第三章 X線的產(chǎn)生

1、本質(zhì)本質(zhì) 第三章第三章 X 射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生高頻電磁波高頻電磁波（10161020Hz）波動性波動性（，f，T）干涉、衍射、干涉、衍射、偏振偏振粒子性粒子性（m，p，E）光子、光電效應(yīng)、光子、光電效應(yīng)、熒光、電離作用熒光、電離作用波粒二象性波粒二象性hfE hp 特性特性物理物理特性特性化學(xué)化學(xué)特性特性生物生物特性特性1、在均勻、各向的介質(zhì)中直線傳播2、不帶電3、穿透本領(lǐng)強4、熒光作用5、電離作用6、熱作用1、感光作用2、著色作用可使細胞產(chǎn)生抑制、損傷、壞死。生物作用生物作用-X-X射線射線物理特性物理特性穿透作用是穿透作用是X線透視、攝影基礎(chǔ)線透視、攝影基礎(chǔ)X X線具有強穿透性作用，其穿

2、透能力和光子能線具有強穿透性作用，其穿透能力和光子能量有關(guān)，還和物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)。量有關(guān)，還和物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)。Z Z吸收吸收穿透穿透穿透作用同時也是選擇穿透作用同時也是選擇X線線防護材料基礎(chǔ)防護材料基礎(chǔ)生物作用生物作用-X-X射線射線物理特性物理特性電離作用是電離作用是X線損傷、治療基礎(chǔ)線損傷、治療基礎(chǔ)X X線能導(dǎo)致物質(zhì)原子或分子電離線能導(dǎo)致物質(zhì)原子或分子電離X X線線氣體氣體電荷電荷電離電離產(chǎn)生產(chǎn)生測量測量劑量計劑量計電離作用也是測量電離作用也是測量X線量基礎(chǔ)線量基礎(chǔ)生物作用生物作用-X-X射線射線物理特性物理特性熒光作用熒光屏、增感屏基礎(chǔ)熒光作用熒光屏、增感屏基礎(chǔ)X X線能導(dǎo)致物質(zhì)原子激

3、發(fā)，在原子躍回基態(tài)時線能導(dǎo)致物質(zhì)原子激發(fā)，在原子躍回基態(tài)時候發(fā)出可見熒光。候發(fā)出可見熒光。光致發(fā)光！光致發(fā)光！生物作用生物作用-X-X射線射線光化學(xué)作用光化學(xué)作用光化學(xué)作用用于攝影檢查光化學(xué)作用用于攝影檢查生物效應(yīng)生物效應(yīng)生物效應(yīng)放射治療基礎(chǔ)，同時也是放生物效應(yīng)放射治療基礎(chǔ)，同時也是放射人員防護原因。射人員防護原因。能使膠片感光！能使膠片感光！能使生物細胞產(chǎn)生生理和病理變化！能使生物細胞產(chǎn)生生理和病理變化！生物作用生物作用一、一、X X線產(chǎn)生的條件線產(chǎn)生的條件高速電子流高速電子流陽極靶陽極靶高壓電場高壓電場真空真空 X 射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生(1). (1). X-X-射線管射線管(2). (2

4、). 低壓源低壓源 (510v)(510v)(3). (3). 高壓高壓源源 (10(104 410105 5v )v ) 二二. . 裝置裝置 X 射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生核心部分核心部分l X射線的產(chǎn)生裝置：uX X射線管射線管u低壓電源低壓電源E1E1u高壓電源高壓電源E2E2X X射線產(chǎn)生射線產(chǎn)生X射線機的示意圖射線機的示意圖X射射線線管管毫毫安安計計E2高高壓壓電電源源E1低壓電源低壓電源AKl X X射線是在高度真空的射線是在高度真空的X X射射線管中產(chǎn)生的，是高速電子線管中產(chǎn)生的，是高速電子與陽極靶面相互作用的結(jié)果與陽極靶面相互作用的結(jié)果 球管球管陽極阻止高速電子流陽極阻止高速電子流

5、陰極產(chǎn)生電子陰極產(chǎn)生電子旋轉(zhuǎn)陽極旋轉(zhuǎn)陽極固定陽極固定陽極鎢絲鎢絲球管球管陽極固定球管陽極固定球管陽極固定球管陽極固定球管 由由陽極陽極、陰極陰極和和玻璃殼玻璃殼組成。組成。（一）陽極（一）陽極：由靶面、銅體、陽極罩、陽極柱組成。由靶面、銅體、陽極罩、陽極柱組成。作用作用：產(chǎn)生：產(chǎn)生X X線、散熱、吸收二次電子和散線、散熱、吸收二次電子和散射線。射線。（二）（二）陰極陰極：由燈絲和集射罩組成。由燈絲和集射罩組成。作用作用：發(fā)射電子和對電子聚焦。：發(fā)射電子和對電子聚焦。（三）（三）玻璃殼玻璃殼：作用作用：支撐陰陽兩級和保持管內(nèi)真空度。：支撐陰陽兩級和保持管內(nèi)真空度。低壓電源和高壓電源低壓電源和高壓

6、電源低壓電源低壓電源：主要供給鎢絲，產(chǎn)生電子流：主要供給鎢絲，產(chǎn)生電子流高壓電流高壓電流：主要在陰陽兩極間產(chǎn)生高壓，加：主要在陰陽兩極間產(chǎn)生高壓，加速電子流速電子流三、三、X線的產(chǎn)生機制線的產(chǎn)生機制X線譜由兩部分組成線譜由兩部分組成1、連續(xù)連續(xù)X線譜線譜2、特征特征X線譜線譜 X 射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生1、連續(xù)連續(xù)X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理 韌致輻射韌致輻射 高速電子進入到原高速電子進入到原子核附近的強電場區(qū)域（路程子核附近的強電場區(qū)域（路程伴隨庫侖力的變化過程），電伴隨庫侖力的變化過程），電子的速度大小和方向必然變化，子的速度大小和方向必然變化，以電磁波的形式向外輻射能量，以電磁波的形式向

7、外輻射能量，即損失的能量即損失的能量直接轉(zhuǎn)化直接轉(zhuǎn)化成成X線。線。由于電子與靶原子核的相對位由于電子與靶原子核的相對位置是任意的，電子進入靶的初置是任意的，電子進入靶的初動能經(jīng)過多少次碰撞輻射而完動能經(jīng)過多少次碰撞輻射而完全喪失也不確定，故輻射出的全喪失也不確定，故輻射出的X線波長連續(xù)分布。線波長連續(xù)分布。連續(xù)連續(xù)X線譜線譜221mveU Maxhf heUfMax minmax fc UeUhc19834min106 . 11031063. 6 nm)(24. 1minkVU1、連續(xù)連續(xù)X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理X線的最短波長線的最短波長minminminmin1、連續(xù)連續(xù)X射線的產(chǎn)生原

8、理射線的產(chǎn)生原理影響因素影響因素a、與靶原子序數(shù)成正比與靶原子序數(shù)成正比b、與管電流大小與管電流大小成成正比正比c、與管電壓與管電壓2 2次方次方成成正比正比2KiZUI 1、連續(xù)連續(xù)X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理例例1 :求管電壓為求管電壓為100KV時時X線的最短線的最短波長和最大光子能量波長和最大光子能量。 解解nm0124. 01001.24)(24. 1minkVU92834101024110310636 .min hchfEMaxeV10J.5 1410612、特征特征X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理nuclearkLMExciting inter electronHigh spee

9、d electron2、特征特征X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理（1 1）特征特征X線的產(chǎn)生過程線的產(chǎn)生過程高速電子進入靶物質(zhì)后，其動能被靶高速電子進入靶物質(zhì)后，其動能被靶原子內(nèi)殼層電子獲得，一部分用來脫原子內(nèi)殼層電子獲得，一部分用來脫離原子核束縛作功（逸出功）；另一離原子核束縛作功（逸出功）；另一部分變成逸出后電子的動能。部分變成逸出后電子的動能。當(dāng)電子逸出后，原子當(dāng)電子逸出后，原子內(nèi)殼層就出現(xiàn)了空位，內(nèi)殼層就出現(xiàn)了空位，外殼層電子將向內(nèi)殼外殼層電子將向內(nèi)殼層填充，輻射的電磁層填充，輻射的電磁波波（ X線）線）由兩能級由兩能級差確定差確定E2- E1= hf212、特征特征X射線的產(chǎn)生原理射線

10、的產(chǎn)生原理（2）特征的激發(fā)電壓特征的激發(fā)電壓 靶原子的軌道電子在原子中有確定的結(jié)靶原子的軌道電子在原子中有確定的結(jié)合能合能W。當(dāng)炸彈電子的動能大于內(nèi)層電子結(jié)當(dāng)炸彈電子的動能大于內(nèi)層電子結(jié)合能時，才可能使電子逸出造成空位，產(chǎn)生合能時，才可能使電子逸出造成空位，產(chǎn)生X射線。射線。炸彈電子的動能大小完全由管電壓確定炸彈電子的動能大小完全由管電壓確定WeU U = W/e 為最低激發(fā)電壓。為最低激發(fā)電壓。Uk UL UM UN X光子輻射以光子輻射以K系為主。系為主。2、特征特征X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理（3）影響特征影響特征X射線的因素射線的因素i為管電流；為管電流；U為管電壓；為管電壓；Uk為

11、為K系激發(fā)電壓；系激發(fā)電壓；K2和和n均為常數(shù)，均為常數(shù)， n約等于約等于1.5 1.7nKKUUiKI)(2 需要指出需要指出:特征特征X線只占很少一部分線只占很少一部分 醫(yī)用醫(yī)用X線主要使用連續(xù)輻射部分線主要使用連續(xù)輻射部分 物質(zhì)結(jié)構(gòu)的光譜分析用特征輻射物質(zhì)結(jié)構(gòu)的光譜分析用特征輻射特征譜線位置特征譜線位置(頻率大小頻率大小)只與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。只與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。特征譜線的強度特征譜線的強度（K系系）四四、 X 射線的量與質(zhì)射線的量與質(zhì)X線量和質(zhì)的定義線量和質(zhì)的定義 X X射線的強度射線的強度 單位時間內(nèi)通過與射線方向垂直的單位面積單位時間內(nèi)通過與射線方向垂直的單位面積的的X X射線能量，叫作

12、射線能量，叫作X X線的強度。線的強度。使使X X射線強度增加的方法：射線強度增加的方法：1 1）增加管電流：使單位時間內(nèi)轟擊陽靶的高）增加管電流：使單位時間內(nèi)轟擊陽靶的高速電子數(shù)目增多速電子數(shù)目增多2 2）增加管電壓：使每個光子的能量增大）增加管電壓：使每個光子的能量增大X X線量線量X X線的量：線的量： 指指X X射線束的光子數(shù)。通常以射線束的光子數(shù)。通常以X X線管的管線管的管電流與電流與X X線照射時間乘積，即毫安秒來表示線照射時間乘積，即毫安秒來表示X X線的量。線的量。X X線質(zhì)（硬度）線質(zhì)（硬度）lX X射線的射線的質(zhì)（硬度）質(zhì)（硬度）是指它的是指它的貫穿本領(lǐng)，決貫穿本領(lǐng)，決定

13、于波長定于波長。波長愈短的。波長愈短的X X射線，光子的能量射線，光子的能量愈大，貫穿本領(lǐng)愈強，它的硬度就愈大，愈大，貫穿本領(lǐng)愈強，它的硬度就愈大，常用于深部治療。常用于深部治療。lX X射線的硬度由管電壓控制，管電壓愈高，射線的硬度由管電壓控制，管電壓愈高，轟擊陽極的電子動能就愈大，發(fā)射光子的轟擊陽極的電子動能就愈大，發(fā)射光子的能量也愈大，能量也愈大，X X射線愈硬。因此，在醫(yī)學(xué)上射線愈硬。因此，在醫(yī)學(xué)上通常用通常用管電壓來衡量管電壓來衡量X X射線的硬度。射線的硬度。名名 稱稱管電壓管電壓(kV)最短波長最短波長(nm)主要用途主要用途極軟極軟X射線射線軟軟X射線射線硬硬X射線射線極硬極硬

14、X射線射線52020100250以上以上0.250.0620.0620.0120.005以下以下軟組織攝影，表皮治療軟組織攝影，表皮治療透視和攝影透視和攝影較深組織治療較深組織治療深部組織治療深部組織治療1002500.0120.005四四、 X 射線的量與質(zhì)射線的量與質(zhì) 1、影響、影響X線線 量的因素量的因素I U2iZt（1）靶原子靶原子 Z（2）管電流管電流（3）管電壓管電壓（4）投照時間投照時間2、影響、影響X線質(zhì)的因素線質(zhì)的因素影響影響X光子頻率的因素光子頻率的因素取決于管電壓的大小取決于管電壓的大小種類種類管電壓管電壓(kV) 最短波長最短波長() 最大頻率最大頻率(MHz)應(yīng)用應(yīng)

15、用極軟線極軟線軟線軟線硬線硬線極硬線極硬線5 2020 100100250250以上以上2.5 0.620.62 0.120.12 0.05小于小于0.05(1.2 4.8) 1012(4.8 25) 1012(25 60) 1012 大于大于60 1012軟組織攝影及軟組織攝影及表皮治療表皮治療透視與照相透視與照相深部組織治療深部組織治療四四、 X 射線的量與質(zhì)射線的量與質(zhì)五、五、X線的產(chǎn)生效率線的產(chǎn)生效率 在在X線管中產(chǎn)生線管中產(chǎn)生X線能量與加速電子線能量與加速電子所消耗電能的比值叫所消耗電能的比值叫X線的產(chǎn)生效率線的產(chǎn)生效率 用連續(xù)用連續(xù)X線的總線的總強度表示強度表示X線的輻線的輻射功率

16、射功率( (極少的特極少的特征征X X線可忽略線可忽略) ) 加速電壓產(chǎn)生的加速電壓產(chǎn)生的總功率總功率 ( (大部分轉(zhuǎn)大部分轉(zhuǎn)換成熱能換成熱能) ) 為管電為管電流與管電壓的乘積流與管電壓的乘積2KiZUI 199104 . 1101 . 1VKiUKZUiUKiZU 2 X線管產(chǎn)生線管產(chǎn)生X線的線的效率一般不足效率一般不足1%,絕大部分生成熱而絕大部分生成熱而使靶面大幅升溫。使靶面大幅升溫。例例2：求鎢：求鎢(Z=74)靶靶 在管電壓為在管電壓為100kV 時時X線的產(chǎn)生效率。線的產(chǎn)生效率。加速電壓加速電壓X線能線能(%)熱能熱能(%)40kV70kV100kV150kV4MV20MV0.40.60.81.3367099.699.499.298.76430鎢靶在不同電壓值的效率鎢靶在不同電壓值的效率解：解：%9 . 01074102 . 159 KZU X線的產(chǎn)生效率線的產(chǎn)生效率六六、 X 射線強度的空間分布射線強度的空間分布薄靶薄靶六六、 X 射線強度的空間分布射線強度的空間分布厚靶厚靶足跟效應(yīng)：沿垂向散射的足跟效應(yīng)：沿垂向散射的 X線束，靠近靶一側(cè)的光線束，靠