X线与物质的相互作用

1、1.x射线和物质之间的相互作用；2.原子的核外电子由于与外界的相互作用而获得足够的能量，并挣脱原子核的束缚，导致原子电离。电离是由具有足够动能的带电粒子(如电子、质子和粒子)与原子中的电子碰撞而引起的。原子的核外电子被原子核束缚的方式不同。带电粒子的结合能必须不小于原子核外壳中电子的结合能，以便电离物质的原子。不带电的粒子，如光子和中子，本身不能电离物质，但次级粒子，如电子和反冲核，它们与壳层电子或原子核相互作用产生，然后与物质中的原子相互作用，导致原子电离。带电粒子碰撞引起的物质原子或分子的电离称为直接电离，这些带电粒子称为直接电离粒子。不带电粒子和物质相互作用产生的带电粒子导致原子电离，这

2、被称为间接电离。这些不带电荷的粒子被称为间接电离粒子。由直接电离粒子或间接电离粒子或两者的混合物组成的辐射成为电离辐射。此外，一些辐射，如红外线、可见光、微波和其他电磁波以及低能粒子，由于它们的低能而不能引起物质原子电离，成为非电离辐射。5，辐射的类型，直接电离辐射电子质子粒子其他重带电粒子间接电离辐射不带电粒子如中子和光子，6，电离辐射和物质之间的相互作用是x光成像的物理基础和电离辐射剂量学的基础。7、带电粒子与物质相互作用的主要方式，具有一定能量的带电粒子入射到靶物质中并与物质原子相互作用，而相互作用的主要方式是与核外电子的非弹性碰撞；与原子核的非弹性碰撞；与原子核的弹性碰撞；与原子核发生

3、核反应。x光与物质的相互作用，以及x光与物质的相互作用都与原子有关。x光能引起物质的各种物理、化学和生物效应。当x光光子进入生物组织时，它们与体内的电子相互作用，形成高速电子和散射线。当高速电子穿过组织时，它们与原子相互作用，使其电离或激发，导致化学变化和生物损伤；在吸收的能量中，97%转化为热能，3%以化学变化的形式积累。10，X射线与物质的相互作用，高速电子也可以发生辐射碰撞，产生轫致辐射，而轫致辐射射线和散射射线继续与物质的原子相互作用，就像初级射线一样。平均约30次相互作用，一个入射光子的所有能量都转移到电子上。x光光子进入生物组织后，光子能量被转移并被吸收，最终导致生物效应。x射线可

4、能与物质中原子的电子、原子核、带电粒子的电场和原子核的介子场相互作用，结果可能发生光子吸收、弹性散射和非弹性散射。吸收的光子能量全部转化为其他形式的能量；弹性散射仅改变辐射的传播方向，而非弹性散射改变辐射的方向并部分吸收光子能量。X射线与物质的相互作用，X射线与物质相互作用的主要过程包括：光电效应、康普顿效应和电子对效应，它们损失了大部分能量。其他次级过程包括相干散射和光核反应。13，概述，hv Ei康普顿效应hv 2mec2电子对效应hv很高，光核反应、吸收和散射、入射x射线、直接透射、光电吸收、电子对效应、散射、光电子、俄歇电子、特征发射、康普顿散射、相干散射的总质量衰减系数。当光子能量较

5、低时，除了低Z以外的所有元素主要是光电效应。当光子能量为0.84兆电子伏时，康普顿效应占主导地位，而与z无关。电子对效应在大h时占主导地位。图中的曲线显示了两个相邻效应完全相等时的z和h值。在20100千电子伏的诊断X射线范围内，光电效应和康普顿效应很重要，相干散射不占优势，不会出现电子对效应。17，摘要，水、致密骨和NaI对20100千电子伏光子能量的各种影响的百分比。18，诊断放射学中作用概率与有效原子序数和能量之间的关系，19，总结，水被用来解释低z组织，如空气、脂肪和肌肉。紧实的骨骼含有大量的钙，代表中等的Z物质。相干散射仅占大约5%。康普顿散射是水中除低能光子之外的主要因素。NaI的

6、z值很高，这主要是由于光电效应。骨骼位于水和NaI之间，在低能时主要是光电的，在高能时主要是康普顿散射。20，总结，对于低z的软组织，当射线能量很低时，光电效应是主要的；钼靶x光机产生的低能x光胶片常用于射线照相，以增加光电效应的几率，提高照片的对比度。光电效应是低能光子对高Z吸收材料的主要作用形式，它可以使照片产生良好的对比度，但增加了受检者的X射线剂量。康普顿效应是x光在人体内最常见的作用，也是x光诊断中散射光线的主要来源。散射光线增加了雾，降低了对比度，但与光电效应相比，它们使受试者的剂量降低了。21，22，光电效应，光电效应发生概率的概念如何评价光电效应在放射诊断学中，23，1。光电效

7、应的概念是，当能量为h的光子穿过物质时，它们与原子内部的电子相互作用，将所有的能量给予电子，而具有能量的电子摆脱原子核的束缚，成为自由电子(光电子)。24，1。光电效应的概念是，原子发射光电子的状态是不稳定的，它们的电子空位被外部电子迅速填充，然后发射出特征性的x光光子。这种特有的x光在离开原子之前会击碎外层电子，这就是所谓的“俄歇电子”。人体组织中特有的x射线和俄歇电子的能量低于0.5千电子伏特，这些低能光子和电子很快被周围组织吸收。光电效应的概念，光电效应的本质是什么？物质吸收x光并使其电离的过程。根据能量守恒定律，当光电效应发生时，入射X射线的光子能量h和光电子的动能Ee满足关系式：其中

8、EB是原子I层电子的结合能，与原子序数和壳数有关。26，示例：用能量为5eV的光子照射金属将产生最大初始动能2.3eV。用能量为10eV的光子照射金属产生的光电子的最大初始动能是多少？27，1。光电效应的概念，光电效应产生：负离子(光电子，俄歇电子)；正离子(失去电子的原子)；新光子(特征辐射)，28，2。发生概率，入射光子必须有足够的能量来克服轨道电子的结合能。碘的k电子结合能为33.2keV，如果光子能量为33keV，则电子不能被击倒，但m或l层电子可以被击倒。当光子能量与电子结合时，很容易产生光电效应。例如，一个34千电子伏的光子比一个100千电子伏的光子更有可能与碘的钾层电子相互作用。

9、光子能量越高，光电效应的可能性越小。29，2。出现概率轨道电子与原子核结合得越紧密，就越容易产生光电效应。对于高Z材料，轨道电子的结合能较大，不仅K层中的电子，而且其他壳层中的电子更容易产生光电效应。对于低Z材料，只有K电子具有较高的结合能，所以光电效应几乎总是发生在K层。30，2。发生的概率比外层大得多。如果入射光子的能量大于钾电子的结合能，在钾层中发生光电效应的几率为80，是正常情况下的45倍，31，2，如果X射线光子每单位距离穿过吸收材料，由光电效应引起的衰减称为光电线性衰减系数，用符号“”表示；光电质量的衰减系数用符号“/”表示。实验和理论已经证明，光电质量衰减系数与原子序数和光子能量

10、之间的关系可以表示为：其中n是原子序数的函数，对于低原子序数的材料大约为4，对于高原子序数的材料大约为4.8，32，并且吸收极限的出现概率为33，2。当光子能量等于K，L和M的电子结合能时，光电效应发生突变的概率最高。光电效应概率特别高的地方叫做吸收极限。34，3光电效应中的特征辐射，x光管中从阴极飞出的高速电子，光电效应中的x光光子，导致电子空位和特征辐射。在光电效应的特征辐射中，当x光光子击碎碘的钾电子，造成钾空位时，通常，壳层附近的电子会跳跃来填补这个空位。当l个电子跳入填充物时，产生能量为28.3千电子伏(33.24.928.3千电子伏)的光子辐射。当L空位从M电子跳跃到填充时，它发射

11、出一个能量为4.3千电子伏(4.90.64.3千电子伏)的光子，这个光子一直持续到33.2千电子伏的能量完全转化为光能。当发射出33.2千电子伏的光子时，钾空位也可以被外来的自由电子填充，这是碘的最大能量的特征辐射。光电效应中的特征辐射，钙是人体中Z值最高的主要元素，它的钾特征辐射只有4千电子伏，远小于x光光子能量，并且在它出现后几毫米内被吸收。人体内其他元素的特征辐射能量较小(0.5千电子伏)。x光照射产生的光电效应的特征辐射将被组织吸收。光电子在单位立体角中的角分布由下式确定：其中X射线光子的入射方向与光电子的出射方向之间的角度；是光电子速度与光速的比率。光电子的角分布与光子能量有关。当光

12、子能量很低时，光电子与入射方向成90角发射的概率最高。随着光子能量的增加，光电子的分布趋向于前方(入射方向)。诊断放射学中的光电效应可以从优点和缺点两方面进行评估。光电效应可以产生高质量的照片图像。原因是：不产生散射线，减少了照片的雾；增加不同组织和造影剂对射线吸收的差异，产生高对比度的x光照片。有害的方面是入射的x光可以通过光电效应被人体完全吸收，增加了受检者的剂量。诊断放射学中的光电效应对受检者接受的x光剂量非常有害。受检者从光电效应中接受的x光剂量比任何其他效应都多。入射光子的能量通过光电作用被人体完全吸收，受检者在康普顿散射中只吸收一小部分入射光子的能量。从全面质量管理的角度来看，应尽

13、可能减少x光检查的剂量。42，5应减少诊断放射学中的光电效应。由于光电效应的发生概率与光子能量的三次方成反比，因此在实际工作中采用了高千伏摄影技术，从而降低了剂量。然而，在乳腺摄影中，我们应该注意平衡对比度和剂量之间的矛盾。康普顿效应，作用过程中散射光子和反冲电子的角分布，在放射诊断学中发现康普顿效应的意义，44，2，康普顿效应，45，1。作用过程，当能量为h的光子与原子的外轨道电子相互作用时，在光子给轨道电子一些能量后，它们的频率发生变化，并与入射方向成一定角度散射(康普顿散射光子)康普顿发现，称为康普顿效应或康普顿散射。康普顿效应是由反冲电子、反冲角散射光子、散射角、频率、反冲电子和散射光

14、子产生的。只有当入射光子的能量远远超过原子中电子的结合能(约10000倍)时，康普顿效应才容易发生。实际上，轨道电子的结合能经常被忽略，康普顿效应被认为是入射光子和自由电子之间的碰撞。就像两个球的碰撞(入射光子，自由电子)，如果光子在碰撞过程中经过电子，偏转角很小，反冲电子获得的能量也很小，散射光子保留了大部分能量；如果碰撞更直接，光子的偏转角增加，损失的能量增加；当正向碰撞时，反冲电子获得最多能量，而反向折回的散射光子仍保留一定的能量。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中散射光子和反冲电子在与入射光子方向成不同角度时的能量分布特征。h是入射光子能量

15、，而h1和h2是不同角度的散射光子能量。由数字1和210标记的矢量是光子散射时产生反冲电子的动能。光子可以在0180的整个空间范围内被散射，反冲电子的飞行角度不超过90。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，当偏转角为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，入射的X射线光子经过电子，其能量没有损失。当偏转角为180时，散射光子的能量最小，因此反冲电子的动能最大。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。可以得出结论，康普顿散射中光子波长的变化是：对于给定的散射角，光子波长的变化与入射光子的能量无关。53，2反冲电子和散射光

16、子，表2-4不同偏转角(kev) (kev)下的散射光子能量30 60 90 180 25 24.9 24.4 24 23 50 49.6 47.8 46 42 75 74.3 70 66 58 100 98.5 91 84 72 150 146 131 116 95，54，2反冲电子和散射光子。从表中的数据可以看出，在康普顿散射中，散射光子仍然保留大部分能量，而转移到反冲电子的能量非常小。以小角度偏转的光子仍然保留着几乎所有的能量。这将产生小角度的散射光线，这将不可避免地到达胶片产生雾并降低照片质量。原因是散射光线能量大，滤板无法滤除；由于它的小偏转角，它不能被网格从有用的光束中去除。例如，如果能量为20千电子伏的光子与物质康普顿散射，反冲电子获得的最大能量是多少？事实上，当光子的波长变化最大时，传递给电子的能量也最大。当偏转角为180时，最大变化波长为、56、180方向的散射光子波长为，散射光子能量为，20keV光子波长为，57、因此，反冲电子的能量Ek为，这进一步说明当低能光子经历康普顿效应时，入射光子的大部分能量被散射光子带