《X射线物理》PPT课件

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1、赵英红徐州医学院影像技术学教研室zyh121@163.com13641549054医学影像物理学X射线的发现1895年11月8日，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴在德国沃兹堡大学实验室用克鲁克斯管研究高真空下放电现象时，却发现距克鲁克斯管约1米远处的一块氰亚铂酸钡纸屏风上发出了荧光，伦琴认定克鲁克斯管中发出了一种能够穿透某些物质而又看不见的射线，进一步的试验，用书本、木板等都遮不住这种射线，更甚者，当伦琴用手去拿那块纸屏风时，竟在纸屏风上看到了自己手骨的影像。第一章X射线物理当时不甚了解其性质，故用了数学上的未知数“X”表示

2、，称为“X射线”（X-ray），简称X射线或X光，又称“伦琴射线”。X射线的发现为自然科学开辟了一条崭新的道路，伦琴荣获了1901年度首届诺贝尔物理学奖。1895年12月28日伦琴写出了他的第一篇关于X射线的论文，发表后立即引起了人们极大的兴趣。目前，X射线已经广泛应用于医学诊断和治疗、工业探伤、民用安全检查、物质结构分析等领域。世界上第一张X射线照片→哪一张是真的？一、X射线的产生1.X射线产生条件在高真空管内高速行进成束的电子流撞击阳极靶(钨、钼等)时与原子核或内层电子相互作用而产生X射线，即高速电子流和靶物质相互作用

3、的结果产生X射线。X射线产生条件产生X射线需具备以下三个条件：①电子源：根据实际情况提供足够数量的电子。②高速电子流：在高真空管内施加高电压的电场使电子获得足够的动能。③适当的靶物质：特定材料制成的、能经受高速电子流撞击的阳极靶面。二、X射线产生机制1.电子与物质相互作用高速电子与靶物质作用的过程较复杂。高速电子带负电荷，在物质中主要与原子核的正电场及轨道电子的负电场作用。当高速电子穿过物质时几乎会与相遇的每个原子发生作用，作用很频繁。如一个动能为1MeV的高速电子在被阻止前会遭受1万次的碰撞，每一次碰撞电子不仅要损失部分

4、能量还会改变运动方向。电子在碰撞过程中的能量损失分为碰撞损失和辐射损失。碰撞损失只涉及原子的外层电子，这部分能量将全部变为热。辐射损失涉及内层电子和原子核。电子与靶原子因碰撞而损失能量的过程就是能量转换的过程。2.连续X射线X射线管发出的X射线是由连续X射线和标识X射线两部分组成的混合射线。连续放射：又称韧致辐射是高速电子流撞击阳极靶面时，与靶物质的原子核相互作用而产生的、连续波长的X射线(连续X射线)的过程。+连续X射线阴极电子撞击阳极靶面的动能取决于管电压的大小，管电压越高，阴极电子获得的动能就越大，由于单位时间内大量

5、能量不等的电子同时撞击靶面，与靶原子相互作用中损失的能量各不相同，因而发出的X射线光子的能量也互不相同，大量的X射线光子组成了具有频率连续的X射线发射谱。保持管电流不变，将管电压从20kV增加到50kV时，测量各波段的相对强度而绘成的连续X射线谱。钨靶在较低管电压下的连续X射线谱图连续谱的X射线强度是随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都无限延伸，但强度越来越弱；在波长减小的方向上，曲线都存在一个称为短波极限波长的极限值。连续X射线的最短波长λmin：光子能量的最大极限hυmax等于入射电

6、子在X射线管加速电场中所获得的能量eU，即左下式中，U的单位为kV，λmin的单位为nm可见，连续X射线的最短波长只与管电压有关3标识放射：又称特征辐射不同的靶物质发出的X射线的波长不同，原子序数越高，产生的X射线波长越短。标识X射线与X射线管的管电流无关。hυ为特征X光子能量(即跃迁过程中释放的能量)E2为跃迁前的能量E1为跃迁后的能量特征辐射/标识辐射标识X射线的波长同阳极靶原子的结构有着密切的联系，仅取决于阳极靶物质，与X射线产生过程中的其它因素无关。不同靶材料的辐射光子的能量和波长也不同。每一种元素的标识X射线的波

7、长是固定不变的。特征辐射/标识辐射产生标识X射线的最低激发电压U必须满足W为脱出能。时，为最低激发电压，不同的激发电压产生的标识X射线量占总的X射线量的比率是不同的。小结1）连续谱的形状与靶的材料无关。2）连续谱存在一最大的能量值，它取决于管电压。3）标识辐射的X射线波长是由跃迁的电子能量差决定的，与高速电子的能量（管电压）无直接关系，主要决定于靶物质的原子序数，原子序数越高，产生的标识辐射的波长越短。三、X射线的基本特性X射线的穿透作用X射线的荧光作用X射线的电离作用X射线的热作用X射线的化学和生物效应按人体组织对X射线

8、透射性能的不同分为三类：易透性组织中等透射物质不易透射性组织易透性组织中等透射物质不易透射性组织气体结缔组织骨骼肌肉组织脂肪组织软骨血液2、荧光作用当射线照射某种物质时，能够发出荧光，具有这种光特性的物质称为荧光物质。如钨酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌镉等荧光物质受X射线照射时，物质原子被激发或电离，当