第十四章 X射線

第十四章X射線§14-1X射線的產(chǎn)生§14-2X射線的基本性質(zhì)§14-3X射線的衰減規(guī)律§14-4X射線的醫(yī)學(xué)應(yīng)用1895年11月8日晚，德國科學(xué)家倫琴在暗室中作放電管實驗研究陰極射線時所發(fā)現(xiàn)。12月28日正式向外報告。由于當(dāng)時并不知道它的有關(guān)性質(zhì)，故命為X射線，一直沿用至今。

X射線是19世紀(jì)末的一項重大發(fā)現(xiàn)。倫琴因此而獲1901年諾貝爾物理學(xué)獎。

X射線的發(fā)現(xiàn)，很快引起轟動。因為它向人類發(fā)出了一個信息：它告訴人們原子內(nèi)部有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，宣布二十世紀(jì)新物理學(xué)的即將到來，所以意義重大。因此倫琴成了首屆諾貝爾獎得主。三個月后，人們成功地將它應(yīng)用于醫(yī)學(xué)獲得了人類第一張人手掌骨的X射線照片，從此開創(chuàng)了近代醫(yī)學(xué)，并推動了近代醫(yī)學(xué)的發(fā)展?！?4-1X射線的產(chǎn)生一、X射線的發(fā)生裝置三部分組成：1、X射線管2、低壓電源3、高壓電源滿足基本條件：1、高速電子流2、合適的靶材料二、X射線的強(qiáng)度和硬度1、強(qiáng)度：單位時間內(nèi)通過與射線方向垂直的單位面積的輻射能量。提高強(qiáng)度：1、增加管電流，光子數(shù)目增加2、增加管電壓，增加單個光子的能量常用毫安數(shù)來表示強(qiáng)度總的輻射能量：常用毫安秒表示2、硬度：指X射線的貫穿本領(lǐng)。它僅取決于X射線的波長與光子數(shù)目無關(guān)常用管電壓來表示硬度

三、X射線譜相對強(qiáng)度波長X射線譜示意圖標(biāo)識譜連續(xù)譜X射線譜由兩部分組成：連續(xù)譜和標(biāo)識譜相對強(qiáng)度波長一、連續(xù)譜：形成機(jī)制：當(dāng)高速運動的電子流撞擊在陽極靶上受到制動時，電子在核場力作用下，速度的量值和方向都發(fā)生急劇變化，電子的一部分動能轉(zhuǎn)化為光子的能量而輻射出去，形成X射線連續(xù)譜。這種輻射稱為軔致輻射。連續(xù)譜0.020.040.060.080.10(nm)50KV40KV30KV20KV高速運動的電子流突然被靶阻止部分動能就產(chǎn)生X射線向四周輻射--------軔致輻射(bremsstrahlung)一、連續(xù)譜：特點：1、在管電壓較低時出現(xiàn)。2、與管電壓有關(guān)；管壓越高，強(qiáng)度整體越強(qiáng)。3、原子序數(shù)Z大，強(qiáng)度也大。4、存在一最短波長，稱短波極限。當(dāng)管電壓變大時，短波極限向短波方向移動，與陽極材料無關(guān)。上式表明：連續(xù)X射線的短波極限與管電壓成反比，而與陽極材料無關(guān)。二、標(biāo)識譜：形成機(jī)制：高速電子流將原子內(nèi)殼層電子電離，原子內(nèi)殼層出現(xiàn)空位，鄰近殼層的電子向該殼層躍遷填補(bǔ)空位時，向外輻射X射線光子，形成標(biāo)識X射線譜。特點：1、在高壓時出現(xiàn)2、譜線位置確定，與管電壓無關(guān)，只與陽極材料有關(guān)。不同的靶材料具有不同的譜線波長。3、各元素的標(biāo)識譜具有相似的結(jié)構(gòu)每個線系都有一個最短波長的邊界。Ze標(biāo)識X射線譜系結(jié)構(gòu)§14-2X射線的基本特征一、X射線的一般性質(zhì)1、電離作用：X射線能使原子分子電離，因此對有機(jī)體可誘發(fā)各種生物效應(yīng)。2、熒光作用：X射線照射某此物質(zhì)，能使原子分子處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們回到基態(tài)時發(fā)出熒光。3、光化學(xué)作用：X射線能使某些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。能使照相膠片感光。4、生物效應(yīng)：X射線照射生物體后，能使生物體產(chǎn)生各種生物效應(yīng)。5、貫穿本領(lǐng)：X射線對物質(zhì)具有一定的穿透作用。研究表明：物質(zhì)對X射的吸收與X射線的波長有關(guān)，也與物質(zhì)的原子序數(shù)或密度有關(guān)。二、X射線的衍射

X射線的波長為0.001-10nm,晶體中相鄰兩原子間距的數(shù)量級與之相同，所以晶體原子有規(guī)則排列起來的結(jié)構(gòu)是X射線很適合的衍射光柵。1912年勞厄用晶體衍射方法證明了X射線具有波動性，從而揭示了X射線的本質(zhì)。當(dāng)X射線射向晶體時，組成晶體的每一個原子，都相當(dāng)于發(fā)射子波的中心，并向各個方向發(fā)出子波，稱為散射。來自晶體散射中心的X射線會疊加干涉而使得某些方向的光束加強(qiáng)。稱布拉格定律X射線攝譜儀原理圖§14-3X射線的衰減規(guī)律一、單能窄束X射線的吸收衰減規(guī)律當(dāng)X射線通過物質(zhì)時，光子能與物質(zhì)中的原子發(fā)生多種相互作用。作用過程中一部分光子被吸收并轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，一部分光子被物質(zhì)散射，而改變方向，使X射線在原來方向上的強(qiáng)度變小，這種現(xiàn)象稱為衰減。X射線的衰減規(guī)律定義物質(zhì)的半價層：當(dāng)X射線的強(qiáng)度衰減到原來的一半時的厚度二、質(zhì)量衰減系數(shù)與波長、原子序數(shù)的關(guān)系§14-4