X线的产生和性质ppt课件

1、1;.2什么是什么是X X线？线？3一、一、X X线的发现线的发现 1895年年11月月8日，德国科学家伦琴在其实验室作阴极射线管（日，德国科学家伦琴在其实验室作阴极射线管（CRT）的气体放电现）的气体放电现象实验时意外发现象实验时意外发现X射线，也称伦琴射线。射线，也称伦琴射线。 1901年，伦琴因此成为第一个诺贝尔物理学奖得主。年，伦琴因此成为第一个诺贝尔物理学奖得主。 发现发现X射线后三个月，协助首例外科手术，射线后三个月，协助首例外科手术，20min拍摄拍摄1张头颅片。张头颅片。 4X X线的本质和特性线的本质和特性 X X线的本质线的本质1.1.具有波动性具有波动性 干涉、衍射、反射

2、、折射。干涉、衍射、反射、折射。2.2.具有微粒性具有微粒性 光电效应、荧光作用、电离作用。光电效应、荧光作用、电离作用。3.3.具有波粒二象性具有波粒二象性 X X线在传播中线在传播中波动性；波动性；X X线与物质相互作用时线与物质相互作用时粒子性粒子性5X X线的特性线的特性 1.物理特性物理特性 （1 1）穿透性：）穿透性：X X线成像的基础。线成像的基础。 （2 2）荧光作用：）荧光作用：X X线照射某些荧光物质（如钨酸钙）时能激发产生荧光，荧光屏、增线照射某些荧光物质（如钨酸钙）时能激发产生荧光，荧光屏、增感屏、影像增强器、闪烁晶体等都利用了这一特性。感屏、影像增强器、闪烁晶体等都利

3、用了这一特性。 （3 3）电离作用：）电离作用：X X线放射治疗的基础。线放射治疗的基础。 （4 4）热作用：）热作用：X X线被物质吸收，绝大部分最终都将变成热能，使物体升温。线被物质吸收，绝大部分最终都将变成热能，使物体升温。6X X线的特性线的特性 2.2.化学特性化学特性 （1 1）感光作用：）感光作用：X X线摄影的基础。线摄影的基础。 （2 2）着色作用：）着色作用： 3. 3.生物效应特性生物效应特性 生物组织经一定量的生物组织经一定量的X 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，这

4、种现象称为通过遗传变异影响下一代，这种现象称为X X射线的生物效应。这一特性在放射治疗中得射线的生物效应。这一特性在放射治疗中得到充分利用。到充分利用。78三、三、X X线的产生线的产生产生产生X X线必须具备三个基本条件：线必须具备三个基本条件：电子源电子源高速电子高速电子阳极靶面阳极靶面9X X线产生的装置线产生的装置 1.X 1.X线管线管 （1 1）阴极）阴极 由灯丝（钨丝绕制而成）和集射罩组成。由灯丝（钨丝绕制而成）和集射罩组成。 （2 2）阳极）阳极 是使高速电子突然受阻而产生是使高速电子突然受阻而产生X X线的地方。线的地方。 （3 3）管壳）管壳 是维持一个高真空度的空间，并起

5、着固定阳极和阴极的作用。是维持一个高真空度的空间，并起着固定阳极和阴极的作用。 在实际应用中，有固定阳极在实际应用中，有固定阳极X X线管和旋转阳极线管和旋转阳极X X线管。两者产生线管。两者产生X X线的原理完全相同，但线的原理完全相同，但后者容量大、性能好，是一种理想的后者容量大、性能好，是一种理想的X X线管。线管。10X X线球管线球管11旋转阳极旋转阳极X X线管线管12X X线球管线球管13 实际焦点（实际焦点（actual focal spotactual focal spot）：阴极灯丝射向阳极的高速电子流，经聚焦后撞击在）：阴极灯丝射向阳极的高速电子流，经聚焦后撞击在阳极靶面

6、上的面积。从灯丝正面发射的电子撞击在靶面上形成主焦点，从灯丝侧方发阳极靶面上的面积。从灯丝正面发射的电子撞击在靶面上形成主焦点，从灯丝侧方发射的电子撞击在靶面上形成副焦点。主焦点与副焦点共同形成实际焦点，理想的实际射的电子撞击在靶面上形成副焦点。主焦点与副焦点共同形成实际焦点，理想的实际焦点近似矩形。焦点近似矩形。 有效焦点（有效焦点（effective focal spoteffective focal spot）：实际焦点在）：实际焦点在X X线投射方向上的投影面积。一般为线投射方向上的投影面积。一般为长方形。长方形。 阳极面与阳极面与X X线投射方向之间的夹角叫阳极角（一般为线投射方向之

7、间的夹角叫阳极角（一般为10100 0-20-200 0）。）。14X X线产生的装置线产生的装置2.2.高压发生器高压发生器 包含灯丝电路（使包含灯丝电路（使X X线管灯丝加热而放射出电子），高压电路（使电线管灯丝加热而放射出电子），高压电路（使电子加速奔向阳极）以及限时电路（控制子加速奔向阳极）以及限时电路（控制X X线照射时间）。线照射时间）。3.3.控制台控制台 是整个是整个X X线机的控制中心。控制台上有多个开关和选择键，如电源开关，工线机的控制中心。控制台上有多个开关和选择键，如电源开关，工作方式，作方式，KVKV、mAmA、照射时间等选择键。、照射时间等选择键。4.4.机械装置和

8、辅助设备机械装置和辅助设备 如检查床、天地轨、支架、影像增强系统、如检查床、天地轨、支架、影像增强系统、X-X-电视等。电视等。15四、四、X X线产生原理线产生原理 电子与物质相互作用电子与物质相互作用 电子在碰撞过程中的能量损失可分为碰撞损失和辐射损失。电子在碰撞过程中的能量损失可分为碰撞损失和辐射损失。 1. 1.碰撞损失碰撞损失 凡属电子与原子的外层电子作用而损失的能量统称为碰撞损失，碰撞损失凡属电子与原子的外层电子作用而损失的能量统称为碰撞损失，碰撞损失的能量最后全部变为热。的能量最后全部变为热。 2. 2.辐射损失辐射损失 高速电子与原子的内层电子或原子核相互作用而损失的能量统称为

9、辐射损高速电子与原子的内层电子或原子核相互作用而损失的能量统称为辐射损失。失。 总之，运动电子在物质中碰撞的结果，导致能量的转换，电子的动能变为热能、电离总之，运动电子在物质中碰撞的结果，导致能量的转换，电子的动能变为热能、电离能和辐射能。即能和辐射能。即 E=E E=E热热+E+E电离电离+E+E辐射辐射 三种能量的分配比例，则因电子的能量及物质的性质而异三种能量的分配比例，则因电子的能量及物质的性质而异。16X X线的产生原理线的产生原理 X X线是在能量装换中产生的。对线是在能量装换中产生的。对X X线进行光谱分析发现它由两部分组成，一部分是高线进行光谱分析发现它由两部分组成，一部分是高

10、速电子与靶原子核相互作用产生的连续速电子与靶原子核相互作用产生的连续X X线；另一部分是高速电子在与靶原子的内层轨线；另一部分是高速电子在与靶原子的内层轨道电子相互作用中产生的标识靶原子特性的特征道电子相互作用中产生的标识靶原子特性的特征X X线。可见线。可见X X线是由这两种成分组成的线是由这两种成分组成的混合射线。混合射线。17X X线的产生原理线的产生原理 1.1.连续连续X X线线 连续辐射又称轫致辐射（连续辐射又称轫致辐射（bremsstrahlung rediationbremsstrahlung rediation）。它是高速电子与靶原子核）。它是高速电子与靶原子核相互作用时产生

11、的、具有连续波长的相互作用时产生的、具有连续波长的X X线。连续辐射构成连续线。连续辐射构成连续X X线谱（线谱（continuous X-continuous X-ray spectrumray spectrum），是包括多种能量光子的混合射线。），是包括多种能量光子的混合射线。18连续连续X X线线 连续连续X X线产生的物理过程：轫致辐射是辐射损失的一种，它是产生连续线产生的物理过程：轫致辐射是辐射损失的一种，它是产生连续X X线的机制。线的机制。 由于每个高速电子与靶原子作用时的相对位置不同，且每个电子与靶原子作用前具由于每个高速电子与靶原子作用时的相对位置不同，且每个电子与靶原子作用

12、前具有的能量也不同，所以各次作用对应的辐射损失也不同，因此发出的有的能量也不同，所以各次作用对应的辐射损失也不同，因此发出的X X线光子频率也互线光子频率也互不相同。大量的不相同。大量的X X线光子组成了具有频率连续的线光子组成了具有频率连续的X X线光谱。线光谱。19 连续连续X X线的最短波长线的最短波长钨在较低管电压下的连续钨在较低管电压下的连续X射线谱射线谱20连续连续X X线的最短波长线的最短波长 由上图可知，连续由上图可知，连续X X线谱的线谱的X X线强度是随着波长的变化而连续变化的。每条曲线都有一个线强度是随着波长的变化而连续变化的。每条曲线都有一个峰值；曲线在波长增加的方向上

13、都无限延展，但强度越来越弱；在波长减小（短波）峰值；曲线在波长增加的方向上都无限延展，但强度越来越弱；在波长减小（短波）方向上，曲线都存在一个波长极限，称为最短波长（方向上，曲线都存在一个波长极限，称为最短波长（min）。）。21连续连续X X线的最短波长线的最短波长 光子能量（光子能量（E E）与频率（）与频率（）成正比，与波长（）成正比，与波长（）成反比，如果波长最短（）成反比，如果波长最短（minmin），），则频率最高（则频率最高（ maxmax），表明光子的能量最大。根据能量转换和守恒法则，光子能量），表明光子的能量最大。根据能量转换和守恒法则，光子能量的最大极限（的最大极限（ h

14、h maxmax ）只能等于入射电子在）只能等于入射电子在X X线管加速电场中所获得的能量（线管加速电场中所获得的能量（eUeU），），即即 h h maxmax= eU= eU h.c/ h.c/min=min=eUeU minmin=hc/eU=hc/eU 把把h h、c c、e e代入上式，则代入上式，则 min=min=1.24/U1.24/U（kVkV）nmnm可见，连续可见，连续X X线的最短波长只与管电压有关。线的最短波长只与管电压有关。22影响连续影响连续X X线强度的因素线强度的因素管电流、管电压和靶物质对连续管电流、管电压和靶物质对连续X X线的影响线的影响23 由上图可知

15、，在管电压由上图可知，在管电压kvkv、管电流、管电流i i一定时，连续一定时，连续X X线的强度线的强度I I与阳极靶面的原子序与阳极靶面的原子序数数Z Z成正比；在管电压成正比；在管电压kvkv、靶材料（、靶材料（Z Z）一定时，管电流越大，产生）一定时，管电流越大，产生X X线强度越大；管电线强度越大；管电流、靶材料（流、靶材料（Z Z）一定时，管电压升高，）一定时，管电压升高，X X线强度越大。线强度越大。 连续连续X X线的总强度线的总强度I I连连=K.i.Z.kv=K.i.Z.kvn n 式中常数式中常数K=1.1K=1.11010-9-91.41.41010-9-9 根据实验和

16、计算得出，最强波长约在最短波长的根据实验和计算得出，最强波长约在最短波长的1.51.5倍处。倍处。 即：即： 最强最强= =1.51.5 minmin24特征特征X X线线 特征辐射又称标识辐射。特征辐射又称标识辐射。 特征特征X X线产生的物理过程：不同靶材料都有自己特定的线状光谱，它表征靶物质的原线产生的物理过程：不同靶材料都有自己特定的线状光谱，它表征靶物质的原子结构特性，而与其他因素无关。这种辐射称为特征辐射，由此产生的子结构特性，而与其他因素无关。这种辐射称为特征辐射，由此产生的X X线称为特征线称为特征X X线。线。 当在当在X X线管的管电压下加速的电子能量线管的管电压下加速的电

17、子能量hh大于靶原子内层电子的结合能时，就有一定大于靶原子内层电子的结合能时，就有一定的概率使高速电子将内层电子打出成为自由电子（光电子），从而原子内层电子层出的概率使高速电子将内层电子打出成为自由电子（光电子），从而原子内层电子层出现空位而处于激发态。按照能量分布原则，处于高能态的外层电子必然要向内层跃迁现空位而处于激发态。按照能量分布原则，处于高能态的外层电子必然要向内层跃迁填补内层电子空位，便释放出能量（填补内层电子空位，便释放出能量（ h h ）等于电子跃迁前（）等于电子跃迁前（E2E2）、后（）、后（E1E1）两能级）两能级之差的特征之差的特征X X线光子，即：线光子，即： h h=

18、 E= E2 2 -E -E1 1 25特征特征X X线的激发电压线的激发电压 靶原子的轨道电子在原子中具有确定的结合能，只有当入射高速电子的动能大于其靶原子的轨道电子在原子中具有确定的结合能，只有当入射高速电子的动能大于其结合能时，才有可能被击脱造成电子空位，产生特征结合能时，才有可能被击脱造成电子空位，产生特征X X线。产生特征线。产生特征X X线必须有一个激线必须有一个激发电压（即管电压），使高速电子的能量（发电压（即管电压），使高速电子的能量（hh）至少要等于或大于击脱一个）至少要等于或大于击脱一个K K电子所电子所做的功（做的功（W W），即：），即： hW hW 式中式中W W为脱

19、出功或结合能。当为脱出功或结合能。当h=W h=W 时，时，KV=W/eKV=W/e为最低激发电压。为最低激发电压。 几种靶材料产生几种靶材料产生K K、L L系特征辐射的激发电压系特征辐射的激发电压26影响特征影响特征X X线的因素线的因素 研究证明，研究证明，K K系特征系特征X X线的强度（线的强度（I Ik k）可用下式表示：）可用下式表示： I Ik=k=K K2 2i(KV-i(KV-k kV VK K）n n 式中式中k kV VK K为为K K系激发电压；系激发电压；K K2 2和和n n均为常数。均为常数。 由上式可见，由上式可见，K K系特征系特征X X线的强度与管电流成正

20、比，管电压大于激发电压时才发生线的强度与管电流成正比，管电压大于激发电压时才发生K K系放射，并随管电压的升高系放射，并随管电压的升高K K系强度迅速增大。系强度迅速增大。27五、五、X X线的量与质线的量与质 1.X 1.X线的量线的量 就是就是X X线光子数目。线光子数目。 在在X X线的临床应用中，可以用线的临床应用中，可以用X X线管的管电流线管的管电流mAmA与照射时间与照射时间s s的乘积来反映的乘积来反映X X线的量，通线的量，通常以常以mAsmAs为单位。为单位。 2.X 2.X线的质线的质 又叫线质，它表示又叫线质，它表示X X线的硬度，即穿透物质本领的大小。线的硬度，即穿透物质本领的大小。X X线质只与光子线质只与光子能量有关而与光子数无关。能量有关而与光子数无关。 在在X X线的放射应用中，常以线的放射应用中，常以X X线管的