第十六章 X射线

1、第十六章第十六章 X 射线射线伦琴在研究稀薄气体放电时发现能使放置伦琴在研究稀薄气体放电时发现能使放置于抽屉内密封的底片感光的射线，这种射线于抽屉内密封的底片感光的射线，这种射线的穿透能力很强，他称该种射线为的穿透能力很强，他称该种射线为X射线射线劳厄的晶体衍射实验证明劳厄的晶体衍射实验证明X射线是一种波射线是一种波长很短的电磁波。长很短的电磁波。X射线是现代医学不可缺少的工具，其在医学射线是现代医学不可缺少的工具，其在医学中的运用主要有表现在治疗和诊断两个方面：中的运用主要有表现在治疗和诊断两个方面：治疗：治疗癌症治疗：治疗癌症诊断：诊断：X射线对于分裂活动旺盛（癌细胞）或正在射线对于分裂活

2、动旺盛（癌细胞）或正在分裂的细胞，其破坏力比正常组织细胞更强，分裂的细胞，其破坏力比正常组织细胞更强，从而用从而用X射线照射可以抑制癌细胞的生长或射线照射可以抑制癌细胞的生长或使它坏死。使它坏死。X射线常规透视、摄影、射线常规透视、摄影、X-CT以及数字减影以及数字减影血管造影技术等血管造影技术等一、一、X射线产生装置射线产生装置第一节第一节 X射线的产生射线的产生1. 产生产生X射线的基本条件射线的基本条件高速运动的电子流高速运动的电子流阻止电子流运动的障碍物阻止电子流运动的障碍物靶靶 产生产生X射线的常见方法是射线的常见方法是:让高速运动的电子受障碍物阻止让高速运动的电子受障碍物阻止,它们

3、相互它们相互作用产生作用产生X射线射线2. .X射线产生装置射线产生装置X X射线管射线管、 低压电源低压电源、高压电源高压电源、 整流装置整流装置。（1）X射线管射线管 (X-rays tube)由钨丝制成，由钨丝制成，单独用低压电单独用低压电源供电，以加源供电，以加热钨丝热钨丝发射热发射热电子电子 用铜制成圆柱体和钨板制成，圆柱体的端面做用铜制成圆柱体和钨板制成，圆柱体的端面做成斜面，正对阴极，成斜面，正对阴极，接收阴极电子接收阴极电子。在阳极斜面正对电子流的位置处嵌有一小块钨片，在阳极斜面正对电子流的位置处嵌有一小块钨片，作为电子轰击的目标。通常称为钨靶是接受高速电作为电子轰击的目标。通

4、常称为钨靶是接受高速电子流撞击的靶。子流撞击的靶。阻止高速运动的电子的运动。阻止高速运动的电子的运动。阳极阳极: :靶：靶：阴极阴极:管电压管电压(tube-voltage):在阴极和阳极之间加上几十在阴极和阳极之间加上几十 kV 到几百到几百kV 的高的高电压，形成强电场。电压，形成强电场。X射线管两极之间的电压称为管电压，以射线管两极之间的电压称为管电压，以 kV 为为单位。单位。管电流管电流(tube-current):阴极发出的热电子在强电场的作用下加速，变阴极发出的热电子在强电场的作用下加速，变成高速电子飞向阳极，形成管电流。成高速电子飞向阳极，形成管电流。（2）降压变压器）降压变压

5、器 (step-down transformer)供给灯丝加热，发射热电子供给灯丝加热，发射热电子。灯丝电压很低，降压变压器将灯丝电压很低，降压变压器将220v的电压降到的电压降到10多伏，多伏，供给灯丝加热，发射出热电子。调节灯丝电路中的可供给灯丝加热，发射出热电子。调节灯丝电路中的可变电阻变电阻R可以控制灯丝电流的大小，以改变钨丝发射可以控制灯丝电流的大小，以改变钨丝发射的热电子的数目，从而控制管电流的大小。的热电子的数目，从而控制管电流的大小。（3）升压变压器）升压变压器 (step-up transformer)供给供给X射线管的管电压射线管的管电压。旋转开关旋转开关S，改变，改变原线

6、圈的圈数，改原线圈的圈数，改变管电压的大小变管电压的大小。S（4）全波桥式整流器）全波桥式整流器 (full-wave bridge-type rectifier)S有四个二极管组成全波整流器，有四个二极管组成全波整流器，将交变的高压变为直流高压。将交变的高压变为直流高压。此外，此外，X X射线发射线发生装置还应包括生装置还应包括灯丝稳压线路、灯丝稳压线路、延时电路和限时延时电路和限时器、控制器、控制X X射线射线管运动的装置及管运动的装置及自动保护设备等自动保护设备等部分。部分。3.X射线产生的效率射线产生的效率高速电子轰击阳极靶时，电子动能转变为热能和高速电子轰击阳极靶时，电子动能转变为热

7、能和X射线能。射线能。 电子的动能转变为热能的能量约为电子的动能转变为热能的能量约为99.8 电子动能转变为电子动能转变为X X光子的能量约为光子的能量约为0.2%阳极温度升高，阳极材料应选用熔点高、散热好，阳极温度升高，阳极材料应选用熔点高、散热好，Z Z高的物高的物质。因此，用铜做阳极，散热效果好，在端面嵌钨片，耐质。因此，用铜做阳极，散热效果好，在端面嵌钨片，耐高温，高温，Z Z高。高。理论和实验表明：同样速度和数目的电子轰击原子序数理论和实验表明：同样速度和数目的电子轰击原子序数Z Z不同的各种物质做成的靶，产生不同的各种物质做成的靶，产生X X射线光子的总数和光子射线光子的总数和光子

8、总能量与总能量与Z Z2 2成正比。成正比。Z Z ，产生，产生X X射线效率射线效率 。按照按照X X射管的功率的大小，阳极还将采用散热片通风冷却，射管的功率的大小，阳极还将采用散热片通风冷却，或把阳极做成中空的，用流动的冷却油进行降温，或把或把阳极做成中空的，用流动的冷却油进行降温，或把整个整个X X射线管完全浸在绝缘油中。射线管完全浸在绝缘油中。4、有效焦点和实际焦点、有效焦点和实际焦点1. 1. 高速电子流高速电子流在靶面上轰击的在靶面上轰击的实际面积称为实实际面积称为实际焦点际焦点. . 图中图中a b 为为实际焦点实际焦点2.2.实际焦点的投影面积称为有效焦点实际焦点的投影面积称为

9、有效焦点 图中图中a bsin 为有效焦点为有效焦点 是靶面与垂直于电子流方向间的夹角是靶面与垂直于电子流方向间的夹角 有效焦点有效焦点 ，图，图像愈清晰。像愈清晰。 但不易散热。但不易散热。在实际应用中，还可将固定阳极改为旋转阳极。在实际应用中，还可将固定阳极改为旋转阳极。旋转阳极是一个钨盘，高速电子束轰击的区域旋转阳极是一个钨盘，高速电子束轰击的区域ab不是固定在一处，而是均匀地分布在整个环面上，不是固定在一处，而是均匀地分布在整个环面上，这样热量就分散在整个钨盘上，从而避免了局部温这样热量就分散在整个钨盘上，从而避免了局部温度过高的情形。度过高的情形。 二、二、X射线的强度与硬度射线的强

10、度与硬度1. 1. 单位时间内通过垂直于单位时间内通过垂直于X射线方向单位面积射线方向单位面积的的X X光子的能量称为光子的能量称为X X射线的强度，用射线的强度，用I I表示。表示。I 表示表示X射线量的多少。射线量的多少。设单位时间内通过垂直于设单位时间内通过垂直于X射线方向的单位射线方向的单位面积上的光子数目为面积上的光子数目为N N， nn2211: hNhNhNN n1iiinn2211 hNhvNhvNhvNI增加增加X射线强度的方法：射线强度的方法：在临床上，在临床上，通常是在管电压保持一定的条件下，通常是在管电压保持一定的条件下，通过调节管电流来控制通过调节管电流来控制X射线的

11、强度。射线的强度。在医学中在医学中常用管电流的常用管电流的mA数来间接地表示数来间接地表示X射线的强度。射线的强度。 通常的管电流在几个通常的管电流在几个mA或几十或几十mA。短时间暴。短时间暴光的管电流可达百光的管电流可达百mA以上。以上。 n1iiinn2211 hNhvNhvNhvNI（1）增加管电流，使单位时间内轰击阳极的）增加管电流，使单位时间内轰击阳极的电子数增加，从而增加产生的光子数电子数增加，从而增加产生的光子数（2）增加管电压，使轰击阳极的电子动能增）增加管电压，使轰击阳极的电子动能增加，从而增加产生的光子的能量加，从而增加产生的光子的能量S可以通过调节灯丝电流的方法改变管电

12、流，从而达可以通过调节灯丝电流的方法改变管电流，从而达到调节到调节X射线强度的目的。射线强度的目的。 X X射线的照射具有射线的照射具有累积效应，必须累积效应，必须考虑照射时间。考虑照射时间。在在t t时间内，时间内，X X射射线的总辐射能量线的总辐射能量等于等于ItIt。在医学。在医学应用中，用管电应用中，用管电流的毫安数流的毫安数(mA(mA) )与辐射时间与辐射时间(s)(s)的的乘积表示，即乘积表示，即t 时间内时间内X射线的能量射线的能量=管电流管电流mA数数时间时间t(mAs)2. X射线的硬度射线的硬度X射线对物质穿透能力的大小称为射线对物质穿透能力的大小称为 X射线的射线的硬度

13、硬度X射线的硬度决定于射线的硬度决定于X射线的波长射线的波长(即单个光子的能即单个光子的能量量)，而与光子数目无关。，而与光子数目无关。X射线管两端的管电压愈射线管两端的管电压愈高，则轰击靶面的电子动能愈大，发射光子的能量高，则轰击靶面的电子动能愈大，发射光子的能量也愈大。而能量愈大的光子愈不易被物质吸收，即也愈大。而能量愈大的光子愈不易被物质吸收，即管电压愈高产生的管电压愈高产生的X射线愈硬。射线愈硬。因此，在医学上通常用管电压的因此，在医学上通常用管电压的kVkV数来表示数来表示X X射线射线的硬度。的硬度。 调节管电压即可控制调节管电压即可控制X射线的硬度射线的硬度 ， U ，h ， ，

14、硬度，硬度 X射线对物质穿透能力越大射线对物质穿透能力越大, , X射线的越射线的越硬硬,硬度越大硬度越大根据根据X X射线的用途，医学上把射线的用途，医学上把X X射线按硬度分射线按硬度分为极软、软、硬和极硬四类，它们的管电压、为极软、软、硬和极硬四类，它们的管电压、波长及用途见表波长及用途见表16-116-1。名名 称称管电压管电压(kV)(kV)最短波长最短波长(nm)(nm)主要用途主要用途极软极软X X射线射线5 520200.250.250.0620.062软组织摄影、表皮治疗软组织摄影、表皮治疗软软X X射线射线20201001000.0620.0620.0120.012透视和摄

15、影透视和摄影硬硬X X射线射线1001002502500.0120.0120.0050.005较深组织治疗较深组织治疗极硬极硬X X射线射线 250250以上以上0.0050.005以下以下深部组织治疗深部组织治疗表表16-1 X射线按硬度的分类射线按硬度的分类 例例1. X1. X射线的贯穿本领决定于：射线的贯穿本领决定于： A A管电流的管电流的mAmA数数; ; B B管电压的管电压的KvKv数数; ; C.C.照射时间的长短照射时间的长短; ; D D靶面积的大小靶面积的大小例例2. 2. 管电压不同，管电流相同时，管电压不同，管电流相同时，在钨靶上发射的在钨靶上发射的X X射线的射线

16、的 A.A.硬度不同，强度相同；硬度不同，强度相同； B. B. 硬度不同，强度不同；硬度不同，强度不同；C. C. 梗度相同，强度相同；梗度相同，强度相同； D. D. 硬度相同，强度不同。硬度相同，强度不同。 例例3. 3. 诊断诊断( (透视和摄影透视和摄影) )所用的所用的X X射线为：射线为：A A极软极软X X射线射线 B B软软X X射线射线 C C硬硬X X射线射线 D D极硬极硬X X射线射线 第三节第三节 X射线的基本性质射线的基本性质一、一、X射线的基本性质射线的基本性质 1电离作用电离作用X射线能使物质中的原子和分子电离。在射线能使物质中的原子和分子电离。在X射射线的照

17、射下，气体能够电离导电，电离电流线的照射下，气体能够电离导电，电离电流与与X射线的强度成正比。因而，用电离可以测射线的强度成正比。因而，用电离可以测量量X射线的强度，辐射剂量的测定射线的强度，辐射剂量的测定2荧光作用荧光作用X射线照射到许多物质上，如磷、铂氢化钡、硫射线照射到许多物质上，如磷、铂氢化钡、硫化锌等物质上，能使物质发出荧光。化锌等物质上，能使物质发出荧光。X射线透视射线透视的基本原理：的基本原理：X射线对屏上物质的荧光作用显示射线对屏上物质的荧光作用显示射线透过人体后所成的影像。射线透过人体后所成的影像。3光化学效应光化学效应X X射线能使很多物质发生光化学反应。它能使照相底射线能

18、使很多物质发生光化学反应。它能使照相底片感光，这就是片感光，这就是X X射线的光化学作用，在医学中，用射线的光化学作用，在医学中，用X X射线的光化学作用射线的光化学作用-X-X射线摄影的基本原理射线摄影的基本原理4贯穿作用贯穿作用X射线穿透物质的能力就是射线穿透物质的能力就是X射线的贯穿作用或贯穿射线的贯穿作用或贯穿本领。本领。不同的物质贯穿本领不同，医学上，根据这不同的物质贯穿本领不同，医学上，根据这一性质，用于人体透视和照片，进行诊断和治疗。一性质，用于人体透视和照片，进行诊断和治疗。5生物效应生物效应X X射线照射生物体能使生物体的细胞损伤、生长受到射线照射生物体能使生物体的细胞损伤、

19、生长受到抑制甚至死亡，这就是抑制甚至死亡，这就是X X射线的生物效应。它是放射射线的生物效应。它是放射治疗治疗的基础。放射工作者必须对的基础。放射工作者必须对X X射线加以射线加以防护防护。二、二、X X射线的衍射射线的衍射1X射线衍射的原理射线衍射的原理晶体成为晶体成为X射线的衍射光栅射线的衍射光栅 19121912年劳厄用晶体衍射方法证明了年劳厄用晶体衍射方法证明了X X射线具有波动射线具有波动性，从而揭示了性，从而揭示了X X射线的本质。射线的本质。劳厄的劳厄的X射射线衍射线衍射1913年，英国年，英国布拉格父子用布拉格父子用以下方法研究以下方法研究了了X X射线衍射。射线衍射。当一束平

20、行的单色当一束平行的单色X射线（波长为射线（波长为 ）以掠射角）以掠射角 射射到晶体上时，射线与各层（晶体可分为很多层原子到晶体上时，射线与各层（晶体可分为很多层原子层）原子接触，形成散射中心，向各个方向发出散层）原子接触，形成散射中心，向各个方向发出散射线，在各层原子层中所散射的子波射线发生干涉射线，在各层原子层中所散射的子波射线发生干涉,从而形成从而形成X射线的衍射现象射线的衍射现象根据干涉加强的条件，相邻两层的反射线的根据干涉加强的条件，相邻两层的反射线的波程差为波程差为AM+BM=2d sin = k ， k = 1，2，3，产生相长干涉，即产生加强反射。上式称为布产生相长干涉，即产生

21、加强反射。上式称为布拉格定律拉格定律(Bragg law)(Bragg law)。 根据布拉格定律可根据布拉格定律可得到得到X射线的波长射线的波长 为为kd sin2 2X射线结构分析射线结构分析 X X射线衍射可以用于研究晶体结构。同样方法也可射线衍射可以用于研究晶体结构。同样方法也可在生物医学上研究有机体如细胞和蛋白质等的精细在生物医学上研究有机体如细胞和蛋白质等的精细结构。现在这种研究已经发展成一门独立学科，称结构。现在这种研究已经发展成一门独立学科，称为为X X射线结构分析。射线结构分析。DNADNA的双螺旋结构就是用上述方的双螺旋结构就是用上述方法发现的法发现的2d sin = k

22、， k = 1，2，3，第二节第二节 X X射线谱射线谱通常通常X X射线发生装置产生的射线发生装置产生的X X射线包含各种不同波长射线包含各种不同波长的成分，波长不同，强度不同，从而可得到强度按的成分，波长不同，强度不同，从而可得到强度按照波长排列的图谱，称为照波长排列的图谱，称为X X射线谱射线谱. .X射线谱是由两射线谱是由两部分组成：连部分组成：连续续X射线谱或连射线谱或连续谱（曲线下续谱（曲线下划斜线部分），划斜线部分），标识标识X射线谱射线谱（曲线上凸出（曲线上凸出的尖蜂）。的尖蜂）。一、连续一、连续X射线谱射线谱1产生机制产生机制由于各个电子运动的轨迹到原子核的距离不同，速由于各

23、个电子运动的轨迹到原子核的距离不同，速度变化情况也各不一样，所以每个电子损失的动能度变化情况也各不一样，所以每个电子损失的动能会不同，这样辐射出来的光子能量也会拥有不同的会不同，这样辐射出来的光子能量也会拥有不同的数值，从而形成具有各种频率的连续数值，从而形成具有各种频率的连续X射线谱。射线谱。 韧致辐射产生连续韧致辐射产生连续X射线谱。射线谱。韧致辐射（韧致辐射（bremsstrahlung）：）：当高速运动的电子接当高速运动的电子接近原子核场时，电子在原子核场的强电场的作用下，近原子核场时，电子在原子核场的强电场的作用下，电子的运动速度和方向都发生急剧的变化而损失动电子的运动速度和方向都发

24、生急剧的变化而损失动能，损失的动能转变为光能，以光子能，损失的动能转变为光能，以光子h 的形式辐射的形式辐射出来，这种辐射称为韧致辐射出来，这种辐射称为韧致辐射。2连续谱特性连续谱特性(1)X射线的波长连续变射线的波长连续变化，有一强度极大值对化，有一强度极大值对应的波长应的波长 Imax，(2)有一最短波长有一最短波长 min短波极限短波极限在一定管电压下在一定管电压下（1）管电压增加，短波）管电压增加，短波极限越小极限越小在不同的管电压下在不同的管电压下（2）管电压增加，强度）管电压增加，强度增加增加存在短波极限，说明在一定管电压下，电子存在短波极限，说明在一定管电压下，电子与核电场作用时

25、，电子的动能全部变成与核电场作用时，电子的动能全部变成X光子光子的能量，这个光子的能量最大，频率最高，的能量，这个光子的能量最大，频率最高，对应的波长最短，即对应的波长最短，即eUmvchhv 2minmax21 m10(kV)242. 1nm(kV)242. 119minUUUehcU ， min 连续连续X射线强度与靶原子序数射线强度与靶原子序数Z以及管电压以及管电压U有关。有关。Z 原子核场原子核场 减速电子的作用减速电子的作用 Ek 放出的放出的h I U 1/2mv2 h I 二、标识二、标识X射线谱射线谱 1产生机制产生机制高速运动的电子与靶原子的高速运动的电子与靶原子的内层电子相

26、互作用，与原子内层电子相互作用，与原子内层电子发生碰撞，把能量内层电子发生碰撞，把能量传递给内层电子，内层电子传递给内层电子，内层电子跑出原子，使原子处于激发跑出原子，使原子处于激发状态，高能状态的电子要填状态，高能状态的电子要填补电子的空位，并将多余的补电子的空位，并将多余的能量以光子的形式放射出来，能量以光子的形式放射出来，形成标识形成标识X X射线。射线。如被打出去的是如被打出去的是K层电子，则空出来的位置就会被外面的层电子，则空出来的位置就会被外面的L层、层、M层或更外层的电子填补，并在跃迁过程中发出标层或更外层的电子填补，并在跃迁过程中发出标识识X射线。射线。如被打出去的是如被打出去

27、的是K层电子，则空出来的位置就会被外面的层电子，则空出来的位置就会被外面的L层、层、M层或更外层的电子填补，其层或更外层的电子填补，其X射线能量等于两个射线能量等于两个能级的能量差。能级的能量差。K线：线：hEEKL hEEKM hEEKN K线：线：K线：线：这样发出的谱线，通常以这样发出的谱线，通常以K、K、K表示，称为表示，称为K线系线系如果空位出现在如果空位出现在L L层，电子迁过程中发出标识层，电子迁过程中发出标识X射线，射线，这样发出的谱线，通常以这样发出的谱线，通常以L、L、L表示，称为表示，称为L线系线系 靶原子内层电子的跃迁产生标识靶原子内层电子的跃迁产生标识X射线谱射线谱不

28、同能级的电子到不同能级的电子到达同一壳层的空位达同一壳层的空位时发出的谱线组成时发出的谱线组成一个线系，在一个一个线系，在一个线系中有一个最短线系中有一个最短的波长，是由自由的波长，是由自由电子（或近似认为电子（或近似认为是最外一层的电子）是最外一层的电子）进入该空位时产生。进入该空位时产生。2标识谱特性标识谱特性对于一定的靶物质的原子，标识谱线的波长是一个对于一定的靶物质的原子，标识谱线的波长是一个定值，与管电压无关；定值，与管电压无关；靶原子序数越高，各线系的靶原子序数越高，各线系的X X射线的波长越短。射线的波长越短。由于每一种元由于每一种元素都有其特定素都有其特定波长的线状波长的线状X

29、 X射射线谱，可成为线谱，可成为这种元素的标这种元素的标识，所以叫做识，所以叫做标识标识X X射线谱。射线谱。3X射线微区分析射线微区分析每一种元素都有其特定波长的标识每一种元素都有其特定波长的标识X射线谱，射线谱，可以利用这一特征对未知元素成份的物体进行可以利用这一特征对未知元素成份的物体进行成分分析。成分分析。用很细的电子射线束去轰击由未知元素组成的用很细的电子射线束去轰击由未知元素组成的样品，采集样品中所含有的元素发出的标识样品，采集样品中所含有的元素发出的标识X射线谱，根据谱特征，便可以确定样品的成分。射线谱，根据谱特征，便可以确定样品的成分。由于电子射线束非常细，所以通常叫做电子探由

30、于电子射线束非常细，所以通常叫做电子探针，被轰击的区域也很微小，通常称为微区。针，被轰击的区域也很微小，通常称为微区。所以这种分析样品的方法，称为所以这种分析样品的方法，称为X射线微区分射线微区分析，或者电子探针微区分析。析，或者电子探针微区分析。 例例1. 1. 标识标识X X射线产生于：射线产生于： A A高速电子本身的韧致辐射高速电子本身的韧致辐射 B B靶物质原子外层电子的受激辐射靶物质原子外层电子的受激辐射 C C靶物质原子内层电子的受激辐射靶物质原子内层电子的受激辐射 D D靶物质原子核的受激辐射靶物质原子核的受激辐射例例2. 2. 连续连续X X射线产生于：射线产生于： A A高

31、速电子本身的韧致辐射高速电子本身的韧致辐射 B B靶物质原子外层电子的受激辐射靶物质原子外层电子的受激辐射 C C靶物质原子内层电子的受激辐射靶物质原子内层电子的受激辐射 D D靶物质原子核的受激辐射靶物质原子核的受激辐射例例3. 3. 标识标识X X射线的波长决定于：射线的波长决定于： A A管电流的强弱管电流的强弱 B B管电压的高低管电压的高低 C C阳极靶的材料阳极靶的材料 D D阳极靶的面积阳极靶的面积例例4. 4. 某某X X射线谱的最短波长为射线谱的最短波长为0.3nm0.3nm，则，则X X射线管的管电压为：射线管的管电压为： A A1.242KV 1.242KV B B4.1

32、4KV 4.14KV C C124.2KV 124.2KV D D41.4KV 41.4KV m10(kV)242. 1nm(kV)242. 11219min2minmaxUUUehceUmvchhv第四节第四节 物质对物质对X射线的衰减规律射线的衰减规律当当X X射线进入物质以后，射线与物质相射线进入物质以后，射线与物质相互作用，互作用，X X射线能量转变为其它形式的射线能量转变为其它形式的能量，能量，X X射线通过一定厚度的物质以后，射线通过一定厚度的物质以后，在原入射方向上，在原入射方向上，X X射线强度减弱的现射线强度减弱的现象叫做象叫做物质对物质对X X射线的吸收或射线的吸收或X X

33、射线在物射线在物质中的衰减。质中的衰减。一、单色一、单色X X射线的衰减规律射线的衰减规律1吸收规律吸收规律一束单色一束单色X X射线的强度射线的强度为为I I0 0，进入吸收物质的，进入吸收物质的厚度为厚度为X X处的强度为处的强度为I I 称为吸收物质的称为吸收物质的线性衰减系数线性衰减系数。负号表示负号表示X X射线在吸收物质中的强度随厚度的增加而减弱。射线在吸收物质中的强度随厚度的增加而减弱。 I0IXXeII0表示物质对表示物质对X射线吸收本领的大小。射线吸收本领的大小。越大，则物质的越大，则物质的吸收本领越大，射线在物质中的强度减弱得越快。吸收本领越大，射线在物质中的强度减弱得越快

34、。2.质量质量衰减衰减系数系数 m 为了使衰减系数仅与吸收物质的种类有关为了使衰减系数仅与吸收物质的种类有关, ,而与物而与物质的状态无关质的状态无关, ,定义质量衰减系数代替线性衰减系定义质量衰减系数代替线性衰减系数数来描述物质对来描述物质对X射线的吸收本领射线的吸收本领 mm m仅与物质的特征有关，而与物质的密度和状态无关。仅与物质的特征有关，而与物质的密度和状态无关。 不仅与吸收物质的种类有关，还与物质的密度和不仅与吸收物质的种类有关，还与物质的密度和状态有关状态有关 。 对同一种吸收物质对同一种吸收物质, ,物质的密度越大物质的密度越大,单位体积内与单位体积内与X射线作用的原子越多射线

35、作用的原子越多,光子被吸收的概率就越大光子被吸收的概率就越大,越大越大, , 与物质的密度成正比与物质的密度成正比。 物质的线性衰减系数物质的线性衰减系数与密度与密度的比值称为质量衰的比值称为质量衰减系数。减系数。用用m表示表示 ，即，即用用m m表示的物质对表示的物质对X X射线吸收的规律射线吸收的规律等于单位面积中厚度为等于单位面积中厚度为X的吸收层质量。的吸收层质量。 mXeII0XmeII0mmmXXeIeII00定义定义质量厚度质量厚度Xm:XXmXXmI0IXXXm3半价层半价层物质对物质对X射线强度吸收一半的厚度射线强度吸收一半的厚度( (或质量厚度或质量厚度) )，叫做该物质的

36、半价层。用叫做该物质的半价层。用2mX21X或或表示。表示。693. 02ln21Xmm693. 02ln2mX用半价层表示物质对用半价层表示物质对X射线的吸收规律为射线的吸收规律为2mm21)21()21(00XXXXIII20II 当当时，时，X射线通过的厚度为射线通过的厚度为21X2mm210002XXeIeIII2ln2m21mXXmmXXeIeII00I0I= I0/221X2mX例：例：X射线被物质吸收时，要经过多少个半价层，强射线被物质吸收时，要经过多少个半价层，强度才减少到原来的度才减少到原来的161解：因为解：因为16)21(0021IIIXX161)21(21XX161ln

37、)21ln(21XX161ln)21ln(21XX42ln16ln2ln21XX21212142ln2ln42ln2ln4XXXX经过经过4个半价层后，强度变为原来的个半价层后，强度变为原来的161二、连续二、连续X射线的吸收规律射线的吸收规律对于医学上常用的低能对于医学上常用的低能X射线，光子能量在数十到射线，光子能量在数十到数百数百keV之间，包含有各种不同的波长。由于各种之间，包含有各种不同的波长。由于各种物质的吸收都与射线谱波长有关，所以，这种含多物质的吸收都与射线谱波长有关，所以，这种含多种波长的种波长的X射线强度的吸收要比单色射线强度的吸收要比单色X射线的吸收射线的吸收复杂得多，而

38、且并不严格地服从指数衰减规律。但复杂得多，而且并不严格地服从指数衰减规律。但为了简便起见，在实际中仍经常近似地运用指数衰为了简便起见，在实际中仍经常近似地运用指数衰减规律减规律(即朗伯定律即朗伯定律)，不过式中的衰减系数将用各，不过式中的衰减系数将用各种波长衰减系数的平均值来来代替。种波长衰减系数的平均值来来代替。XeII0与与X射线的波长和吸收物质的原子序数射线的波长和吸收物质的原子序数Z和状态和状态有关有关 m与与X射线的波长和吸收物质的原子序数射线的波长和吸收物质的原子序数Z 有关有关 m与与X射线的波长和吸收物质的原子序数射线的波长和吸收物质的原子序数Z 的关系为：的关系为： Zm3k

39、 式中式中k为比例系数，为比例系数，Z是吸收物质的原子序数，是吸收物质的原子序数， 是是X射线射线的波长，的波长， 在在3与与4之间，与吸收物质和射线波长有关。吸之间，与吸收物质和射线波长有关。吸收物质为水、空气和人体组织时，医学上常取收物质为水、空气和人体组织时，医学上常取3.5。 1 1、 一定时，一定时， m m Z Z 三、衰减系数与波长、原子序数的关系三、衰减系数与波长、原子序数的关系骨骼中的成分（骨骼中的成分（CaCa和和P P）比肌肉组织中的成分（）比肌肉组织中的成分（C C、H H、O O）的原子序数大，所以的原子序数大，所以X X射线在骨骼中的射线在骨骼中的 m比肌肉中比肌肉中 m大，大，在在X X射线照片或透视荧光屏上显示出阴影射线照片或透视荧光屏上显示出阴影胃肠透视中加入钡盐（胃肠透视中加入钡盐（Z Z大），用来显示胃肠的阴影大），用来显示胃肠的阴影铝板及铝制品（铝板及铝制品（Z Z大），用于大），用于X X射线的防护射线的防护2X射线的硬化及其应用射线的硬化及其应用 随着进入物质厚度的增加，短波随着进入物质厚度的增加，短波X射线所射线所占的