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1、X线的产生和性质,1,优质荟萃,什么是X线？,2,优质荟萃,一、X线的发现 1895年11月8日，德国科学家伦琴在其实验室作阴极射线管（CRT）的气体放电现象实验时意外发现X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。 发现X射线后三个月，协助首例外科手术，20min拍摄1张头颅片。,3,优质荟萃,X线的本质和特性,X线的本质 1.具有波动性 干涉、衍射、反射、折射。 2.具有微粒性 光电效应、荧光作用、电离作用。 3.具有波粒二象性 X线在传播中波动性；X线与物质相互作用时粒子性,4,优质荟萃,X线的特性,1.物理特性 （1）穿透性：X线成像的基础。 （2）荧光作
2、用：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、增感屏、影像增强器、闪烁晶体等都利用了这一特性。 （3）电离作用：X线放射治疗的基础。 （4）热作用：X线被物质吸收，绝大部分最终都将变成热能，使物体升温。,5,优质荟萃,X线的特性,2.化学特性 （1）感光作用：X线摄影的基础。 （2）着色作用： 3.生物效应特性 生物组织经一定量的X射线照射，会产生电离和激发，使细胞受到损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为X射线的生物效应。这一特性在放射治疗中得到充分利用。,6,优质荟萃,7,优质荟萃,三、X线的产生,产生X线必须具备三个基本条件： 电子源 高速电子 阳极靶面,
3、8,优质荟萃,X线产生的装置,1.X线管 （1）阴极 由灯丝（钨丝绕制而成）和集射罩组成。 （2）阳极 是使高速电子突然受阻而产生X线的地方。 （3）管壳 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X线管和旋转阳极X线管。两者产生X线的原理完全相同，但后者容量大、性能好，是一种理想的X线管。,9,优质荟萃,X线球管,10,优质荟萃,旋转阳极X线管,11,优质荟萃,X线球管,12,优质荟萃,实际焦点（actual focal spot）：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
4、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。 有效焦点（effective focal spot）：实际焦点在X线投射方向上的投影面积。一般为长方形。 阳极面与X线投射方向之间的夹角叫阳极角（一般为100-200）。,13,优质荟萃,X线产生的装置,2.高压发生器 包含灯丝电路（使X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X线照射时间）。 3.控制台 是整个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，工作方式，KV、mA、照射时间等选择键。 4.机械装置和辅助设备 如检查床、天地轨、支架、影像增强系统、X
5、-电视等。,14,优质荟萃,四、X线产生原理,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。 1.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。 2.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辐射损失。 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、电离能和辐射能。即 E=E热+E电离+E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。,15,优质荟萃,X线的产生原理,X线是在能量装换中产生的。对X线进行光谱分析发现它由两部分组成，一部分是高速电子与靶原子核相
6、互作用产生的连续X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X线。可见X线是由这两种成分组成的混合射线。,16,优质荟萃,X线的产生原理,1.连续X线 连续辐射又称轫致辐射（bremsstrahlung rediation）。它是高速电子与靶原子核相互作用时产生的、具有连续波长的X线。连续辐射构成连续X线谱（continuous X-ray spectrum），是包括多种能量光子的混合射线。,17,优质荟萃,连续X线,连续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X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
7、子作用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。,18,优质荟萃,连续X线的最短波长,钨在较低管电压下的连续X射线谱,19,优质荟萃,连续X线的最短波长,由上图可知，连续X线谱的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（min）。,20,优质荟萃,连续X线的最短波长,光子能量（E）与频率（）成正比，与波长（）成反比，如果波长最短（min），则频率最高（ max），表明光子的能
8、量最大。根据能量转换和守恒法则，光子能量的最大极限（ h max ）只能等于入射电子在X线管加速电场中所获得的能量（eU），即 h max= eU h.c/min=eU min=hc/eU 把h、c、e代入上式，则 min=1.24/U（kV）nm 可见，连续X线的最短波长只与管电压有关。,21,优质荟萃,影响连续X线强度的因素,管电流、管电压和靶物质对连续X线的影响,22,优质荟萃,由上图可知，在管电压kv、管电流i一定时，连续X线的强度I与阳极靶面的原子序数Z成正比；在管电压kv、靶材料（Z）一定时，管电流越大，产生X线强度越大；管电流、靶材料（Z）一定时，管电压升高，X线强度越大。 连续
9、X线的总强度I连=K.i.Z.kvn 式中常数K=1.110-91.410-9 根据实验和计算得出，最强波长约在最短波长的1.5倍处。 即： 最强=1.5 min,23,优质荟萃,特征X线,特征辐射又称标识辐射。 特征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线称为特征X线。 当在X线管的管电压下加速的电子能量h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
10、电子空位，便释放出能量（ h ）等于电子跃迁前（E2）、后（E1）两能级之差的特征X线光子，即： h= E2 -E1,24,优质荟萃,特征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。产生特征X线必须有一个激发电压（即管电压），使高速电子的能量（h）至少要等于或大于击脱一个K电子所做的功（W），即： hW 式中W为脱出功或结合能。当h=W 时，KV=W/e为最低激发电压。,几种靶材料产生K、L系特征辐射的激发电压,25,优质荟萃,影响特征X线的因素,研究证明，K系特征X线的强度（Ik）可用下式表示：
11、Ik=K2i(KV-kVK）n 式中kVK为K系激发电压；K2和n均为常数。 由上式可见，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，并随管电压的升高K系强度迅速增大。,26,优质荟萃,五、X线的量与质,1.X线的量 就是X线光子数目。 在X线的临床应用中，可以用X线管的管电流mA与照射时间s的乘积来反映X线的量，通常以mAs为单位。 2.X线的质 又叫线质，它表示X线的硬度，即穿透物质本领的大小。X线质只与光子能量有关而与光子数无关。 在X线的放射应用中，常以X线管的kV值来近似描述X线的质。kV愈高，电子从电场中得到的能量越多，产生的X线穿透本领愈大。,27,优质
12、荟萃,六、影响X线量与质的因素,（一）影响X线量的因素 靶物质 管电流 管电压 （二）影响X线质的因素 X线的质仅取决于管电压的千伏值。,28,优质荟萃,mA（量）,Kv（质）,29,优质荟萃,七、X线产生效率,X线的产生效率即X线管中产生的X线能与加速电子所消耗电能的比值，即X线功率（X线的总强度）与高速电子流的功率之比： = K.Z.kV,K.mA.Z.kVn,mA.kV,30,优质荟萃,八、X线强度空间分布,X线管产生的X线，在空间各个方向上的分布是不均匀的，即在不同方位角上的辐射强度是不同的。这种不均匀的分布称为辐射强度空间分布或称辐射场的角分布。 X线辐射强度在空间分布主要取决于入射电子的能量、靶物质、靶厚度等因素。,31,优质荟萃,谢谢！,32,优质荟萃,