X线的性质与物质相互作用.ppt

X线性质与物质相互作用 邢台市人民医院孔德博 X线性质与物质相互作用 X线性质X线特性X线与物质相互作用 X线的性质 X线的本质X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X线频率高 波长短 所以X线同可见光一样 也具有波粒二象性 1 波动性 大量 属于横波 具有衍射 偏振 反射 折射等现象 2 微粒性 少量 光电效应 荧光作用 电离作用 X线的特性 1 物理特性 X线在真空中 是直线传播不可见电磁波 X线不带电 不受外电磁场干扰 穿透本领 X线频率高 波长短 物质吸收较弱 因此有很强的贯穿本领 荧光作用 某些物质被X线照射后 能激发出可见荧光 如磷 钨酸钙 铂氰化钡等荧光物质 增感屏即用此原理制成 电离作用 击脱原子中轨道电子 发生一次电离 被击脱电子继续电离更多原子 X线的电离作用主要是次级电子的电离作用 热作用 X线被物质吸收 最终绝大部分转变为热能 2 化学特性 感光作用 和可见光一样 具有光化学作用 例如使胶片乳剂感光 着色作用 某些物质经X线长期大剂量照射后 其结晶体脱水渐渐改变颜色 称为着色反应 如水晶 铅玻璃 3 生物效应X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 通常将辐射生物效应分为 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 则这种照射可引起人类的确定性效应 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与受照计量的大小无关 X线与物质相互作用 1 光电效应 X线光子与构成原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子 电子摆脱原子核束缚 称为自由电子 X线光子被物质吸收 此过程称为光电效应 原子变为离子 处于激发态 外层电子填充空缺 产生特征X线 特征X线离开原子前 又击出外层电子 使之成为俄歇电子 此过程为俄歇效应 产物 光电子 正离子 标识辐射 俄歇电子 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 这就说明 不同密度的物质能产生明显的对比影像 密度的变化可明显影响摄影条件 要根据不同密度物质选择适当的射线能量 意义 增加X线的对比度 病人接收剂量大 为减少对病人的照射 采用高能量射线 X线与物质相互作用 2 康普顿效应 当一个光子击脱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 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冲角 入射光子偏转角度越大 能量损失越多 光子波长越长 散射线几乎全部来自康普顿效应 发生几率 与物质的原子序数成正比 与入射光子的能量 h 成反比 光子能量比电子结合能大很多 即与入射光子的波长成正比 影响 到达前方的散射线增加胶片灰雾度 影响图像质量 到达侧面的散射线给防护带来困难 散射线 散射线 由于焦点外X线或X线穿过被照体及其他物体产生的与原发X线同向 反向或侧向 且比原发X线波长长的X线为散射线 散射线含有率 散射线在作用于胶片上的全部射线量中所占的比率 称为散射线含有率 散射线含有率影响因素 1 管电压 kV越高 X线强度越大 产生散射线越多 散射线含有率随管电压的升高而加大 但在80 90kV以上时 散射线含有率趋向平稳 2 被照体厚度 在相同管电压及照射野下 散射线含有率随被照体厚度增加而大幅度增加 对照片影像的影响比管电压影响大得多 3 照射野 照射野是产生散射线重要的因素 照射野增大时 散射线含有率大幅度上升 100 200cm2 600 700cm2 X线与物质相互作用 3 电子对效应 一个具有足够能量的光子 在与靶原子核相互作用时 光子突然消失 同时转化为一对正负电子 此过程称为电子对反应 发生几率 与物质的原子序数的平方成正比 与单位体积内的原子个数成正比 也近似与光子能量的对数成正比 可见 该作用过程对高能光子和高原子序数物质来说才是重要的 X线与物质相互作用 4 相干散射 射线与物质相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 核的弹性散射 德布罗克散射 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生电离的过程 瑞利散射 入射光子被原子内壳层电子吸收并激发到外层高能级上 随即又跃迁回原能级 同时放出一个与入射光子相同 传播方向发生改变的散射光子 这种只改变传播方向 而光子能量不变的作用过程称为瑞利相干散射 相干散射发生几率 与物质原子序数成正比 并随光子能量的增大而急剧地减少 X线与物质相互作用 5 光核反应 光子与原子核而发生核反应 这是一个光子从原子核内击出数量不等的中子 质子和 光子的过程 主要过程 光电效应 康普顿效应 电子对效应 次要效应 相干散射 光核反应 在诊断X线能量范围内 只能发生光电效应 康普顿效应和相干散射 电子对效应 光核反应不可能发生 各种效应发生的相对几率 在20 100keV诊断X线能量范围内 只有光电效应和康普顿效应是重要的 相干散所占比例很小 并不重要 如果忽略相干散射 那么X线诊断中就只有光电效应 康普顿效应 若用水代表低Z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 随原子能量 h 增大 光电效应几率下降 对低Z物质的水呈迅速下降趋势 对高Z物质的碘化钠呈缓慢下降趋势 对中等Z物质的骨介于两者之间 对20keV的低能X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X线能量范围内 光电效应始终占绝对优势 掌握不同能量的X线对不同Z物质的作用类型和几率 对提高X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 X线的吸收与衰减 X线的衰减1 距离衰减 距离的衰减遵循射线强度衰减的平方反比法则 距离增加一倍 射线强度将衰减为原来的1 4 2 物质吸收衰减 射线通过物质时 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 X线强度在物质中的衰减规律是X线透视 摄影 造影及各种特殊检查 CT和放疗的基本依据 3 连续X线在物质中的衰减特点 强度变小 硬度变高 能谱变窄 实际应用中可以改变X线管窗口滤过厚度来调节X线束的线质 4 衰减系数 能量转移系数 能量吸收系数概念 影响衰减的因素1 射线性质对衰减的影响 射线能量越高 衰减越少 2 物质原子序数对衰减的影响 原子序数越高 吸收x线愈多 3 物质密度对衰减的影响 X线的衰减与物质密度成正比关系 人体除骨骼外 其他组织的