X线的性质与物质相互作用教案.pptx

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1、会计学1X线的性质与物质相互作用线的性质与物质相互作用X X线性质与物质相互作线性质与物质相互作用用邢台市人民医院 孔德博第1页/共14页X X线性质与物质相互作用线性质与物质相互作用n nX X线性质线性质n nX X线特性线特性n nX X线与物质相互作线与物质相互作用用第2页/共14页X X线的性质线的性质n nX X X X线的本质线的本质线的本质线的本质 X X X X线是电磁辐射谱中的一部分，属于电离辐线是电磁辐射谱中的一部分，属于电离辐线是电磁辐射谱中的一部分，属于电离辐线是电磁辐射谱中的一部分，属于电离辐射，波长介于紫外线和射，波长介于紫外线和射，波长介于紫外线和射，波长介于紫

2、外线和射线之间。其本质和可见光、射线之间。其本质和可见光、射线之间。其本质和可见光、射线之间。其本质和可见光、紫外线灯完全一样，就是电磁波，不同的是紫外线灯完全一样，就是电磁波，不同的是紫外线灯完全一样，就是电磁波，不同的是紫外线灯完全一样，就是电磁波，不同的是X X X X线频率高，线频率高，线频率高，线频率高，波长短。所以波长短。所以波长短。所以波长短。所以X X X X线同可见光一样，也具有波粒二象性。线同可见光一样，也具有波粒二象性。线同可见光一样，也具有波粒二象性。线同可见光一样，也具有波粒二象性。1 1 1 1、波动性（大量）、波动性（大量）、波动性（大量）、波动性（大量）属于横波

3、，具有衍射、偏振、反属于横波，具有衍射、偏振、反属于横波，具有衍射、偏振、反属于横波，具有衍射、偏振、反射、折射等现象。射、折射等现象。射、折射等现象。射、折射等现象。2 2 2 2、微粒性（少量）、微粒性（少量）、微粒性（少量）、微粒性（少量）光电效应、荧光作用、电离作用光电效应、荧光作用、电离作用光电效应、荧光作用、电离作用光电效应、荧光作用、电离作用。第3页/共14页X X X X线的特性线的特性线的特性线的特性n n1 1、物理特性、物理特性 X X线在真空中，是直线传播不可线在真空中，是直线传播不可见电磁波。见电磁波。X X线不带电，不受外电磁场干扰。线不带电，不受外电磁场干扰。穿透

4、本领穿透本领：X X线频率高，波长短，线频率高，波长短，物质吸收较弱，因此有很强的贯物质吸收较弱，因此有很强的贯穿本领。穿本领。荧光作用荧光作用：某些物质被：某些物质被X X线照射线照射后，能激发出可见荧光。如磷、后，能激发出可见荧光。如磷、钨酸钙、铂氰化钡等荧光物质，钨酸钙、铂氰化钡等荧光物质，增感屏即用此原理制成。增感屏即用此原理制成。电离作用：击脱原子中轨道电子，电离作用：击脱原子中轨道电子，发生一次电离，被击脱电子继续发生一次电离，被击脱电子继续电离更多原子。电离更多原子。X X线的电离作用主线的电离作用主要是次级电子的电离作用。要是次级电子的电离作用。热作用：热作用：X X线被物质吸

5、收，最终线被物质吸收，最终绝大部分转变为热能。绝大部分转变为热能。n n2 2、化学特性、化学特性 感光作用感光作用：和可见光一样，具有：和可见光一样，具有光化学作用。例如使胶片乳剂感光化学作用。例如使胶片乳剂感光。光。着色作用：某些物质经着色作用：某些物质经X X线长期线长期大剂量照射后，其结晶体脱水渐大剂量照射后，其结晶体脱水渐渐改变颜色，称为着色反应，如渐改变颜色，称为着色反应，如水晶、铅玻璃。水晶、铅玻璃。3 3、生物效应、生物效应 X X线在生物体内产生电离及激发，线在生物体内产生电离及激发，也就是使生物体产生生物效应。也就是使生物体产生生物效应。通常将辐射生物效应分为：通常将辐射生

6、物效应分为：确定性效应：射线照射人体全确定性效应：射线照射人体全部或局部组织，若能杀死相当数部或局部组织，若能杀死相当数量的细胞而这些细胞又不能由活量的细胞而这些细胞又不能由活细胞的增殖来补充，则这种照射细胞的增殖来补充，则这种照射可引起人类的确定性效应。可引起人类的确定性效应。随机性效应：该效应被认为无随机性效应：该效应被认为无剂量阈值，有害效应的严重程度剂量阈值，有害效应的严重程度与受照计量的大小无关。与受照计量的大小无关。第4页/共14页X X X X线与物质相互作用线与物质相互作用线与物质相互作用线与物质相互作用n n1 1、光电效应光电效应：X X线光子与构成原线光子与构成原子的内壳

7、层轨道电子碰撞时，将子的内壳层轨道电子碰撞时，将其全部能量传递给原子的壳层电其全部能量传递给原子的壳层电子，电子摆脱原子核束缚，称为子，电子摆脱原子核束缚，称为自由电子，自由电子，X X线光子被物质吸收，线光子被物质吸收，此过程称为光电效应。原子变为此过程称为光电效应。原子变为离子，处于激发态，外层电子填离子，处于激发态，外层电子填充空缺，产生特征充空缺，产生特征X X线。特征线。特征X X线线离开原子前，又击出外层电子，离开原子前，又击出外层电子，使之成为俄歇电子，此过程为俄使之成为俄歇电子，此过程为俄歇效应。歇效应。产物：光电子、正离子、标识产物：光电子、正离子、标识辐射、俄歇电子。辐射、

8、俄歇电子。产生条件及发生几率：入射光产生条件及发生几率：入射光子的能量与轨道电子的结合能必子的能量与轨道电子的结合能必须接近相等（稍大于）才容易产须接近相等（稍大于）才容易产生光电效应。光电发生几率大约生光电效应。光电发生几率大约和光子能量的三次方成反比，与和光子能量的三次方成反比，与原子序数的四次方成正比。这就原子序数的四次方成正比。这就说明：说明：不同密度的物质能产生明不同密度的物质能产生明显的对比影像显的对比影像，密度的变化可明显影响摄影条件，密度的变化可明显影响摄影条件,要要根据不同密度物质选择适当的射线能根据不同密度物质选择适当的射线能量。量。意义：增加意义：增加X X线的对比度，病

9、人接线的对比度，病人接收剂量大，为减少对病人的照射，采收剂量大，为减少对病人的照射，采用高能量射线。用高能量射线。第5页/共14页X X线与物质相互作用线与物质相互作用n n2 2、康普顿效应康普顿效应：当一个光子击脱：当一个光子击脱原子外层轨道上的电子或者自由原子外层轨道上的电子或者自由电子时，入射光子损失部分能量，电子时，入射光子损失部分能量，并改变原来传播方向，变成散射并改变原来传播方向，变成散射光子，电子从光子处获得部分能光子，电子从光子处获得部分能量脱离原子核束缚，按一定方向量脱离原子核束缚，按一定方向射出，成为反冲电子，此过程称射出，成为反冲电子，此过程称为康普顿效应。光子入射和散

10、射为康普顿效应。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射光子的传播方向的夹角称为反冲角。入射光子偏转角度越大，冲角。入射光子偏转角度越大，能量损失越多，光子波长越长。能量损失越多，光子波长越长。散射线散射线几乎全部来自康普顿效应。几乎全部来自康普顿效应。发生几率：与物质的原子序数发生几率：与物质的原子序数成正比，与入射光子的能量成正比，与入射光子的能量（h h）成反比）成反比(光子能量比电子光子能量比电子结合能大很多结合能大很多)，即与入射光子的，即与入射光子的波长成正比。波长成

11、正比。影响：到达前方的散射线增加影响：到达前方的散射线增加胶片灰雾度，影响图像质量，到胶片灰雾度，影响图像质量，到达侧面的散射线给防护带来困难。达侧面的散射线给防护带来困难。第6页/共14页散射线散射线散射线散射线n n散射线散射线：由于焦点外：由于焦点外X X线线或或X X线穿过被照体及其他线穿过被照体及其他物体产生的与原发物体产生的与原发X X线同线同向、反向或侧向，且比向、反向或侧向，且比原发原发X X线波长长的线波长长的X X线为线为散射线。散射线。n n散射线含有率：散射线散射线含有率：散射线在作用于胶片上的全部在作用于胶片上的全部射线量中所占的比率，射线量中所占的比率，称为散射线含

12、有率。称为散射线含有率。n n散射线含有率影响因素：散射线含有率影响因素：1 1、管电压：、管电压：kVkV越高，越高，X X线线强度越大，产生散射线越多。强度越大，产生散射线越多。散射线含有率随管电压的升散射线含有率随管电压的升高而加大。但在高而加大。但在80-90kV80-90kV以上以上时，散射线含有率趋向平稳。时，散射线含有率趋向平稳。2 2、被照体厚度：在相同管、被照体厚度：在相同管电压及照射野下，散射线含电压及照射野下，散射线含有率随被照体厚度增加而大有率随被照体厚度增加而大幅度增加。对照片影像的影幅度增加。对照片影像的影响比管电压影响大得多。响比管电压影响大得多。3 3、照射野：

13、照射野是产生、照射野：照射野是产生散射线重要的因素，照射野散射线重要的因素，照射野增大时，散射线含有率大幅增大时，散射线含有率大幅度上升。（度上升。（100-200cm100-200cm2 2，600-700cm600-700cm2 2）第7页/共14页X X X X线与物质相互作用线与物质相互作用线与物质相互作用线与物质相互作用n n3 3、电子对效应电子对效应：一个具有：一个具有足够能量的光子，在与靶原足够能量的光子，在与靶原子核相互作用时，光子突然子核相互作用时，光子突然消失，同时转化为一对正负消失，同时转化为一对正负电子，此过程称为电子对反电子，此过程称为电子对反应。应。发生几率：与物

14、质的原发生几率：与物质的原子序数的平方成正比，与单子序数的平方成正比，与单位体积内的原子个数成正比，位体积内的原子个数成正比，也近似与光子能量的对数成也近似与光子能量的对数成正比。可见，该作用过程对正比。可见，该作用过程对高能光子和高原子序数物质高能光子和高原子序数物质来说才是重要的。来说才是重要的。第8页/共14页X X线与物质相互作用线与物质相互作用n n4 4、相干散射相干散射：射线与物质相：射线与物质相互作用而发生干涉的散射过程互作用而发生干涉的散射过程称为相干散射。包括瑞利散射、称为相干散射。包括瑞利散射、核的弹性散射、德布罗克散射，核的弹性散射、德布罗克散射，以第一种为主。相干散射

15、是光以第一种为主。相干散射是光子与物质相互作用中唯一不产子与物质相互作用中唯一不产生电离的过程。生电离的过程。瑞利散射：入射光子被原瑞利散射：入射光子被原子内壳层电子吸收并激发到外子内壳层电子吸收并激发到外层高能级上，随即又跃迁回原层高能级上，随即又跃迁回原能级，同时放出一个与入射光能级，同时放出一个与入射光子相同，传播方向发生改变的子相同，传播方向发生改变的散射光子。这种只改变传播方散射光子。这种只改变传播方向，而光子能量不变的作用过向，而光子能量不变的作用过程称为瑞利相干散射。程称为瑞利相干散射。相干散射发生几率：与物相干散射发生几率：与物质原子序数成正比，并随光子质原子序数成正比，并随光

16、子能量的增大而急剧地减少。能量的增大而急剧地减少。第9页/共14页X X X X线与物质相互作用线与物质相互作用线与物质相互作用线与物质相互作用n n5 5、光核反应光核反应：光子与原子核而发：光子与原子核而发生核反应。这是一个光子从原子生核反应。这是一个光子从原子核内击出数量不等的中子、质子核内击出数量不等的中子、质子和和光子的过程。光子的过程。主要过程：光电效应、康普顿主要过程：光电效应、康普顿效应、电子对效应。效应、电子对效应。次要效应：相干散射、光核反次要效应：相干散射、光核反应。在诊断应。在诊断X X线能量范围内，只能线能量范围内，只能发生光电效应、康普顿效应和相发生光电效应、康普顿

17、效应和相干散射，电子对效应、光核反应干散射，电子对效应、光核反应不可能发生。不可能发生。第10页/共14页各种效应发生的相对几率各种效应发生的相对几率各种效应发生的相对几率各种效应发生的相对几率n n在在20-100keV20-100keV诊断诊断X X线能量范围内，只有光电效应和康普顿效应是重要的线能量范围内，只有光电效应和康普顿效应是重要的；相干散所占比例很；相干散所占比例很小，并不重要。如果忽略相干散射，那么小，并不重要。如果忽略相干散射，那么X X线诊断中就只有光电效应、康普顿效应。线诊断中就只有光电效应、康普顿效应。若用水代表低若用水代表低Z Z物质，如肌肉、脂肪、体液和空气等；骨含

18、有大量钙质，代表人体内中等原子物质，如肌肉、脂肪、体液和空气等；骨含有大量钙质，代表人体内中等原子序数的物质，碘和钡是诊断放射学中遇到的高原子序数物质。序数的物质，碘和钡是诊断放射学中遇到的高原子序数物质。随原子能量（随原子能量（hh）增大，光电效应几率下降。对低）增大，光电效应几率下降。对低Z Z物质的水呈迅速下降趋势，对高物质的水呈迅速下降趋势，对高Z Z物质的物质的碘化钠呈缓慢下降趋势，对中等碘化钠呈缓慢下降趋势，对中等Z Z物质的骨介于两者之间。对物质的骨介于两者之间。对20keV20keV的低能的低能X X线，各种物质均线，各种物质均以光电效应为主。对引入人体内的造影剂，在整个诊断以

19、光电效应为主。对引入人体内的造影剂，在整个诊断X X线能量范围内，光电效应始终占绝线能量范围内，光电效应始终占绝对优势。掌握不同能量的对优势。掌握不同能量的X X线对不同线对不同Z Z物质的作用类型和几率，对提高物质的作用类型和几率，对提高X X线影像质量，降低受线影像质量，降低受用剂量和优选屏蔽防护材料都有重要意义。用剂量和优选屏蔽防护材料都有重要意义。第11页/共14页X X线的吸收与衰减线的吸收与衰减n nX X线的衰减线的衰减 1 1、距离衰减：距离的衰减遵循射线、距离衰减：距离的衰减遵循射线强度衰减的平方反比法则。距离增强度衰减的平方反比法则。距离增加一倍，射线强度将衰减为原来的加一

20、倍，射线强度将衰减为原来的1/41/4。2 2、物质吸收衰减物质吸收衰减：射线通过物质时，射线通过物质时，由于射线光子与物质的作用，致使由于射线光子与物质的作用，致使入射方向上的射线强度衰减。入射方向上的射线强度衰减。X X线强线强度在物质中的衰减规律是度在物质中的衰减规律是X X线透视、线透视、摄影、造影及各种特殊检查、摄影、造影及各种特殊检查、CTCT和和放疗的基本依据。放疗的基本依据。3 3、连续、连续X X线在物质中的衰减特点：强线在物质中的衰减特点：强度变小、硬度变高、能谱变窄。实度变小、硬度变高、能谱变窄。实际应用中可以改变际应用中可以改变X X线管窗口滤过厚线管窗口滤过厚度来调节

21、度来调节X X线束的线质。线束的线质。4 4、衰减系数、能量转移系数、能量、衰减系数、能量转移系数、能量吸收系数概念。吸收系数概念。n n影响衰减的因素影响衰减的因素 1 1、射线性质对衰减的影响：射线能、射线性质对衰减的影响：射线能量越高，衰减越少。量越高，衰减越少。2 2、物质原子序数对衰减的影响：原、物质原子序数对衰减的影响：原子序数越高，吸收子序数越高，吸收x x线愈多。线愈多。3 3、物质密度对衰减的影响：、物质密度对衰减的影响：X X线的衰线的衰减与物质密度成正比关系。人体除减与物质密度成正比关系。人体除骨骼外，其他组织的有效原子相差骨骼外，其他组织的有效原子相差甚微，但由于密度不同，便形成衰甚微，但由于密度不同，便形成衰减的差别，而产生了减的差别，而产生了x x线影像。线影像。4 4、每克电子数对衰减的影响：射线、每克电子数对衰减的影响：射线的衰减与一定厚度内的电子数有关，的衰减与一定厚度内的电子数有关，显然电子数多的物质更容易衰减显然电子数多的物质更容易衰减X X线。线。人体对人体对X X线的衰减线的衰减 人体吸收人体吸收X X线最多的是门齿、吸收线最多的是门齿、吸收最少的是肺。最少的是肺。人体对人体对X X线的衰减程度差异一般按线的衰减程度差异一般按骨骼、肌肉、脂肪和空气的顺序由骨骼、肌肉、脂肪和空气的顺序由大变小。大变小。第12页/共14页第13页/共14页