X线物理学基础与防护

X线物理学根底与防护北京同仁医院牛延涛1第一节物质结构2原子的核外结构物质由原子组成，每一原子均由核及电子组成，电子沿一定轨道绕核旋转。笼罩在核外的带负电荷的云称为“电子云”，电子常出现的地方，就是电子云密度最大的地方。3量子数—主量子数原子核外的电子云是分层排布的，电子壳层可用主量子数表示。主量子数n取1、2、3、……等值时，相应的电子壳层可用K、L、M、N、O、P等符号表示。n越大，电子离核越远，能级越高。主量子数是决定原子能级的主要因素。4量子数—角量子数原子中的任何一个电子在原子核附近出现的几率大小是有规律的，所以电子云的大小形状也是有规律的。同一电子壳层中电子具有的能量及运动形式不同，又分为假设干电子亚层，由角量子数L决定。n确定后，L可取0、1、2、……〔n－1〕，有n个不同的值。对应的电子亚层分别用s、p、d、f、g、h等符号表示。角量子数L确定后，其量子轨道平面可有〔2L＋1〕个不同的取向。角量子数对原子能级也有一定影响。5量子数—角量子数如果原子中的某个电子处在主量子数n＝3，角量子数L＝2的量子态上，那么这个电子在M壳层的d亚层上，通常称这种状态为3d。相反，假设电子所处的状态为4s，那么电子处在N壳层的第s亚层上，这个量子态的主量子数n＝4，角量子数L＝0。另外还有磁量子数〔决定轨道量子数〕和自旋量子数〔决定电子的自旋状态〕，它们的取值分别是mL＝0，±1，±2……，±L；mS＝±1/26核外电子的分布按照玻尔理论，核外电子因离核远近不同而具有不同壳层，每一壳层中都含有一定数目电子的可能轨迹。半径最小的壳层叫K层，最多容纳2个电子；第二壳层叫L层，最多容纳8个电子；第三层叫M层，最多容纳18个电子…愈外面的壳层可容纳的电子数愈多。一般每壳层上的电子数最多是2n2个，但最外层电子数最多不超过8个。7原子能级每个可能轨道上的电子都具有一定的能量〔动能和势能的代数和〕，且电子在各个轨道上具有的能量是不连续的，这些不连续的能量值表征原子的能量状态，称为原子能级。原子能级以电子伏特表示，1eV=1.6×10-19J。8结合力和结合能结合力是原子核对电子的吸引力。靠近原子核的壳层电子结合力强，距核越远的电子结合力越小；结合力还与原子序数Z有关，Z越高，核内正电荷越多，对电子的吸引力越大，要从原子内移走电子所需要的能量就越大。结合能是移走原子中某轨道电子所需要的最小能量称为该壳层电子在原子中的结合能。原子能级是结合能的负值，它们绝对值相等，符号相反。9激发和跃迁基态〔正常态〕：原子处于最低能量状态〔最稳定〕叫基态〔n＝1〕。激发：当原子吸收一定大小的能量〔某两个能级之差的能量〕后电子将自发地从低能级过渡到某一较高能级上，这一过程称为原子的激发。原子所处的状态是激发态。n＝2的能量状态称为第一激发态，n＝3的能量状态称为第二激发态，等等。10激发和跃迁电离：当原子中壳层电子吸收的能量大于其结合能时，电子将脱离原子核的束缚，离开原子成为自由电子，这个过程称为电离。激发和电离都使原子的能量状态升高，使原子处于激发态而不稳定的。跃迁：处于激发态的原子，在极短的时间〔10－8s〕内，外层电子或自由电子将自发地填充其空位，同时放出一个能量等于两能级之差的光子，这个过程称为跃迁。11第二节磁学根底知识12自旋和核磁任何原子核都有一个特性，就是总以一定的频率绕着自己的轴进行高速旋转，我们把原子核的这一特性称为自旋〔spin〕。由于原子核带有正电荷，原子核的自旋就形成电流环路，从而产生具有一定大小和方向的磁化矢量。我们把这种由带有正电荷的原子核自旋产生的磁场称为核磁。13磁性和非磁性原子核并非所有原子核的自旋运动均能产生核磁。如果原子核内的质子数和中子数均为偶数，那么不产生核磁，称为非磁性原子核。反之称为磁性原子核。磁性原子核需要符合以下条件：①中子和质子均为奇数；②中子为奇数，质子为偶数；③中子为偶数，质子为奇数。人体内有许多种磁性原子核，用于人体磁共振成像的原子核为氢原子核〔1H〕，理由有：①1H是人体中最多的原子核，约占人体中总原子核数的2/3以上；②1H的磁化率在人体磁性原子核中是最高的。14共振共振是两个振动频率相同的物体，当一个发生振动时，引起另一个物体振动的现象。共振在声学中亦称“共鸣”，它指的是物体因共振而发声的现象，如两个频率相同的音叉靠近，其中一个振动发声时，另一个也会发声。在电学中，振荡电路的共振现象称为“谐振”。产生共振的重要条件之一，就是要有弹性，而且一件物体受外来的频率作用时，它的频率要与后者的频率相同或根本相近。宇宙中的大多数物质是有弹性的，大到行星小到原子，几乎都能以一个或多个固有频率来振动。15共振原子核、电子、光子等物质运动的能量都是以波动的形式传递的。有一些微小粒子可以在共振的作用之下，在100万亿分之一秒的瞬间互相结合起来，产生新的化学元素。粒子物理学家经常把粒子称为“共振体”。人除了呼吸、心跳、血液循环等都有其固有频率外，大脑进行思维活动时产生的脑电波也会发生共振现象。由于大气层中臭氧层的存在，当太阳光的紫外线经过大气层时，臭氧层的振动频率恰恰能与紫外线产生共振，吸收了大局部的紫外线，减少了伤害。16磁共振现象固体在恒定磁场和高频交变电磁场的共同作用下，在某一频率附近产生对高频电磁场的共振吸收现象。在恒定外磁场作用下固体发生磁化，固体中的元磁矩均要绕外磁场进动。由于存在阻尼，这种进动很快衰减掉。但假设在垂直于外磁场的方向上加一高频电磁场，当其频率与进动频率一致时，就会从交变电磁场中吸收能量以维持其进动，固体对入射的高频电磁场能量在上述频率处产生一个共振吸收峰。17磁共振现象核磁共振谱不仅与物质的化学元素有关，而且还受原子周围的化学环境的影响，故核磁共振已成为研究固体结构、化学键和相变过程的重要手段。核磁共振成像技术与超声和X射线成像技术一样已普遍应用于医疗检查。18核磁驰豫含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正电，产生磁矩。在均匀的强磁场中，那么小磁体的自旋轴将按主磁场的方向重新排列。在这种状态下，用特定频率的射频脉冲〔RF〕进行激发，氢原子核吸收一定的能量而共振，即发生了磁共振现象。停止发射射频脉冲，那么被激发的氢原子核把所吸收的能量逐步释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态。这一恢复过程称为弛豫过程，而恢复到原来平衡状态所需的时间那么称之为弛豫时间。19核磁驰豫弛豫时间有两种：一种是自旋-晶格弛豫时间又称纵向弛豫时间。它是反映自旋核把吸收的能量传给周围晶格所需要的时间，也是90°射频脉冲质子由纵向磁化转到横向磁化之后再恢复到纵向磁化激发前状态的63％所需时间，称T1。另一种是自旋-自旋弛豫时间，又称横向弛豫时间。它是反映横向磁化衰减、丧失的过程，也即是横向磁化维持到37％所需要的时间，称T2。T2衰减是由共振质子之间相互磁化作用所引起，与T1不同，它引起相位的变化。20第三节激光学根底知识21受激吸收原子吸收一个光子而从低能级到高能级的过程称为受激吸收〔激发或电离〕。如原子最初处在低能级EL上，如果有能量为hv=EHEL的光子经过时，原子就有可能吸收光子的能量，从低能级EL过渡到高能级EH上去，这个过程叫做受激吸收。受激吸收的特点是：不是自发产生的，必须有外来光子的“激发”才会发生，并且外来光子的能量应等于原子激发前后两个能级间的能量差，才会发生受激吸收，但受激吸收对激发光子的振动方向、传播方向和相位没有任何限制。22自发辐射在没有任何外界影响的情况下，高能态EH的原子会自发地跃迁到基态或者较低激发态EL，因为这种跃迁是不受外界影响而自发进行的，称为自发跃迁.如果跃迁时释放的能量是以光辐射的形式放出的，那么这个过程叫做自发辐射。23受激辐射处于高能级EH的原子在自发辐射之前，受到一个能量为hv=EH

EL的光子的“诱发”后，可释放出一个与诱发光子特征完全相同的光子而跃迁到低能级EL，这个过程称为受激辐射。持续的受激辐射形成的光束就叫做激光。24受激辐射的特点它不是自发产生的，必须有外来光子的“刺激”才能发生，而且它对外来光子的能量或频率要求很严格，即必须满足hv=EH

EL；辐射出的光子与诱发光子特征完全相同，即受激原子所发出光波的传播方向、频率、振动方向、相位与诱发光子的完全相同；与受激吸收不同，受激辐射中的被激原子并不吸收诱发光子的能量，在受激辐射发生后，一个光子变成了两个特征完全相同的光子。25受激辐射的特点如果这两个光子能够继续在发光物质中传播，而物质中又有足够多的处于高能级的原子，它们又会激发这些原子从高能级做同样的跃迁而发出光子，从而二变二，二变四……发生光放大，产生大量特征完全相同的光子。这就是激光——受激辐射光放大。受激辐射光放大的发生不是自然的，自然界没有哪种物质能够自然地发出激光来，只有人为地创造条件，才能得到激光。26激光的产生要使受激辐射持续、稳定地进行，就能获得激光，因此必须制造特殊的装置——激光器。激光器一般由三个主要局部构成：工作物质、激发装置和光学谐振腔。27激光器的主要构成--工作物质激光器中能产生激光的物质称为工作物质。在正常情况下，物质中的原子数在各能级上的分布是正态分布，处于低能级上的原子数总是比处于高能级上的原子数多，所以光通过正常状态下的发光物质时，吸收过程占优势，光总是减弱的。要想使光通过发光物质后得到加强，获得光放大，就必须使受激辐射占优势，要使处于高能级上的原子数比处于低能级上的原子数多，这种分布与正常分布相反，叫做粒子数反转。28激光器的主要构成-激发装置激发装置的作用是把处于低能级上的原子激发到高能级上去，使工作物质实现粒子数反转。物质的能级，除有基态和激发态之外，还有一种亚稳态能级。亚稳态不如基态稳定，但比激发态稳定得多，相对来说原子可以有较长的时间停留在亚稳态。粒子处于亚稳态，能停留较长时间而不发生自发辐射，是形成粒子数反转的必要条件。激光器的工作物质，必须具有适宜的亚稳态能级。29激光器的主要构成-激发装置当工作物质被激发而实现粒子数反转后，开始时由于自发辐射发出的光子具有不同的传播方向，所以受激辐射的光也具有不同的传播方向，而且输出和吸收产生的损耗很多，不能产生稳定的激光输出。为了使受激辐射能在有限体积的工作物质中持续下去，还要有光学谐振腔去实现光的选择和放大。30激光器的主要构成-光学谐振腔它是在工作物质两端安装的一对互相平行且垂直于主轴的反射镜，其中一端为全反射镜(反射率为100％)，另一端为局部透光的局部反射镜(反射率为90％～99％)。谐振腔的作用有：①产生和维持光放大；②选择输出光的方向；③选择输出光的波长。对确定的工作物质，因各种因素的影响。实际发出光的波长不唯一，频谱具有一定的宽度。谐振腔能起选频作用，使激光的单色性更好。31激光器的分类应用于医学领域的激光器一般可按工作物质形态(固体、液体、气体、半导体等)、发光粒子(原子、分子、离子、准分子等)、输出方式(连续、脉冲)等进行分类。常用的医用激光器有以下几种。32医用激光器的种类红宝石激光器：世界上最早于1960年研制成功的激光器，次年就在医学上应用于视网膜凝固，1963年这种激光器开始用于肿瘤的治疗。它发出波长为694.3nm的脉冲激光。氦-氖激光器：最早研制成功的气体激光器，应用于医学上的临床治疗。在混合气体中，产生受激辐射的是氖原子，氦原子只起传递能量的作用。发射波长为632.8nm的红色激光。33医用激光器的种类二氧化碳激光器：以二氧化碳气体为发光材料，是一种分子激光器。二氧化碳激光器输出波长为10.6m的远红外光，这种激光几乎被大局部生物组织外表层(约200m)所吸收。准分子激光器：它是20世纪70年代开展起来的一种脉冲激光器。其工作物质是稀有气体及其卤化物或氧化物，输出波长从紫外到可见光，其特点是波长短、功率高，医学上应用准分子激光器主要进行手术治疗。34激光的特性方向性好由于只有沿谐振腔轴线方向传播的光束才能形成振荡和连续放大，因而从激光器输出的激光发散角特别小，方向性很好，是理想的平行光源。激光束经透镜后能会聚成直径为l

m的光斑。强度高激光由于方向性好，使能量在空间高度集中，因而可以具有很高的强度。一般太阳光亮度大约是100w·cm－2，一支功率为数毫瓦的氦－氖激光器的光强度可比太阳光高数百倍；以脉冲方式工作的激光器，其光强可以比太阳光高出107到1014倍。35激光的特性单色性好由于受激辐射产生的光子频率相同，加之谐振腔的限制，使得只有确定波长的光才能形成振荡而被输出，所以激光具有很好的单色性。相干性好由自发辐射产生的普通光是非相干光，而受激辐射发出的光的特性使激光具有良好的相干性。这一特性为医学、生物学提供了新的诊断技术和图像识别技术。36激光的危害及平安措施激光对人体可能造成的危害可分为两类。一类是直接危害，即超过平安阈值的激光的光辐射对眼睛、皮肤、神经系统以及内脏造成损伤；另一类是由于高压电、噪音、低温制冷剂以及电源等因素造成的间接危害。因此应采取相应平安措施：对激光系统及工作环境的监控管理和个人防护。37激光的医学应用-激光治疗激光手术激光手术是以激光束代替金属的常规手术器械对组织进行别离、切割、切除、凝固、焊接、打孔、截骨等以祛除病灶以及吻合组织、血管、淋巴神经等。弱激光治疗弱激光以其特有的生物作用被用于治疗几十种疾病，其方法主要有三种：激光理疗、激光针灸、弱激光血管内照射疗法。38激光的医学应用-激光治疗激光光动力学疗法利用光动力学作用治疗恶性肿瘤的方法，有体表、组织间、腔内照射及综合治疗四种方式。激光内镜术治疗是通过内镜对内腔疾病进行激光治疗的方法，可用于腔内手术、理疗与光动力学治疗，具有很大的开展优势。39激光的医学应用-激光诊断激光诊断一般可有如下方法：激光光谱分析法、激光干预分析法、激光散射分析法、激光衍射分析法、激光透射分析法、激光偏振法以及其他激光分析法。激光还为医学根底研究提供了新的技术手段，这方面有：激光微光束技术、激光全息显微术、激光扫描共聚焦显微镜、激光荧光显微技术、激光漂白荧光恢复测量技术、激光扫描计等。激光医学现在已成为专门的学科，不少医院还设立了激光科。另外，医学影像成像技术中，固体激光器、气体激光器被广泛应用到CR、激光打印机中。40Cases原子结构中，半径最小的壳层叫A、K层B、L层C、M层D、N层E、O层A41Cases原子结构中，L层最多容纳的电子数是A、2个B、4个C、8个D、16个E、32个C42Cases表示原子壳层上的电子数最多是A、n个B、2n个C、n2个D、2n2个E、4n个D43Cases电子在各个轨道上运动时具有的能量称为A、基态B、结合能C、结合力D、原子能级E、电子能量E44Cases原子核对电子的吸引力称为A、结合能B、结合力C、原子能级D、激发状态E、电子能量B45Cases有关原子能级的表达，错误的选项是A、电子在各个轨道上都具有一定的能量B、表示原子能级的单位是电子伏特C、原子处于能量最低状态时最稳定D、靠近原子核的壳层电子结合力强E、原子序数越高，电子结合力越小E46Cases下面的相关表达，错误的选项是A、每个电子轨道上的电子都具有一定的能量B、电子在各个轨道上具有的能量是不连续的C、不连续的能量值构成原子能级D、原子能级以电子伏特表示E、靠近原子核的壳层电子结合力小E47CasesX线管内高速电子的动能取决于A、X线管灯丝加热电压B、两极间的管电压C、物质的原子序数D、管电流E、阴极灯丝焦点大小B48Cases原子结构的最外层电子数最多不超过A、2个B、8个C、18个D、32个E、50个B49Cases移走原子中某轨道电子所需的最小能量叫这个电子的A、基态B、结合力C、结合能D、电子能量E、原子能级C50Cases关于原子结构的表达，错误的选项是A、原子核由中子和质子组成B、每一壳层都含有一定数目的电子轨迹C、半径最小的壳层叫K层D、在核外的带负电荷的电子为“电子云”E、核外最外层电子数最多不超过2个E51Cases关于原子核外电子的表达，错误的选项是A、原子均由核及核外电子组成B、电子沿一定轨道绕核旋转C、核外电子具有不同壳层D、K层最多容纳8个电子E、K层电子离原子核最近D52Cases同一原子中，原子核对壳层电子的吸引力最小的是A、K壳层电子B、L壳层电子C、M壳层电子D、N壳层电子E、O壳层电子E53沿一定轨道绕核旋转的是不同轨道电子具有的不连续能量构成移走轨道电子所需的最小能量称为A、电子B、电子云C、电子结合能D、电子能量E、电子能级答案：A，E，CCases54对K层轨道电子特点的表达，正确的选项是A、受原子核的吸引力小B、离原子核远C、电子结合力强D、电子能量大E、比M层的电子数多答案：CCases55原子在基态时所处状态，正确的选项是A、最高能量B、不稳定C、半稳定D、最稳定E、静止答案：DCases56影响原子核对电子吸引力大小的因素中，不包括A、原子核内正电荷数B、电子与原子核接近程度C、电子动能D、电子势能E、电子质量答案：ECases57关于X线性质的表达，正确的选项是A、属于一种电磁波B、属于非电离辐射C、可使物质产生电离作用D、具有一定波长和频率E、带负电荷答案：A、C、DCases58第二节X线的产生59X线的发现1895年11月8日，德国物理学家威.康.伦琴在实验室内研究阴极射线管放电现象时发现X线。1901年伦琴因发现X线而获诺贝尔物理奖。X线也称伦琴射线，X线本质是一种电磁波，它与无线电波、可见光、γ射线一样都具有一定的波长和频率；由于X线光子能量大，可使物质产生电离，故又属于电磁波中的电离辐射。X线肉眼看不见，不带电，具有穿透、荧光、电离、感光等作用以及生物效应。60X线产生的必备条件电子源：钨丝通过电流加热后，发射出电子，这些电子在灯丝周围形成空间电荷，也称电子云。高速电子流：灯丝发射出的电子，要高速冲击阳极，还必须有两个条件：第一必须在X线管的阴极和阳极间加以高电压，两极间的电位差使电子向阳极加速；第二为防止电子与空气分子冲击而减速，X线管必须保持高真空度；61X线产生的必备条件阳极靶面：阳极靶来接受高速电子撞击，使高速电子所带的一局部动能转变为X线能；因为阳极需要承受高速电子的冲击，所以靶物质〔焦点面〕一般都是用高原子序数、高熔点的钨制成；阳极有两个作用：阻击高速电子，完成高压电路的回路。诊断和治疗用的X线管的靶面由物质钨制成；特殊用途〔乳腺〕的X线管用钼制成。62X线产生的原理X线产生的原理是高速电子和钨原子相互作用的结果。在真空条件下高千伏的电场产生的高速电子流与靶物质的原子核和内层轨道电子作用产生了连续X线和特征X线。高速电子和靶物质相互作用过程中，将会发生碰撞损失和辐射损失，最终高速电子的动能变为辐射能、电离能和热能。三种能量的比例随入射电子能量的变化和靶物质性质的差异而不同。63连续X线高速电子接近原子核时，受核电场〔正电荷〕的作用而改变了运动速度和方向，电子损失的能量以光子的形式放射出去。单位时间内到达靶原子的极大量电子，在加速电场获得能量和与靶原子作用时损失的能量各不相同，绝大多数电子经过屡次碰撞逐渐耗尽能量。每个电子每经历一次碰撞产生一个光子，屡次碰撞产生屡次不同能量的光子辐射，因此产生了光子能量从零到某一最大值的波长不等的连续X线谱。这种射线称为连续放射〔轫致放射〕。64连续X线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有的能量也不同，所以各次相互作用对应的辐射损失也不同，因而发出的X线光子频率也互不相同。大量的X线光子组成了具有频率连续的X线光谱，即产生了连续X线。连续放射的X线光子的能量决定于：①电子接近核的情况；②电子的能量；③核电荷。65连续X线连续X线的最短波长：如果一个电子与原子核相碰，其全部动能转换为X线光子，其最短波长：λmin＝hc/V〔kVp〕=1.24/kV〔nm〕66连续X线连续X线的最短波长仅与管电压有关，管电压越高，产生的X线最短波长愈短。X线的最短波长，对应最大光子能量；最大光子能量的keV值，对应管电压的kV值。因此假设测得X线谱中的最大光子能量的keV值，就可推断管电压的kV值，反之亦然。67特征〔标识〕X线叠加在连续X射线谱上出现几个向上突出的尖端，代表一些强度较强、波长为一定数值的X线，是高速电子与靶原子的内层轨道电子作用时，内层电子被击脱，外壳层电子跃迁填充空位时多余的能量以X线的形式放出，即为特征X线。68特征〔标识〕X线在X线管内高速电子流撞击阳极靶面时，所产生的X射线谱是连续射线与标识射线的叠加线谱。两者的能量比例随着管电压的数值变化而变化，管电压升高，连续射线量所占的百分比减少，特征射线所占的百分比增加。69特征〔标识〕X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结合能时，才有可能被击脱造成电子空位，产生特征X线。入射电子的动能完全由管电压决定，因此，管电压U必须满足下式的关系：

式中W为电子在原子中的结合能。U=W/e称为最低激发电压。对于给定的靶原子，各线系的最低激发电压大小按其相应的壳层内电子结合能大小顺序排列，即。壳层越接近原子核，最低激发电压越大。假设管电压低于某激发电压，那么此系特征X线将不会发生。70特征〔标识〕X线在X线诊断能量范围内，对钨靶X线管，特征X线产生的几率与管电压的关系大致为：69.51kVp以下：不产生特征X线；80~150kVp：K系特征X射线占10%~28%；管电压再升高，特征X线占的比例相对减小。71影响连续X线产生的因素X线管中加速阴极电子所消耗的电能全部变为高速电子的动能。这些高速电子在与靶物质相互作用中，一小局部转换为X线能，一大局部转换为热，产生X线效率很低。X线发生效率η是在X线管中产生的X线能与加速电子所消耗电能的比值：

η=X线能量/高速电子流能量=KiV2Z/iV=KVZ〔%〕其中V为管电压，Z为靶物质原子序数，i为管电流，K为系数。X线管产生X线的效率极低，一般缺乏1％，而绝大局部的高速电子能都在阳极变为热能，使阳极靶面升温。72影响连续X线产生的因素-靶物质连续X线强度与靶物质的原子序数成正比，在管电压和管电流相同的情况下，阳极靶物质的原子序数愈高，产生的X线强度也愈大；不同靶物质的X线谱高能端重合，是因为X线谱的最大光子能量只与管电压有关，与靶物质无关；不同靶物质的X线谱低能端重合，是因为X线管固有滤过和低能成分被管壁吸收的缘故。73影响连续X线产生的因素-管电压X线束中的最大光子能量等于高速电子碰撞靶物质的动能，而电子的最大能量又决定于管电压的峰值，所以改变管电压也就改变了最大光子的能量，整个X线谱的形状也随之发生变化。连续X线强度I与管电压kV的n次方成正比，即：I∝Vn〔在诊断能量范围内，n近似为2〕。当管电流、靶材料(原于序数Z)固定时，随管电压的升高，连续X线谱的最短波长和最大强度所对应的波长均向短波方向移动。74影响连续X线产生的因素-管电流管电流的大小，并不影响X线的质，但在一定的管电压下，X线强度决定于管电流，管电流愈大，说明撞击阳极靶面的电子数愈多，X线强度也愈大。X线强度I与管电流i〔mA〕成正比，即：I∝i。75影响连续X线产生的因素-高压波形供给X线管的管电压都是脉动高压，有两种形式：单相电源的半波和全波，三相电源的6脉冲和12脉冲。脉动电压与峰值相当的恒定电压相比：产生的X线强度低、X线平均波长较长；76影响连续X线产生的因素-高压波形峰值电压相同时，6和12脉冲产生的X线比半波和全波整流产生的X线硬线成分多；管电流相同，6和12脉冲高压的X线辐射强度〔或输出量率〕也比较高，因为半波和全波整流的X线管工作的大局部时间的电压都比峰值时的恒定电压低，而6脉冲和12脉冲的电压接近峰值时的恒定电压。77影响特征X线产生的因素i为管电流；U为管电压；UK为K系激发电压；K和n均为常数，n约等于1.5～1.7。K系特征X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系放射，并随管电压的继续升高K系强度迅速增大。

78影响特征X线产生的因素在X线的两种成分中，特征X线只占很少一局部，并不重要。对钨靶X线管来说，低于K系激发电压将不会产生K系放射；管电压在80~150kV时，特征X线只占10％～28％；管电压高于150kV特征X线相对减少；高于300kV时，两种成分相比特征X线可以忽略。医用X线主要使用的是连续辐射，但在物质结构的光谱分析中使用的是特征辐射。

79X线强度的空间分布高速电子碰撞阳极靶面所产生的X线分布与靶面倾斜角度〔7~20°〕有关。通过X线管长轴且垂直于有效焦点平面内，近阳极端X线强度弱，近阴极端强，最大值约在10°处，其分布是非对称性的。在通过X线管短轴且垂直有效焦点平面内测定，在90o处最大，分布根本上是对称的。靶面出现过热熔解而凹凸不平时，产生的X线强度分布就会改变上述规律，严重影响X线质量。80Cases物理学家威.康.伦琴的国籍是A、中国B、美国C、德国D、英国E、法国C81Cases对X线特征的表达，错误的选项是A、带负电荷B、荧光作用C、电离作用D、感光作用E、生物效应A82CasesX线产生具备的条件中，不包括A、电子源B、高电压C、阳极靶面D、高真空度E、全波整流E83Cases关于连续X线光子能量的表达，错误的选项是A、X线是一束混合能谱B、能量大X线波长长C、能量决定于电子的能量D、能量决定于核电荷E、能量决定于电子接近核的情况B84CasesX线产生时，与电子流最大速度有关的是A、灯丝加热电压B、X射线管电压C、靶物质原子序数D、空间电荷数量E、高压整流方式B85CasesX线球管阳极靶面的作用是A、放射出电子B、阻击高速电子C、保持高真空度D、支撑玻璃管壁E、完成高压电路的回路BE86Cases有关连续放射的表达，错误的选项是A、连续放射又称轫致放射B、是高速电子与原子核作用的结果C、放射的X线光子的能量与核电荷有关D、是原子轨道电子跃迁释放能量的结果E、产生的是一束波长不等的连续混合线D87Cases计算连续X线的最短波长公式是A、1.24/kVp〔nm〕B、12.4/kVp〔nm〕C、1.24/kVp×1.5〔nm〕D、12.4/kVp×1.5〔nm〕E、1.24/kVp×2.5〔nm〕A88Cases对钨靶特征X线的表达，错误的选项是A、是叠加在连续射线上向上突出的线谱B、是强度较强、波长为一定数值的X线C、是外壳层电子向内层跃迁时多余能量的放出D、随管电压的升高，特征射线所占的百分比增加E、管电压在80~150kVp时，K系特征X射线占90%E89Cases与产生X线强度无关的因素是A、靶物质B、管电压C、管电流D、高真空度E、高压波形D90Cases与X线谱中最大光子能量有关的因素是A、靶物质B、管电压C、管电流D、高真空度E、高压波形B91Cases管电流相同时，X线的辐射强度〔输出量率〕比较高的是A、自整流方式B、半波整流方式C、全波整流方式D、三相6脉冲整流方式E、三相12脉冲整流方式E92决定X线管灯丝放射电子撞击阳极靶面速度的因素是A、阴极材料B、阴极形状C、阴极加热电压D、阴、阳两极之间距离E、阴、阳两极之间电位差大小答案：ECases93以下有关连续放射的表达，正确的选项是A、又称为标识放射B、产生波长不等的X线C、高速电子无能量损失D、高速电子无方向改变E、高速电子与靶物质电子作用结果答案：BCases94连续放射时，与X线光子能量无关的是A、高速电子能量B、高速电子接近靶物质原子核的情况C、核电荷D、管电压E、管电流答案：ECases95以下有关特征X线的表达，错误的选项是A、高速电子与靶原子轨道电子作用B、产生几率与管电压有关C、最容易在靶原子K层发生D、钨靶的K系特征X线波长相同E、不同靶物质的K系特征X线波长均相同答案：ECases96在管电压作用下，灯丝放射电子变为高速电子时的能量转换方式是高速电子撞击阳极靶面后，出现阳极温度升高现象的能量转换方式是X线管灯丝通电后，使灯丝温度升高的能量转换方式是A、电能转换为动能B、动能转换为电能C、动能转换为热能D、热能转换为动能E、电能转换为热能A，C，ECases97与X线产生强度无关的因素是A、靶物质原子序数B、靶面倾斜角C、管电流D、管电压E、高压波型答案：BCases98关于影响X线强度因素的表达，错误的选项是A、与靶物质原子序数有关B、与管电压〔kV〕成正比C、与管电流〔mA〕成正比D、与高压整流方式有关E、与滤过方式有关答案：BCases99关于X线发生效率的表达，正确的选项是A、与靶物质原子序数成正比B、与管电流成正比C、与管电压平方成正比D、与X线管阴、阳极之间距离成平方反比E、与曝光时间成正比答案：ACases100第二节X线的本质及其与物质的相互作用101X线的本质X线属于电磁辐射的一种，具有二象性——微粒性和波动性，这是X线的本质。波动性主要表现在以一定的波长和频率在空间传播；微粒性主要表现在以光子的形式在辐射和吸收时具有能量、质量和动量。电磁波在电磁场中进行传播，有很广泛的波长和频率，在真空中传播速度与光速相同〔C=3×108m/s〕，但无静止质量。102X线的波动性X线具有波动特有的现象——波的干预和衍射等〔1912年德国物理学家劳厄试验证明〕。X线是以波动方式传播的，是一种横波。波长λ=C/υ。X线在传播时表现了它的波动性，具有频率和波长，并有干预、衍射、反射和折射现象。103X线的微粒性把X线看作是一个个的微粒——光子组成的，光子具有一定的能量〔E=hυ〕和一定的动质量〔m=hυ/C2〕，X线光子就相当于X线管中碰撞阳极靶面的高速电子所具有的动能。当X线照射某种金属元素时，X线光子与金属原子轨道上的电子碰撞，电子获得能量〔hυ-E〕被击出，E是被击出来的电子所在轨道上的结合能。此即光电效应，它表达了X线的微粒性。104X线的微粒性X线的波动性不能解释X线的光电效应、荧光作用、电离作用等，只能用X线的粒子性做出的解释。也就是按爱因斯坦的量子论，把X线束看为由一个个微粒即X线光子组成的。X线在传播时，突出地表现了它的波动性，并有干预、衍射等现象；X线与物质相互作用时，那么突出表现了它的粒子特征，具有能量、质量和动量。所以说X线具有波粒二象性。X线只有运动质量，没有静止质量。105X线的特性-物理特性X线在均匀的、各向同性的介质中，是直线传播的不可见电磁波。X线不带电，它不受外界磁场或电场的影响。穿透本领：由于X线波长短，具有较高的能量，物质对其吸收较弱，因此它有很强的贯穿本领。X线能量高那么穿透力强，反之那么弱。荧光作用：某些物质被X线照射后，能激发出可见荧光。如磷、钨酸钙、铂氰化坝、银激活的硫化锌镉等荧光物质受X线照射时，物质原子被激发或电离，当被激发的原子恢复到基态时，便可放出荧光。106X线的特性-物理特性电离作用：具有足够能量的X线光子能够撞击原子中的轨道电子，使之脱离原子产生一次电离。被击脱的电子仍有足够能量，去电离更多的原子。X线的电离作用主要是它的次级电子的电离作用。热作用：X线被物质吸收，最终绝大局部都将变为热能，使物体产生温升。测定X线吸收剂量的量热法就是依据这个原理研究出来的。107X线的特性-化学特性感光作用：X线和可见光一样，同样具有光化学作用。它可使胶片乳剂感光，能使很多物质发生光化学反响。着色作用：某些物质，如铅玻璃、水晶等经X线长期大剂量照射后，其结晶体脱水渐渐改变颜色，称为着色作用或脱水作用。108X线的特性-生物效应特性X线在生物体内也能产生电离及激发，也就是使生物体产生生物效应。生物细胞特别是增殖性强的细胞，经一定量X线照射后，可产生抑制、损伤甚至坏死。人体组织吸收一定量X线后，视其敏感程度的不同，而出现种种反响，这个特性可在肿瘤放疗中得到充分应用，它是放射治疗的根底。当然X线对正常人体组织也可能产生损伤作用，故应注意对非受检部位和非治疗部位的屏蔽防护，同时射线工作者也应注意自身的防护。109X线与物质的相互作用-光电效应X线光子与构成原子的内壳层轨道电子碰撞时，将其全部能量都传递给原子的内壳层电子，原子中获得能量的电子摆脱原子核的束缚，成为自由电子〔光电子〕，而X线光子本身整个地那么被物质的原子吸收，这种现象为光电效应。110光电效应的产物失去电子的原子变成正离子，处于激发态不稳定，外层电子填充空位，放出特征X线。特征X线离开原子前，又击出外层轨道电子，使之成为俄歇电子，这个现象称为俄歇效应。光电效应的产物有光电子、正离子、特性放射和俄歇电子。111光电效应产生的条件入射光子的能量与电子结合能必须“接近相等”〔稍大于〕才容易产生光电效应。光子能量过大，反而会使光电作用的几率下降。实际上光电效应大约和能量的三次方成反比，即：光电效应几率≈1/能量hv3112光电效应产生的条件光电效应发生几率和原子序数的四次方成正比，它说明摄影中的三个实际问题：不同密度的物质能产生明显比照影像；密度的变化可明显地影响到摄影条件；要根据不同密度的物质，选择适当的射线能量。在实际X线摄影中，可以通过调整管电压的数值到达调制影像的目的。113光电效应在X线摄影中的意义光电效应不产生有效的散射，对胶片不产生灰雾。光电效应可增加X线比照度。在光电效应中，因为光子的能量全部被吸收，使病人接受的照射量比其他任何作用都多。为减少对病人的照射，在适当的情况下，要采用高能量的射线。114康普顿效应康普顿效应也称散射效应。当一个光子击脱原子外层轨道上的电子时，入射光子损失局部能量，并改变原来传播方向，变成散射光子〔散射线〕，电子从光子处获得局部能量脱离原子核束缚，按一定方向射出，成为反冲电子。115康普顿效应光子入射和散射方向的夹角称为散射角，即偏转角度。反冲电子的运动方向和入射光子的传播方向的夹角称为反冲角。一个光子被偏转以后，能保存多大能量，由它的原始能量和偏转角度来决定，偏转的角度愈大，能量损失就愈多。116康普顿效应X线光子与物质内部的自由电子撞击，光子把其能量的一局部给于电子，使电子成为反跳电子，而光子自身波长变长，这就是散射现象。因这一撞击是光子和自由电子之间发生的，所以与物质的原子序数(Z)无关，仅与电子数成正比。其X线衰减的总数，在X线摄影范围内，与波长和原子序数几乎没有关系。117康普顿效应因康普顿效应而产生的散射X线，向四方传播，摄影时向正前方到达胶片的量偏多，两侧方向偏少，X线摄影中所遇到的散射线几乎都是来自这种散射。到达前方的散射线使胶片产生灰雾，到达侧面的散射线，对工作人员的防护带来困难。118电子对效应一个具有足够能量的光子，在与靶原子核发生相互作用时，光子突然消失，同时转化为一对正、负电子，这个作用过程称为电子对效应。119电子对效应的产生条件一个电子的静止质量能m0c2=0.51MeV，一个电子对的静止质量能是1.02MeV。根据能量守恒定律，要产生电子对效应，入射光子的能量就必须等于或大于1.02MeV。光子能量超过该能量值的局部就变为了正、负电子的动能(ε+、ε)。120电子对效应的发生几率电子对效应的发生几率与物质原子序数的平方成正比，与单位体积内的原子个数成正比，也近似地与光子能量的对数成正比。可见，该作用过程对高能光子和高原子序数物质来说才是重要的。121X线与物质的相互作用-相干散射

X线与物质相互作用而发生干预的散射过程称为相干散射。相干散射包括瑞利散射、核的弹性散射和德布罗克散射。后两种发生几率极低，可忽略不计，因此相干散射主要是指瑞利散射。在此过程中，一个内壳层束缚电子吸收入射光子能量跃迁到高能级，随即放出一个能量等于入射光子能量的散射光子。由于电子未脱离原子，反冲体是整个原子，故光子能量损失可忽略不计。相干散射不产生电离过程。在X线诊断范围内，相干散射产生的几率最多只占5%。122X线与物质的相互作用-相干散射

瑞利散射是入射光子被原子的内壳层电子吸收并激发到外层高能级上，遂即又跃迁回原能级，同时放出一个能量与入射光子相同，但传播方向发生改变的散射光子。这种只改变传播方向，而光子能量不变的作用过程称为瑞利相干散射。实际上就是X线的折射。由于束缚电子未脱离原子，故反冲体是整个原子，从而光子的能量损失可忽略不计。相干散射是光子与物质相互作用中唯一不产生电离的过程。123X线与物质的相互作用-相干散射

相干散射的发生几率与物质原子序数成正比，并随光子能量的增大而急剧地减少。在整个诊断X线能量范围内都有相干散射发生，其发生几率缺乏全部相互作用的5％，对辐射屏蔽的影响不大。124光核反响光子与原子核作用而发生的核反响。这是一个光子从原子核内击出数量不等的中子、质子和γ光子的作用过程。对不同物质只有当光子能量大于该物质发生核反响的阈能时，光核反响才会发生。因此，从入射光子能量被物质所吸收的角度考虑，光核反响并不重要。但应注意到，某些核素在进行光核反响时，不但产生中子，而且反响的产物是放射性核素。125各种效应发生的相对几率X线与物质的相互作用有光电效应、康普顿效应、电子对效应三个主要过程和相干散射、光核反响两个次要过程。在诊断X线能量范围内，只能发生光电效应、康普顿效应和相干散射，电子对效应、光核反响不可能发生。光核反响在医用电子加速器等高能射线的放疗中发生率也很低。在诊断X线能量范围内，相干散射约占5%，光电效应约占70%，康普顿效应约占25%。对低能量射线和高原子序数的物质，光电效应是主要的，它不产生有效的散射，对胶片不产生灰雾，可产生高比照度的X线影像，但会增加被检者的X线吸收剂量。126各种效应发生的相对几率在20~l00keV诊断X线能量范围内，只有光电效应和康普顿效应是重要的；相干散射所占比例很小，并不重要。假设忽略占比例很小的相干散射，那么在X线诊断中就只有光电效应和康普顿效应两种作用形式。对20keV的低能X线，各种物质均以光电效应为主。对引入体内的造影剂(碘剂和钡剂)，在整个诊断X线能量范围内，光电效应始终占绝对优势。127各种效应发生的相对几率散射效应是X线和人体组织之间最常发生的一种作用，几乎所有散射线都由此产生，它可使影像质量下降，严重时可使我们看不到影像的存在，但它与光电效应相比可减少病人的吸收剂量。它们之间的相互比率随能量、物质原子序数等因素改变而变化。对于人体，脂肪和肌肉除了很低的光子能量外，散射作用是主要的；比照剂的原子序数高，以光电效应为主；骨骼在低能量时主要是光电作用，在高能量时主要是散射作用。128CasesX线具有的二象性系指〔选其中2项〕A、穿透性B、微粒性C、感光性D、波动性E、荧光作用BD129Cases关于X线的表达，错误的选项是A、产生衍射B、有频率C、有波长D、有动质量E、有静止质量E130Cases在诊断能量范围内，X线与物质作用，不发生的效应是〔选出2个正确答案〕A、康普顿效应B、光电效应C、光核反响D、电子对效应E、相干散射CD131Cases以下表示X线微粒性现象的是A、频率B、干预C、衍射D、折射E、荧光E132CasesX线与物质相互作用不产生电离过程的是A、相干散射B、光电效应C、康普顿效应D、电子对效应E、光核反响A133CasesX线与物质相互作用，产生光电效应的原因是A、X线光子与物质原子核相撞B、X线光子与物质原子核接近而减速C、X线光子与物质原子核内中子相撞D、X线光子与物质原子内壳层电子相撞E、X线光子与物质原子外壳层电子相撞D134Cases光电效应的三种产物是〔选择其中3项〕A、光电子B、正离子C、散射线D、特性放射E、反跳电子ABD135Cases在诊断X线能量范围内不会产生的是〔选择其中2项〕A、相干散射B、光电效应C、康普顿效应D、电子对效应E、光核反响DE136Cases在诊断X线能量范围内发生几率最高的是A、相干散射B、光电效应C、康普顿效应D、电子对效应E、光核反响B137Cases摄影时，散射线主要来源于A、相干散射B、光电效应C、康普顿效应D、电子对效应E、光核反响C138有关X线微粒性的表达，正确的选项是A、传播时表现出微粒性B、光电效应表达了X线的微粒性C、光子具有一定能量D、光子具有静止质量E、光子静止质量大小与本身能量成正比答案：BCases139以下术语中，与X线微粒性无关的是A、光电效应B、康普顿效应C、相干散射D、衍射现象E、荧光现象答案：DCases140有关X线波动性的表达，错误的选项是A、X线是一种纵波B、以波动方式进行传播C、具有频率和波长D、有反射和折射现象E、有干预现象答案：ACases141有关相干散射的表达，正确的选项是A、诊断X线能量范围内发生机率很大B、产生电离过程C、入射光子能量损失很大D、有散射光子放出E、散射光子能量小于入射光子能量答案：DCases142发生光电效应时可出现的情况的是A、原子核受到碰撞B、外层轨道电子被击脱C、光子能量被全部吸收D、生成反跳电子E、生成光电子答案：CECases143光电效应可以生成的产物是康普顿效应可以生成的产物是A、散射光子和光电子B、散射光子和反跳电子C、散射光子和特性放射D、特性放射和光电子E、特性放射和反跳电子D，BCases144光电效应发生机率与光子能量的关系，正确的选项是A、正比B、3次方正比C、反比D、3次方反比E、对数答案：DCases145光电吸收与原子序数的关系，正确的选项是A、正比B、2次方正比C、3次方正比D、4次方正比E、5次方正比答案：DCases146关于康普对效应的表达，错误的选项是A、也称为散射效应B、生成散射光子和反跳电子C、发生几率与物质原子序数有关D、是胶片产生灰雾的原因之一E、对工作人员防护不利答案：CCases147关于康普顿效应发生几率的表达，正确的选项是A、与X线光子能量有关B、与X线光子波长有关C、与X线强度有关D、与物质原子序数有关E、与物质电子数有关答案：ECases148以下物质发生光电效应的几率，由高向低排列的正确顺序是A、骨骼，碘比照剂，肌肉B、骨骼，肌肉，碘比照剂C、肌肉，骨骼，碘比照剂D、碘比照剂，骨骼，肌肉E、碘比照剂，肌肉，骨骼答案：DCases149第三节X线强度、X线的质、X线的量150X线的波长与管电压X线管电压增高，被加速的电子速度越大。管电压为90kV时，加速电子与靶面撞击时的速度为1.54×1010cm/s，比光速的一半稍大一点，这个电子的能量为：1.6×10-19×90K＝1.44×10-14J这个能量假设全部转换为X线能，根据普朗克公式E=hυ=hc/λ，可知电子与靶面碰撞后产生的X线波长为：λ＝6.626×10-34×3×108/1.44×10-14＝0.138×10-10m＝0.0138nm151X线的波长与管电压另外由Duane—Hunt公式，用管电压可直接求出X线的最短波长。管电压为90kV时根据下式计算出产生的最短波长：λmin＝1.24/kVp＝1.24/90＝0.0138nm用上面两种方法计算出的波长是相等的。152X线的波长与管电压用公式算出的X线波长，以加速的电子与靶面正面撞击而突然停止为条件。但电子与靶面这种撞击的几率很小。大局部高速电子进入靶面原子层深处时，几次反复非正面撞击。每次撞击，电子都失去一局部能量，失去的能量以X线能的形式放出来。因此高速电子与靶面撞击，并非产生用公式计算出的一种波长，实际X射线管产生出的X线具有各种波长的连续X线。153X线的波长与管电压波长最短的X线极少，线量最强的波长位于波长稍长处，全部X线的平均波长就更长了。所谓平均波长〔λmean〕，是指波长曲线与横坐标所围成面积的重心的垂线与横坐标的交点所代表的波长。由于滤过不同，连续X线的平均能量，一般为最大能量的1/3～1/2，例如最高能量为100keV的连续X线，其平均能量在40keV左右。最强波长λmax=1.5λmin平均波长λmean=2.5λmin154X线强度X线强度是垂直于X线束的单位面积上，在单位时间内通过的光子数和能量乘积的总和，即X线束中的光子数乘以每个光子的能量。在实际应用中，常以量与质的乘积表示X线强度，连续X线波谱中每条曲线下的面积表示连续X线的总强度。155X线强度设在单位时间内通过单位横截面积上的X线光子数目为N，假设每个光子的能量为hυ，那么单色X线强度：I=Nhv可见，单色X线强度I与光子数目N成正比。对于波长不同的，有限种X线光子组成的复色X线，其强度为：I总=Njhvi式中，hv1、hv2、……hvn为每秒通过单位横截面积上的光子的能量；N1、N2……Nn，为各单色X线光子的数目。156影响X线强度的因素管电压〔kVp〕X线光子的能量，取决于冲击电子的能量大小，而电子的能量又由管电压kVp来确定。另外增加管电压也将增加X线的量，所以X线强度与管电压的平方成正比。管电流〔mA〕管电流愈大，冲击阳极靶面的电子数愈多，产生的X线光子数就多。157影响X线强度的因素靶面物质在一定的管电压和管电流下，放射量的多少决定于靶物质，靶物质的原子序数越高，产生X线的效率就越高。对连续X线来说，原子序数决定X线量的产生；对特征X线来说，原子序数决定产生特征X线波长的性质。158影响X线强度的因素高压波形

X线发生器产生的高压都是脉动式的，由于不同的整流方式，单相全波、三相六脉冲、三相十二脉冲、变频发生器等，所产生的高压波形的脉动率有很大区别。X线光子能量取决于X线的最短波长，即决定于管电压的峰值，当整流后的脉动电压越接近峰值，其X线强度越大。159X线质X线的质又称X线的硬度，它是由X线的波长(或频率)来决定的。X线的波长越短(X线的频率越高)，X线的光子所具有的能量就越大，X线的穿透力就越强，即X线质硬。反之，X线波长变长，穿透力变弱，X线的硬度就小。160X线质-半值层所谓半值层是指使入射X线强度衰减到初始值的1／2时，所需的标准吸收物质的厚度，诊断用X线的半值层一般用毫米铝〔mmAl〕表示。它反映了X线束的穿透能力，表征X线质的软硬程度。对同样质的X线来说，不同物质的半值层是不一样的。但就同一物质来说，半值层值大的X线质硬，半值层值小的X线质软。诊断用X线，假设用半值层来表示，在1.5~4mmAl之间。161X线质-管电压由于X线波长是由管电压确定的，一般就用管电压(kV)值间接表示X线的质。但是，X线管发出的X线是各种波长混合的连续X线，所以很难用同一个数值来表示。在医用X线摄影时，一般使用25~150kV的管电压产生的X线。150kV管电压产生的X线质以波长表示为：λmin＝1.24/150=0.008266nm

λmax＝1.5λmin=0.01239nm162X线质-管电压其波长范围，从理论上讲可相当宽，但实际上其长波X线已被X线管壁、绝缘油层、放射窗口、附加滤过板等吸收，所以射出X线管壁的X线波长大约是0.06nm。在40kV管电压下产生的X线波长为：λmin＝0.031nmλmax＝1.5λmin＝0.0465nm由上述可知：应用于X线摄影中的X线质是在0.008~0.06nm之间。163X线质实际应用中是以管电压和滤过情况来反响X线的质。这是因为管电压高、激发的X线光子能量大，即线质硬；滤过板厚，连续谱中低能成分被吸收的多，透过滤过板的高能成分增加，使X线束的线质变硬。在滤过情况一定时，常用管电压的千伏值来粗略描述X线的质。工作中有时也用半值层描述X线的质。可见，影响X线质的因素有管电压、滤过及整流方式〔即高压波形〕。164X线质X线管发出的X线质受许多因素制约，如管电压波峰值；整流过的电压波形、电流波形；管壁的玻璃、绝缘油层、管套窗口、附加滤过板等。165X线量X线量是指X线光子的多少。直接准确地测出从X线管发出的X线的多少是相当困难的，可根据X线特性用间接方法来测量，方法是利用X线在空气中产生电离电荷多少来测定X线的照射量。X线诊断范围内常用X线管电流与照射时间乘积——管电流量Q〔mAs〕来表示。166影响X线量的因素X线量与靶面物质的原子序数〔Z〕成正比；与管电压的n次方Vn成正比；与给予X线管的电能成正比。从X线管焦点到距离为r的面上的X线量H为：H=kVnZIt/r2167Cases100kVp时，产生X线的最短波长是A、1.24nmB、0.124nmC、0.0124nmD、0.0186nmE、0.031nmC168Cases最强波长是最短波长的A、0.15倍B、0.25倍C、0.50倍D、1.50倍E、2.50倍D169Cases表示X线强度的是A、SB、mAC、mAsD、kVpE、mAs×kVpE170Cases表示X线量的是A、SB、mAC、mAsD、kVpE、mAs×kVpC171Cases以下表达，错误的选项是A、X线强度与管电压的平方成正比B、管电流大，产生的X线光子数多C、靶的原子序数与产生X线的强度无关D、靶原子序数决定产生特征X线波长的性质E、整流后的脉动电压越接近峰值，X线强度越大C172Cases对X线质的表达，错误的选项是A、X线的波长越短，质越硬B、X线的频率越高，波长越长C、X线的穿透力由频率来决定D、X线的波长越短，光子能量越大E、X线的频率越高，穿透力就越强B173CasesX线从焦点发出到达被照体时，所经过的滤过中不包括A、滤线栅B、X线管壁C、绝缘油层D、放射窗口E、附加滤过板A174Cases表示X线质的两种方式是〔选其中2项〕A、SB、mAC、mAsD、kVpE、HVLDE175Cases使入射X线强度衰减到初始值的1／2时，所需的标准吸收物质的厚度称A、管电压B、半值层C、铅当量D、滤过系数E、衰减系数B176Cases关于X线量的表达，错误的选项是A、表示X线光子的量B、以测量X线在空气中产生的电离电荷表示C、用管电流量表示D、常用管电压表示E、X线量与焦片距平方成反比D177伴随X线管电压升高而出现的情况，正确的选项是A、撞击阳极靶面的高速电子数量成倍增加B、高速电子撞击阳极靶面的速度增加C、高速电子本身能量降低D、连续射线所占比例增加E、特征射线所占比例减小答案：BCases178管电压为125kVp时，产生的X线最短波长约为A、0.01nmB、0.02nmC、0.03nmD、0.04nmE、0.05nm答案：ACases179管电压为125kVp时，产生的X线最强波长约为A、0.005nmB、0.010nmC、0.015nmD、0.020nmE、0.025nm答案：CCases180管电压为125kVp时，产生的X线平均波长约为A、0.005nmB、0.010nmC、0.015nmD、0.020nmE、0.025nm答案：ECases181有关X线强度的表达，错误的选项是A、通常用质或量的乘积表示B、“量”是指X线光子的多少C、“质”是指X光子的能量D、连续X线波谱中曲线下面积表示总强度E、是光子数量与每个光子能量的乘积答案：DCases182影响X线强度的因素中，不包括A、管电压〔kVp〕B、管电流〔mA〕C、高压波形D、照射野面积E、X线管靶物质原子序数答案：DCases183能够用来表示X线质的是A、X线波长B、管电压C、管电流D、半价层E、照射时间答案：A、B、DCases184关于靶物质原子序数与X线强度关系的表达，错误的选项是A、原子序数决定连续X线量的产生B、原子序数决定特征X线的硬度C、连续X线强度与原子序数成正比D、特征X线强度与原子序数成正比E、原子序数高的靶物质产生的X线强度大答案：DCases185有关半价层的表达，错误的选项是A、是X线质的表示方法之一B、能反映X线束的穿透能力C、可表征X线质的软硬程度D、可用铝作为标准吸收物质E、半价层值越小的X线质越硬答案：E、Cases186X线管中高速电子的数量取决于X线束中最大光子能量取决于特征X线波长取决于A、管电压B、管电流C、管电流量D、高压波形E、靶物质原子序数B，A，ECases187测量X线量时，利用的X线特性是A、穿透作用B、荧光作用C、电离作用D、感光作用E、着色作用答案：CCases188关于X线量的表达，正确的选项是A、又被称为X线强度B、表示X线光子的多少C、可以直接探测到光子数多少D、与X线管电流无关E、与照射时间无关答案：BCases189关于X线量影响因素的表达，正确的选项是A、与靶物质原子序数成正比B、与管电压成正比C、与管电流成反比D、与照射时间成反比E、与距离成反比答案：ACases190第四节X线的吸收与衰减191X线的衰减-距离的衰减

X线强度在其传播过程中与距离平方成反比〔此法那么在摄影中常用来调节X线量〕。距离增加1倍，那么射线强度将衰减为原来的l／4。X线量与距离平方成反比的法那么在真空中是成立的，在有空气的空间内严格说是不成立的，在一般的摄影中，空气对X线的衰减可以忽略不计。192X线的衰减-物质吸收的衰减当射线通过物质时，由于射线光子与物质原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应等一系列作用，致使入射方向上的射线强度衰减，这一衰减称为物质所致的衰减。X线强度在物质中的衰减规律是X线透视、摄影、造影及各种特殊检查、X-CT检查和放射治疗的根本依据，同时也是进行屏蔽防护设计的理论根据。193衰减系数不同类型〔单一能谱、连续能谱〕的X线通过物质时，其衰减规律也是不一样的。单能窄束X线通过均匀物质层时，X线质不变，其强度的衰减符合指数规律〔等比衰减〕。I=I0e-x其中I0为X线到达物体外表的强度；I为X线穿过厚度为x的物体后的强度；x为吸收物质的厚度；μ为物质对X线的衰减系数。194衰减系数“窄束”并不仅是指几何学上的细小，而主要是指物理意义上的窄束。物理学上对窄束的定义是：射线束中不存在散射成分。即使射线束有一定宽度，只要所含散射光子很少，都可近似称为窄束。所谓宽束X线是指含有散射线成分的X线束。195连续X线在物质中的衰减特点连续X线是指能量从某一最小值到最大值之间的各种光子组合成的混合射线，当连续X线通过物质层时，低能成分衰减快，高能成分衰减慢，衰减后的射线强度减小了，平均能量提高了，能谱宽度变窄了，因此连续X线的量和质都有变化。可将其衰减特点概括为：强度变小，硬度提高，能谱变窄。196衰减系数连续X线通过物质之后，低能光子容易被吸收，致使X线束通过物质后高能光子在射线束中所占比率相对变大。连续通过物质之后的平均能量将接近于它的最高能量。实际应用中，可改变X线管窗口滤过厚度来调节X线束的线质。197衰减系数设单能窄束X线穿过厚度为dx的物质，因入射光子与物质粒子的相互作用，使探测到的光子数减少，减少的数目dN〔与物质粒子发生相互作用的光子数〕正比于入射的光子数N和吸收体的厚度dx，即μ是比例常数，称为线性衰减系数。负号表示随吸收体厚度的增加光子数减少。198衰减系数线性衰减系数μ还可理解为，当X线穿过单位厚度的物质层时，其强度衰减的分数值。

式中，I0为入射线的强度，I为穿过厚度为x的物质层后的射线强度。线性衰减系数μ的国际单位(SI)单位是“m1”，实际应用中还常用分数单位“cm1”。199衰减系数射线通过物质的衰减是由三种主要相互作用造成的，因此，总的线衰减系数应近似等于各主要作用过程的线衰减系数之和，即：式中，τ为光电线衰减系数；σ为康普顿线衰减系数；κ为电子对线衰减系数。在诊断能量范围内，其值是光电线衰减系数τ和康普顿线衰减系数σ之和〔μ≈τ＋σ〕。200质量衰减系数由于μ与吸收物质的密度成正比，而密度又随材料的物理形态而变化，为了避开这种与物质密度的相关性而便于应用，通常还采用质量衰减系数。其优点是它的数值与物质密度无关，与物质的物理形态无关。例如水、冰和水蒸气，虽然它们的密度和物理形态不同，但都由H2O组成，其质量衰减系数相同。总质量衰减系数应近似等于各主要相互作用过程的质量衰减系数之和，即：式中，τm、σm和κm分别为光电、康普顿和电子对效应的质量衰减系数。201质量衰减系数在诊断能量范围内，其值是光电质量衰减系数τ和康普顿质量衰减系数σm之和〔mm+σm〕。质量衰减系数不受吸收物质的密度和物理状态的影响，它与X线的波长和吸收物质的原子序数有如下近似关系。m=Kλ3Z4202能量转移系数--线性能量转移系数在X线与物质相互作用的三种主要过程中，X线光子的能量都有一局部转化为电子(光电子、反冲电子及正负电子对)的动能，而另一局部那么被一些次级光子〔标识X线光子、康普顿散射光子及湮灭辐射光子〕所带走，这就是说，总的衰减系数μ可以表示为两局部的总和，X线光子能量的电子转移局部和X线光子能量的辐射转移局部。203能量转移系数--线性能量转移系数对于辐射剂量学而言，重要的是确定X线能量的电子转移局部，因为最终在物质中被吸收的就来自这局部能量。显然，X线能量的电子转移局部应等于式中，μtr称为线性能量转移系数，它表示X线在物质中穿过单位厚度的物质层时，由于各种相互作用，其能量转移给电子的动能占总能量的份额。其国际单位(SI)单位是“m1”。τtr、σtr、κtr分别为光电效应、康普顿效应和电子对效应过程中能量转移为电子能量的线能量转移系数。204能量转移系数--质量能量转移系数简称质能转移系数，和线性衰减系数一样，μtr也近似正比于吸收物质密度ρ，而ρ随物质的物理状态变化。质能转移系数表示X线在物质中穿过单位质量厚度(1kg·m2)的物质层时，因相互作用其能量转移给电子的份额。质能转移系数的单位是米2·千克

1

(m2·kg1)。205能量吸收系数--线性能量吸收系数对于中等能量的光子，在与物质相互作用过程中，转移给次级电子的能量在碰撞过程中全部消耗，并被蓄留于吸收物质中，即全部被物质吸收。如果次级电子的能量相当高，那么由于轫致辐射而消耗次级电子的能量份额那么不可忽略。因而真正被物质吸收的能量应等于光子转移给次级电子的能量减去因轫致辐射而损失的能量。206能量吸收系数--线能量吸收系数假设用g表示次级电子能量转变为轫致辐射的能量份额，那么

式中，称为线能量吸收系数，SI单位是“m1”。它表示X线穿过单位厚度的物质层时，其能量真正被物质吸收的份额。g的数值随吸收体原子序数的增加而增大。但是次级电子能量在MeV以下时，g常忽略不计，即轫致辐射可忽略，此时，即转移给次级电子的能量全部被物质吸收。207能量吸收系数--质量能量吸收系数简称质能吸收系数SI单位是米2·千克

1(m2·kg1)。208衰减影响因素衰减的影响因素与X线的波长和透过物质有关。主要因素有：X线的能量：X线能量增加时，光电作用的百分数下降；当原子序数提高时，那么光电作用增加。短波X线的μ值小；射线能量越高，衰减越少。吸收物质的原子序数：光电衰减系数与原子序数Z的四次方成正比，而康普顿衰减系数与原子序数成正比，因此，原子序数愈高的物质，吸收X线也愈多。209衰减影响因素物质的密度：X线的衰减与物质密度成正比关系。这是因为密度加倍，那么单位体积内的原子、电子数也加倍，故相互作用的几率也就加倍。人体内除骨骼外，其他组织的有效原子相差甚微，但由于密度不同，便形成衰减的差异，而产生了X线影像。每克物质的电子数：射线的衰减与一定厚度内的电子数有关。显然，电子数多的物质比电子数少的物质更容易衰减X线。210人体对X线的衰减人体各组织对X线的衰减按骨、肌肉、脂肪、空气的顺序由大变小，这一差异即形成了X线影像的比照度。人体吸收X线最多的是由Ca3(PO4)2组成的门牙，吸收X线最少的是充满气体的肺。211人体对X线的衰减X线在人体中，主要通过光电效应和康普顿效应两种作用形式使其衰减〔忽略其他效应〕。以肌肉和骨骼为例，对不同能量的X线在两种组织中分别发生两种效应的比率。对肌肉组织在42kV时，两种效应各占50％，在90kV时，康普顿效应已占到90％。骨的有效原子序数较