1、第三章X線物理與防護1、1895年11月8日，德國物理學家做陰極射線管放電實驗時發(fā)現(xiàn)X線；1901年倫琴獲得諾貝爾物理獎；1905年把X線命名為倫琴射線。1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈉鹽的放射性。居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性元素針和鐳。2、產生X線的基本條件：（1）電子源；（2）高速電子流：X線管陰極和陽極間加高壓，管電壓越高，產生X線的最短波長越短；為防止電子與空氣分子沖擊而減速和燈絲的氧化損壞，必須保持高真空度；（3）陽極靶面：高原子序數(shù)、高熔點的金屬制成；陽極有兩個作用：接受高速電子的撞擊，完成高壓電路的回路。3、高速電子和靶物質相互作用過程中，將會產生碰撞損失和輻射損失，最終高速電子的動能變?yōu)檩椛淠堋?/p>

2、電離能和熱能（上崗證考試考過，職稱考試也會考）。三種能量的比例隨入射電子能量的變化和靶物質性質的差別而不同。4、連續(xù)X線（物致輻射）：高速電子流與靶物質的原子核作用。一束波長不等，連續(xù)的混合射線。連續(xù)X線光子的能量取決于：（1）電子接近核的情況；（2）電子的能量；（3）核電荷。重點連續(xù)X線的最短波長（入min）:入min=1.24/U（kV）nm其最短波長僅與管電壓有關，管電壓越高，產生X線的最短波長越短。X線最短波長，對應最大光子能量。重點尤其是公式一定要看好單位還要記住是連續(xù)X線5、特征X線（標識放射）：是高速電子與靶原子的內層軌道電子作用電子被擊脫，外殼層電子躍遷填充空位時，多余的能量以

3、光子（X線）的形式放出，即為特征X線。不同的靶物質其質子結構不同，發(fā)出的X線的波長也不盡相同，這種由靶物質所決定的X線稱為標識放射，與X線管電流無關。管電壓必須滿足eUWW是結合能，當eU=可寸，U=W/e稱為最低激發(fā)電壓。各線系的最低激發(fā)電壓大小按其相應的殼層內電子結合能大小順序排列，即U6ULUWUN殼層越接近原子核，最低激發(fā)電壓越大。若管電壓低于某激發(fā)電壓，則此系特征X線將不會發(fā)生。6、X線產生的效率：在X線管中產生的X線能與加速電子所消耗電能的比值。4=KZU一般不足1%公式一定要記住7、影響連續(xù)X線產生的因素：（1）靶物質：連續(xù)X線強度與靶物質的原子序數(shù)成正比。（2）管電流：管電流的

4、大小并不影響X線的質，但在管電壓一定時，管電流越大，說明撞擊陽極靶面的電子數(shù)越多，X線強度越大，X線強度I與管電流i（mA成正比。（3）管電壓：連續(xù)X線強度與管電壓（kV）的n次方成正比（在診斷范圍內，n近似為2）。當管電流、靶材料（原子序數(shù)Z）周定時，隨管電壓的升高，連續(xù)X線譜最短波長和最大強度所對應的波長均向短波方向移動。（4）高壓波形：1）單相半波/全波、三相6脈沖/12脈沖。X線輻射強度由脈動電壓產生的要比峰值相當?shù)暮愣妷寒a生的X線強度低；X線的平均波長由脈動電壓產生的也比峰值等高的恒定電壓產生的波長長。2）峰值電壓相同：三相比單相產生的X線硬度成分多，且管電流相同，其X線的輻射強度

5、（或輸出量率）也大。8、影響特征X線產生的因素：特征X線的強度與管電流成正比，管電壓大于激發(fā)電壓時才發(fā)生K系放射，并隨管電壓的繼續(xù)升高K系強度迅速增大。9、在X線的兩種成分中，特征X線只占很少一部分，并不重要。對鴇靶X線管來說，低于K系激發(fā)電壓將不會產生K系放射；管電壓在80150kV時，特征X線只占10%28%高于150kV特征X線相對減少；高于300kV時，兩種成分相比特征X線可忽略?？梢姡t(yī)用X線主要使用的是連續(xù)放射，但在物質結構的光譜分析中使用的是特征輻射。10、陽極傾角指垂直于X線管長軸的平面與靶面的夾角。11、在通過X線管長軸且垂直于有效焦點平面內，近陽極端X線強度弱，近陰極端強，

6、最大值約在10處，其分布是非對稱性的，這種現(xiàn)象稱為陽極效應，又叫足跟效應。陽極傾角越小，陽極效應越明顯?？谠E：陰盛陽衰在通過X線管短軸且垂直于有效焦點平面內測定，在90處最大,分布基本對稱。12、X線具有波粒二象性。X線在傳播時表現(xiàn)了它的波動性，并有衍射、偏振、反射、折射等現(xiàn)象，它是一種橫波，其傳播速度在真空中與光速相同；X線與物質相互作用時，則突出表現(xiàn)粒子特性。X線光子只有運動質量，沒有靜止質量。重點13、X線是一種電磁波：1）物理特性：（1）不可見：在真空中是直線傳播的不可見電磁波；（2）非帶電：X線不帶電，不受磁場、電場影響；（3）穿透性：由于X線波長短，具有較高的能量，物質對其吸收較弱

7、，具有很強的穿透本領（4）熒光作用；（5）電離作用：X線的電離作用主要是它的次級電子的電離作用；（6）熱作用：X線被物質吸收，最終絕大部分都將變?yōu)闊崮?，使物體產生溫升。測定X線吸收劑量的量熱法就是依據(jù)此原理研究出來的。2）化學特性：（1）感光作用：它可使膠片乳劑感光，使很多物質發(fā)生光化反應。（2）著色作用：某些物質，如鉛玻璃、水晶等經(jīng)X線長期大劑量照射后，其結晶體脫水漸漸改變顏色，稱為著色作用或脫水作用。3）生物效應特性：特別是增殖性強的細胞。是放射治療的基礎。14、光電效應：X線光子與構成原子的內殼層軌道電子碰撞時，將其全部能量都傳遞給原子的殼層電子，原子中獲得能量的電子擺脫原子核的束縛，成

8、為自由電子（光電子），而X線光子則被物質的原子吸收，這種現(xiàn)象稱為光電效應。失去電子的原子變成正離子，處于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，外層電子填充空位，放出特征X線。特征X線離開原子前，又擊出外層軌道電子，使之成為俄歇電子，這種現(xiàn)象稱為俄歇效應。光電效應的產物有光電子、正離子、特征放射和俄歇電子。15、入射光子的能量與軌道電子結合能必須“接近相等”（稍大于）才容易產生光電效應。光電效應發(fā)生概率大約和能量的三次方成反比，和原子序數(shù)的四次方成正比。它說明攝影中的三個實際問題：（1）不同密度的物質能產生明顯的對比影像；（2）密度的變化可明顯地影響到攝影條件；（3）要根據(jù)不同密度的物質選擇適當?shù)纳渚€能量?？谠E：光原四

9、正，光能三反16、光電效應不產生有效的散射，對膠片不產生灰霧。光電效應可增加X線的對比度。在光電效應中，因為光子的能量全部被吸收，使病人接受的劑量比任何其他效應都多，為減少對病人的照射，在適當?shù)那闆r下，要采用高能量的射線。17、當一個光子擊脫原子外層軌道上的電子或自由電子時，入射光子損失部分能量，并改變原來傳播方向，變成散射光子（散射線），電子從光子處獲得部分能量脫離原子核束縛，按一定方向射出，成為反沖電子，這個過程稱為康普頓效應。光子入射和散射方向的夾角稱為散射角，即偏轉角度。反沖電子的運動方向和入射光子的傳播方向的夾角稱為反沖角。一個光子被偏轉以后能保留多大能量，由它的原始能量和偏轉角度來

10、決定，偏轉的角度越大，能量損失就越大，光子波長就越大。X線攝影中所遇到的散射線幾乎都是來自康普頓散射?？灯疹D散射發(fā)生概率與物質的原子序數(shù)成正比，與入射光子的能量成反比，即與入射光子的波長成正比。18、一個具有足夠能量的光子，在與靶原子核發(fā)生相互作用時，光子突然消失，同時轉化為一對正、負電子，這個作用過程稱為電子對效應。一個電子對的靜止質量能是1.02MeV。入射光子的能量就必須等于或大于1.02MeM光子能量超過該能量值的部分就變成了正、負電子的動能。電子對效應的發(fā)生概率與原子序數(shù)的平方成正比，與單位體積內的原子個數(shù)成正比，近似地與光子能量的對數(shù)（lnhv）成正比。19、相干散射：射線與物質相

11、互作用而發(fā)生干涉的散射過程：包括瑞利散射（主要）、核的彈性散射和德布羅克散射。相干散射是光子與物質相互作用中唯一不產生電離的過程。重點相干散射的發(fā)生概率與物質原子序數(shù)成正比，并隨光子能量的增大而急劇地減少。在整個診斷X線能量范圍內都有相干散射發(fā)生，其發(fā)生概率不足全部相互作用的5%對輻射屏蔽的影響不大。20、光核反應：光子與原子核作用而發(fā)生的核反應。X線與物質的相互作用有光電效應、康普頓相應、電子對效應三個主要過程和相干散射、光核反應兩個次要過程。在診斷X線能量范圍內，只能發(fā)生光電效應、康普頓效應和相干散射，電子對效應、光核反應不可能發(fā)生。光核反應在醫(yī)用電子加速器等高能射線的放療中發(fā)生率也很低。

12、21、在20100keV診斷X線能量范圍內，只有光電效應和康普頓效應是重要的，相干散射所占比例很小，并不重要。隨光子能量hv增大，光電效應概率下降。22、90kV時，電子的能量為1.44X10A14J,入min=0.0138nm。最大強度對應的波長值稱為最強波長（入ma%，入max=1.5入min。連續(xù)X線的平均能量，一般為最大能量的1/31/2,入mean=2.5入min。23、X線強度是垂直于X線束傳播方向的單位面積上，在單位時間內通過的光子數(shù)和能量乘積的總和，即X線束中的光子數(shù)乘以每個光子的能量。設在單位時間內通過單位橫斷面積上的X線光子數(shù)目為N,若每個光子的能量為hv,則單色X線強度：

13、I=Nhv。可見，單色X線強度I與光子數(shù)目N成正比。在實際應用中，常以量與質的乘積表示X線強度，連續(xù)X線波譜中每條曲線下的面積表示連續(xù)X線的總強度。掌握24、X線質又稱X線的硬度，它是由X線的波長（或頻率）決定的。X線的波長越短（頻率越高），X線的光子所具有白能量就越大，X線的穿透力就越強，即X線質硬；反之，X線的波長變長，穿透力變弱，X線的硬度就小。X線質的另一種表示方法是半值層（HVD,所謂半值層是指使入射X線強度衰減到初始值的1/2時，所需的標準吸收物質的厚度，診斷用X線的半值層一般用毫米鋁（mmAl表示。它反映了X線束的穿透能力，表征X線質的軟硬程度。對同樣質的X線來說，不同物質的半值

14、層是不一樣的。但就同一物質來說，半值層值大的X線質硬，半值層值小的X線質軟。診斷用X線，若用半值層來表示，在1.54mmA之間。25、在醫(yī)用X線攝影時，一般使用25150kV管電壓產生的X線。應用于X線攝影中的X線波長在0.0080.06nm之間。26、管電壓高、激發(fā)的X線光子能量大，即線質硬；濾過板厚，連續(xù)譜中低能成分被吸收的多，透過濾過板的高能成分增加，使X線束的線質變硬。在濾過情況一定時，常用管電壓的千伏值來粗略描述X線的質。工作中有時也用半值層描述X線的質。影響X線質的因素有管電壓、濾過及整流方式（即高壓波形）。27、X線量是指X線光子的多少。測量方法：用間接法來測量，方法是利用X線在

15、空氣中產生電離電荷的多少來測定X線的照射量；X線診斷范圍內常用管電流與曝光時間乘積（mAS即管電流量Q來表示。影響X線量的因素：X線量與靶面物質的原子序數(shù)（Z）成正比；與管電壓的n次方成正比（診斷能量范圍內n為2），與管電流及曝光時間成正比。從X線管焦點到距離為r的面上的X線量H為：H=k（VA2ZIt）ZrA228、以點源為球心，半徑不同的各球面上的射線強度，與距離（即半徑）的平方成反比，這一規(guī)律稱射線強度衰減的平方反比法則。距離增加1倍，則射線強度將衰減為原來的1/4。平方反比法則在真空中是成立的，在空氣中是不成立的，因為空氣對X線有少量衰減。但在一般X線攝影時，空氣對X線的衰減可忽略不計

16、。29、單能窄束X線通過均勻物質層時，X線質不變，其強度的衰減符合指數(shù)規(guī)律（等比衰減）。即：I=I0eA-px上面提到的“窄束”并不僅是指幾何學上的細小，而主要是指物理意義上的窄束。因為物理學上對窄束的定義是：射線束中不存在散射成分。即使射線束有一定寬度，只要所含射線光子很少，都可近似稱為窄束。所謂寬束X線，是指含有散射線成分的X線束。30、連續(xù)X線是指能量從某一最小值到最大值之間的各種光子組合成的混合射線，當連續(xù)X線通過物質層時，低能成分衰減快，高能成分衰減慢，衰減后的射線強度減小了，平均能量提高了，能譜寬度變窄了，因此連續(xù)X線的量和質都有變化?？蓪⑵渌p特點概括為：強度變小，硬度提高，能譜

17、變窄。重點31、線衰減系數(shù)小的國際單位（SI）是“/m”，實際應用中還常用分數(shù)單位“/cm。在診斷用能量范圍內，其值是光電線衰減系數(shù)和康普頓線衰減系數(shù)（T之和+）。質量衰減系數(shù)：由于以與吸收物質的密度成正比，而密度又隨物質的物理形態(tài)而變化，為了避開這種與物質密度的相關性而便于應用，通常還采用質量衰減系數(shù)以m=仙/p。其優(yōu)點是它的數(shù)值與物質密度無關，與物質的物理形態(tài)無關。例如水、冰和水蒸氣，雖然它們的密度和物理形態(tài)不同，但都由H20組成，其質量衰減系數(shù)相同。質量衰減系數(shù)的SI單位是“mA2/kg”，有時還使用其分數(shù)單位“cmA2/kg”，兩者的換算關系是mA2/kg=10cmA2/kg。在診斷用

18、能量范圍內，其值是光電質量衰減系數(shù)pm和康普頓質量衰減系數(shù)6m之和（nmmm+o-nj）。質量衰減系數(shù)不受吸收物質的密度和物理狀態(tài)的影響，它與X線的波長和吸收物質的原子序數(shù)的關系為：mK入A3ZA432、線能量轉移系數(shù)：X線在與物質相互作用的三個過程中都轉化為電子的動能及次級電子動能，單位：/m質量能量轉移系數(shù)，單位：mA2/kg33、線能量吸收系數(shù)單位/m,質量能量吸收系數(shù)mA2/kg34、影響衰減的因素：1）射線的性質對衰減的影響：線性衰系數(shù)隨入射光子能量的增高而減小。射線能量越高，衰減越少。2）物質原子序數(shù)對衰減的影響：光電衰減系數(shù)與原子序數(shù)Z的四次方成正比，而康普頓衰減系數(shù)與原子序數(shù)成

19、正比，因此，原子序數(shù)越高：吸收X線越多。（鉛K邊88keV,錫K邊29keV-88keV0在診斷X線能量范圍內，錫比鉛具有更好的屏蔽防護性能）。易被忽略3）物質密度對衰減的影響：X線的衰減與物質密度成正比關系。由于密度不同，形成衰減的差別，而產生了X線影像。4）每克電子數(shù)對衰減的影響：射線的衰減與一定厚度內的電子數(shù)有關。電子數(shù)多的物質比電子數(shù)少的物質更容易衰減X線。35、人體各組織對X線的衰減按骨、肌肉、脂肪、空氣的順序由大變小，這一差別即形成了X線影像的對比度。人體軟組織的密度相當于水，是1g/cmA3o人體的構成大部分是由肌肉、脂肪和碳水化合物組成的軟組織、骨骼、肺和消化道內的氣體組成，有效原子序數(shù)為7.43;骨的密度是1.9g/cmA3,有效原子序數(shù)是14;空氣的密度是1.293X10A-3g/cmA3,有效原子序數(shù)是7.64。X線在人體中，主要通過光