X線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用專家講座第1頁X線性質(zhì)與物質(zhì)相互作用邢臺市人民醫(yī)院孔德博X線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用專家講座第2頁X線性質(zhì)與物質(zhì)相互作用X線性質(zhì)X線特征X線與物質(zhì)相互作用X線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用專家講座第3頁X線性質(zhì)X線本質(zhì)X線是電磁輻射譜中一部分，屬于電離輻射，波長介于紫外線和γ射線之間。其本質(zhì)和可見光、紫外線燈完全一樣，就是電磁波，不一樣是X線頻率高，波長短。所以X線同可見光一樣，也含有波粒二象性。1、波動性（大量）屬于橫波，含有衍射、偏振、反射、折射等現(xiàn)象。2、微粒性（少許）光電效應(yīng)、熒光作用、電離作用。

X線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用專家講座第4頁X線特征1、物理特征①X線在真空中，是直線傳輸不可見電磁波。②X線不帶電，不受外電磁場干擾。③穿透本事：X線頻率高，波長短，物質(zhì)吸收較弱，所以有很強(qiáng)貫通本事。④熒光作用：一些物質(zhì)被X線照射后，能激發(fā)出可見熒光。如磷、鎢酸鈣、鉑氰化鋇等熒光物質(zhì)，增感屏即用此原理制成。⑤電離作用：擊脫原子中軌道電子，發(fā)生一次電離，被擊脫電子繼續(xù)電離更多原子。X線電離作用主要是次級電子電離作用。⑥熱作用：X線被物質(zhì)吸收，最終絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?、化學(xué)特征①感光作用：和可見光一樣，含有光化學(xué)作用。比如使膠片乳劑感光。②著色作用：一些物質(zhì)經(jīng)X線長久大劑量照射后，其結(jié)晶體脫水漸漸改變顏色，稱為著色反應(yīng)，如水晶、鉛玻璃?！?、生物效應(yīng)X線在生物體內(nèi)產(chǎn)生電離及激發(fā)，也就是使生物體產(chǎn)生生物效應(yīng)。通常將輻射生物效應(yīng)分為：①確定性效應(yīng)：射線照射人體全部或局部組織，若能殺死相當(dāng)數(shù)量細(xì)胞而這些細(xì)胞又不能由活細(xì)胞增殖來補(bǔ)充，則這種照射可引發(fā)人類確實(shí)定性效應(yīng)。②隨機(jī)性效應(yīng)：該效應(yīng)被認(rèn)為無劑量閾值，有害效應(yīng)嚴(yán)重程度與受照計(jì)量大小無關(guān)。X線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用專家講座第5頁X線與物質(zhì)相互作用1、光電效應(yīng)：X線光子與組成原子內(nèi)殼層軌道電子碰撞時(shí)，將其全部能量傳遞給原子殼層電子，電子擺脫原子核束縛，稱為自由電子，X線光子被物質(zhì)吸收，此過程稱為光電效應(yīng)。原子變?yōu)殡x子，處于激發(fā)態(tài)，外層電子填充空缺，產(chǎn)生特征X線。特征X線離開原子前，又擊出外層電子，使之成為俄歇電子，此過程為俄歇效應(yīng)。產(chǎn)物：光電子、正離子、標(biāo)識輻射、俄歇電子。產(chǎn)生條件及發(fā)生幾率：入射光子能量與軌道電子結(jié)合能必須靠近相等（稍大于）才輕易產(chǎn)生光電效應(yīng)。光電發(fā)生幾率大約和光子能量三次方成反比，與原子序數(shù)四次方成正比。這就說明：不一樣密度物質(zhì)能產(chǎn)生顯著對比影像，密度改變可顯著影響攝影條件,要依據(jù)不一樣密度物質(zhì)選擇適當(dāng)射線能量。意義：增加X線對比度，病人接收劑量大，為降低對病人照射，采用高能量射線。X線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用專家講座第6頁X線與物質(zhì)相互作用2、康普頓效應(yīng)：當(dāng)一個(gè)光子擊脫原子外層軌道上電子或者自由電子時(shí)，入射光子損失部分能量，并改變原來傳輸方向，變成散射光子，電子從光子處取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，此過程稱為康普頓效應(yīng)。光子入射和散射方向夾角稱為散射角，即偏轉(zhuǎn)角度，反沖電子運(yùn)動方向和入射光子傳輸方向夾角稱為反沖角。入射光子偏轉(zhuǎn)角度越大，能量損失越多，光子波長越長。散射線幾乎全部來自康普頓效應(yīng)。發(fā)生幾率：與物質(zhì)原子序數(shù)成正比，與入射光子能量（hυ）成反比(光子能量比電子結(jié)合能大很多)，即與入射光子波長成正比。影響：抵達(dá)前方散射線增加膠片灰霧度，影響圖像質(zhì)量，抵達(dá)側(cè)面散射線給防護(hù)帶來困難。X線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用專家講座第7頁散射線散射線：因?yàn)榻裹c(diǎn)外X線或X線穿過被照體及其它物體產(chǎn)生與原發(fā)X線同向、反向或側(cè)向，且比原發(fā)X線波長長X線為散射線。散射線含有率：散射線在作用于膠片上全部射線量中所占比率，稱為散射線含有率。散射線含有率影響原因：

1、管電壓：kV越高，X線強(qiáng)度越大，產(chǎn)生散射線越多。散射線含有率隨管電壓升高而加大。但在80-90kV以上時(shí)，散射線含有率趨向平穩(wěn)。2、被照體厚度：在相同管電壓及照射野下，散射線含有率隨被照體厚度增加而大幅度增加。對照片影像影響比管電壓影響大得多。3、照射野：照射野是產(chǎn)生散射線主要原因，照射野增大時(shí)，散射線含有率大幅度上升。（100-200cm2，600-700cm2）X線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用專家講座第8頁X線與物質(zhì)相互作用3、電子對效應(yīng)：一個(gè)含有足夠能量光子，在與靶原子核相互作用時(shí)，光子突然消失，同時(shí)轉(zhuǎn)化為一對正負(fù)電子，此過程稱為電子對反應(yīng)。發(fā)生幾率：與物質(zhì)原子序數(shù)平方成正比，與單位體積內(nèi)原子個(gè)數(shù)成正比，也近似與光子能量對數(shù)成正比?？梢?，該作用過程對高能光子和高原子序數(shù)物質(zhì)來說才是主要。X線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用專家講座第9頁X線與物質(zhì)相互作用4、相干散射：射線與物質(zhì)相互作用而發(fā)生干涉散射過程稱為相干散射。包含瑞利散射、核彈性散射、德布羅克散射，以第一個(gè)為主。相干散射是光子與物質(zhì)相互作用中唯一不產(chǎn)生電離過程。瑞利散射：入射光子被原子內(nèi)殼層電子吸收并激發(fā)到外層高能級上，隨即又躍遷回原能級，同時(shí)放出一個(gè)與入射光子相同，傳輸方向發(fā)生改變散射光子。這種只改變傳輸方向，而光子能量不變作用過程稱為瑞利相干散射。相干散射發(fā)生幾率：與物質(zhì)原子序數(shù)成正比，并隨光子能量增大而急劇地降低。X線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用專家講座第10頁X線與物質(zhì)相互作用5、光核反應(yīng)：光子與原子核而發(fā)生核反應(yīng)。這是一個(gè)光子從原子核內(nèi)擊出數(shù)量不等中子、質(zhì)子和γ光子過程。

主要過程：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對效應(yīng)。

次要效應(yīng)：相干散射、光核反應(yīng)。在診療X線能量范圍內(nèi)，只能發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和相干散射，電子對效應(yīng)、光核反應(yīng)不可能發(fā)生。X線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用專家講座第11頁各種效應(yīng)發(fā)生相對幾率在20-100keV診療X線能量范圍內(nèi)，只有光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)是主要；相干散所占百分比很小，并不主要。假如忽略相干散射，那么X線診療中就只有光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)。若用水代表低Z物質(zhì)，如肌肉、脂肪、體液和空氣等；骨含有大量鈣質(zhì)，代表人體內(nèi)中等原子序數(shù)物質(zhì)，碘和鋇是診療放射學(xué)中碰到高原子序數(shù)物質(zhì)。隨原子能量（hυ）增大，光電效應(yīng)幾率下降。對低Z物質(zhì)水呈快速下降趨勢，對高Z物質(zhì)碘化鈉呈遲緩下降趨勢，對中等Z物質(zhì)骨介于二者之間。對20keV低能X線，各種物質(zhì)均以光電效應(yīng)為主。對引入人體內(nèi)造影劑，在整個(gè)診療X線能量范圍內(nèi)，光電效應(yīng)一直占絕對優(yōu)勢。掌握不一樣能量X線對不一樣Z物質(zhì)作用類型和幾率，對提升X線影像質(zhì)量，降低受用劑量和優(yōu)選屏蔽防護(hù)材料都有主要意義。X線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用專家講座第12頁X線吸收與衰減X線衰減1、距離衰減：距離衰減遵照射線強(qiáng)度衰減平方反比法則。距離增加一倍，射線強(qiáng)度將衰減為原來1/4。2、物質(zhì)吸收衰減：射線經(jīng)過物質(zhì)時(shí)，因?yàn)樯渚€光子與物質(zhì)作用，致使入射方向上射線強(qiáng)度衰減。X線強(qiáng)度在物質(zhì)中衰減規(guī)律是X線透視、攝影、造影及各種特殊檢驗(yàn)、CT和放療基本依據(jù)。3、連續(xù)X線在物質(zhì)中衰減特點(diǎn)：強(qiáng)度變小、硬度變高、能譜變窄。實(shí)際應(yīng)用中能夠改變X線管窗口濾過厚度來調(diào)整X線束線質(zhì)。4、衰減系數(shù)、能量轉(zhuǎn)移系數(shù)、能量吸收系數(shù)概念。影響衰減原因1、射線性質(zhì)對衰減影響：射線能量越高，衰減越少。2、物質(zhì)原子序數(shù)對衰減影響：原子序數(shù)越高，吸收x線愈多。3、物質(zhì)密度對衰減影響：X線衰減與物質(zhì)密度成正比關(guān)系。人體除骨骼外，其它組織有效原子相差甚微，但因?yàn)槊芏炔灰粯樱?/p>