《医用物理学》-第13章 X射线

目录13.1X射线的产生及强度与硬度13.2X射线谱13.3X射线衍射13.4X射线与物质的作用、衰减规律及应用中国科学技术大学出版社第13章X射线030201X射线强度和硬度的概念、X射线谱及X射线产生机制；X射线与物质的作用、衰减规律。X射线衍射。X射线在医学上的应用。第13章X射线掌握熟悉了解学习要求中国科学技术大学出版社13.1X射线的产生及强度与硬度第13章X射线中国科学技术大学出版社第13章X射线13.1X射线的产生及强度与硬度中国科学技术大学出版社13.1.1X射线的产生X射线产生示意图1.传统的方法:用高速运动的电子流打在适当的障碍物(靶)上即可产生X射线。产生X射线的方法：2.同步辐射:由加速的高能带电粒子直接辐射X射线。（1）产生条件：①高速带电粒子；②磁场。

（在同步辐射大型设备中完成）（2）特点：能量大，波谱很窄，利用插入件可获得单色X射线。（1）产生条件：①高速电子；②适当障碍物——靶。（2）特点：能量小，波谱宽。3.自由电子激光:高速电子通过插入件可获得自由电子激光X射线。第13章X射线中国科学技术大学出版社13.1.2X射线的强度与硬度1.强度X射线是波长很短的电磁波，或能量（hν）很大的光子流，X射线强度指单位时间内通过与射线垂直的单位面积的辐射能量。改变管电流或管电压可改变X射线强度。增大管电流，可增加单位时间内撞击阳极靶的电子数，故可增加X射线的强度；增大管电压u，可增大电子在电场中获得的能量，使其产生的光子能量也随之增大，故也可增加X射线强度。在应用上，通常在一定管电压下，通过调节管电流大小来改变X射线强度，所以在医用上常用管电流（mA）大小反映其强度。第13章X射线中国科学技术大学出版社13.1.2X射线的强度与硬度2.硬度X射线的贯穿本领，它由X射线的波长（即单个光子的能量）所决定，而与光子数目无关。调节管电压即可改变X射线硬度，硬度大小用kV数表示。X射线硬度表示X射线的质。医用X射线按硬度的分类名称管电压（kV）最短波长（nm）主要用途极软X射线5-300.25-0.041软组织摄影软X射线30-1000.041-0.012体部或脏器的透视和摄影硬X射线100-2500.012-0.005体内软组织治疗极硬X射线250以上0.005以下深部组织治疗13.2X射线谱第13章X射线中国科学技术大学出版社第13章X射线13.2X射线谱中国科学技术大学出版社13.2.1连续X射线谱X射线谱示意图采用X射线管发出的X射线，包含各种不同的波长成分，将其强度按照波长的顺序排列开来的图谱，称为X射线谱。第13章X射线中国科学技术大学出版社13.2.1连续X射线谱产生机制：当高速电子流撞击在阳极靶上受到制动时，电子在原子核的强电场作用下，速度的量值和方向都发生急剧变化，使得一部分动能转化为X光子的能量辐射出去。此过程称为韧致辐射。由于各个电子到原子核的距离不同，速度变化情况也各不一样，所以每个电子损失的动能亦不同，辐射出来的X光子能量具有各种各样的数值，从而形成具有各种频率的连续X射线谱。+轫致辐射h

EE-h

+h

max=EE韧致辐射第13章X射线中国科学技术大学出版社13.2.1连续X射线谱短波极限λmin管电压↑，

min向短波方向移动。管电流越大，强度越大。管电流、管电压一定时，靶原子序数愈高连续谱强度愈大。每一种靶原子核的核电荷数等于它的原子序数，原子序数大的原子核电场对电子作用强，电子损失能量多，辐射出来的光子能量大，因此，X射线的强度也就愈大。钨的连续X射线谱第13章X射线中国科学技术大学出版社13.2.2标识谱1.产生机制标识X射线是由原子核较高的各能级的电子跃迁到内壳层的空位时产生的。壳层间能量差较大，因而发出的光子频率较高，波长较短。电子由不同能级达到同一壳层的空位时产生的谱线称为一个线系。线系的最短波长边界：一个自由电子(或近似地认为是最外层价电子)进入这个空位时发出的光子的波长。X射线管需要加几十千伏的电压才能激发出某些标识X射线系。(当X射线管的管电压较低时只出现连续X射线谱)2.标识谱特性标识谱产生机制第13章X射线中国科学技术大学出版社13.2.2标识谱连续谱上叠加有规律的尖峰不同物质,尖峰位置和分布不同；尖峰不随管电压变化。标识谱决定于阳极靶材料，可作为靶元素的标识。原子序数愈高的元素，标识X射线系的波长也愈短。医用X射线管发出的主要是连续X射线，标识X射线在全部X射线中所占的分量很少。标识X射线的研究结果，对于认识原子的壳层结构和化学元素分析都是非常有用。不同管电压下钨靶的X射线谱13.3X射线衍射第13章X射线中国科学技术大学出版社第13章X射线13.3X射线衍射中国科学技术大学出版社X射线的衍射当X射线入射晶体时，每个原子都是发射子波的衍射中心,并向各个方向发射子波,子波相干叠加,形成衍射图样。散射光干涉加强条件（布拉格方程）：k取整数值。d为晶面间距，θ为衍射角。单色X射线束入射时，一般不能满足干涉加强条件；连续X射线束入射时，总有一个波长可以产生加强反射。第13章X射线中国科学技术大学出版社X射线用于晶体结构分析：X射线衍射是研究晶体结构的主要方法之一。用结构已知的晶体作为光栅，利用布拉格公式可以计算出入射X射线的波长。反之，利用已知波长的X射线照射晶体，则可测出晶体点阵上微粒的位置和间隔。生物医学上研究有机体如细胞和蛋白质等的精细结构。DNA的双螺旋结构就是用X射线衍射发现的。13.4X射线与物质的作用、衰减规律及应用第13章X射线中国科学技术大学出版社第13章X射线13.4X射线与物质的作用、衰减规律及应用中国科学技术大学出版社13.4.1X射线与物质的相互作用X射线是能量很大的光子流。X射线可使被照射的物质原子或分子电离，称为电离作用。X射线能使物质原子或分子处于激发态，当它们回到基态时发出荧光，称为荧光作用。X光子和电子碰撞也可改变光子的传播方向及能量，产生康普顿散射现象。X射线还能使某些物质发生化学反应，如使照相底片感光，称为光化学作用，可用于X射线摄影。X射线若照射于生物组织，因电离、激发等作用会使生物组织产生物理、化学及生物学的变化，导致生物组织的损伤，称为生物效应。X射线的生物效应可用于破坏某些敏感度高、分裂旺盛的癌细胞，用于临床治疗，但X射线对正常组织亦有破坏作用，应当注意对X射线辐射的防护。第13章X射线中国科学技术大学出版社13.4.2X射线的衰减

X射线强度的指数衰减规律：I0：入射X射线的强度；I

：通过厚度为x的物质层后的射线强度；μ：

线性衰减系数。I0xIX射线通过物质被衰减半价层：第13章X射线中国科学技术大学出版社13.4.3衰减系数的相关因素及应用在一定的波长范围内，衰减系数μ与物质密度ρ，原子序数Z及X射线的波长λ的关系近似为：2.

Z越大μ越大。1.μ与ρ成正比。质量吸收系数：3.波长越长的X射线，越容易被吸收。第13章X射线中国科学技术大学出版社13.4.4X射线的医学应用简介X射线在医学上的应用主要有治疗和诊断两个方面。X射线照射生物组织，由于电离和激发，会产生一系列的生物效应，可用于对某些肿瘤的治疗，但对正常细胞亦有伤害作用，应注意适当的防护。X射线在诊断方面的应用主要有X射线常规摄影、透视及X-CT。本章小结中国科学技术大学出版社第