X射线的量射线的量X X射线的量：射线的量： 指指X X射线束的光子数目。通常以射线束的光子数目。通常以X X线管的线管的管电流与管电流与X X线照射时间线照射时间乘积，即毫安秒来表示乘积，即毫安秒来表示X X线的量。线的量。X X射线的质（硬度）射线的质（硬度） 指它的指它的贯穿本领，决定于波长贯穿本领，决定于波长。 波长愈短的波长愈短的X X射线，光子的能量愈大，贯穿本领射线，光子的能量愈大，贯穿本领愈强，它的硬度就愈大。愈强，它的硬度就愈大。X X射线的硬度的影响因素：射线的硬度的影响因素： 由管电压控制，管电压愈高，由管电压控制，管电压愈高，X X射

27、线愈硬。因此，射线愈硬。因此，在医学上通常用在医学上通常用管电压来衡量管电压来衡量X X射线的硬度。射线的硬度。 同时也与滤过情况相关，过滤板越厚，线质越硬同时也与滤过情况相关，过滤板越厚，线质越硬名名 称称管电压管电压(kV)最短波长最短波长(nm)主要用途主要用途极软极软X射线射线软软X射线射线硬硬X射线射线极硬极硬X射线射线52020100250以上以上0.250.0620.0620.0120.005以下以下软组织摄影，表皮治疗软组织摄影，表皮治疗透视和摄影透视和摄影较深组织治疗较深组织治疗深部组织治疗深部组织治疗1002500.0120.005二、影响二、影响 X 射线量与质的因素射线

28、量与质的因素 1、影响、影响X线线 量的因素量的因素I U2iZt（1）靶原子靶原子 Z（2）管电流管电流（3）管电压管电压（4）投照时间投照时间管电流对管电流对X射线量的影响射线量的影响管电压对管电压对X射线量的影响射线量的影响靶物质的原子序数对靶物质的原子序数对X射线量的影响射线量的影响2、影响、影响X线质的因素线质的因素影响影响X光子频率的因素光子频率的因素 取决于管电压的大小取决于管电压的大小 滤过条件也会产生影响滤过条件也会产生影响第六节第六节 X射线的产生效率射线的产生效率 在在X线管中产生线管中产生X线能量与加速电子所消耗电能的比线能量与加速电子所消耗电能的比值叫值叫X线的产生效

29、率线的产生效率 用连续用连续X线的总线的总强度表示强度表示X线的辐线的辐射功率射功率( (极少的特极少的特征征X X线可忽略线可忽略) ) 加速电压产生的加速电压产生的总功率总功率 ( (大部分转大部分转换成热能换成热能) ) 为管电为管电流与管电压的乘积流与管电压的乘积2KiZUI 199104 . 1101 . 1VKiUKZUiUKiZU 2 X线管产生线管产生X线的线的效率一般不足效率一般不足1%,绝大部分生成热而绝大部分生成热而使靶面大幅升温。使靶面大幅升温。例例2：求钨：求钨(Z=74)靶靶 在管电压为在管电压为100kV 时时X线的产生效率。线的产生效率。钨靶在不同电压值的效率钨靶在不同电压值的效率解：解：%9 . 01074102 . 159KZUX线的产生效率线的产生效率1 1下列叙述错误的是下列叙述错误的是 A A管