第3章X射线的产生

1、放射物理放射物理与防护与防护第一节第一节 X X射线的发现及用途射线的发现及用途第二节第二节 X X射线的本质与特性射线的本质与特性第三节第三节 X X射线的产生条件及装置射线的产生条件及装置第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原理第五节第五节 X X射射线的量与质线的量与质第六节第六节 X X射线的产生效率射线的产生效率第七节第七节 X X射射线辐射场的空间分布线辐射场的空间分布第三章第三章 X X射线的产生射线的产生第一节第一节 X X射线的发现及用途射线的发现及用途一、一、X X射线的发现过程射线的发现过程18951895年年1111月月8 8日，德国理日，德国理学家威廉学家威廉

2、康拉德康拉德伦琴在伦琴在德国沃兹堡大学实验室用克德国沃兹堡大学实验室用克鲁克斯管研究高真空下放电鲁克斯管研究高真空下放电现象时，意外发现现象时，意外发现X X射线。射线。威廉威廉康拉德康拉德伦琴伦琴 第一节第一节 X X射线的发现及用途射线的发现及用途一、一、X X射线的发现过程射线的发现过程 19011901年年, ,伦琴荣获了当年伦琴荣获了当年度首届诺贝尔物理学奖。度首届诺贝尔物理学奖。德国沃兹堡大学物理研究所（上图）德国沃兹堡大学物理研究所（上图）伦琴发现伦琴发现X X线的实验室（左图）线的实验室（左图）第一节第一节 X X射线的发现及用途射线的发现及用途11913.1191218961

3、895191419061978X X射线发展简史射线发展简史20世纪世纪50年代年代X X射线是射线是1919世纪末世纪末2020世纪初物理学的三世纪初物理学的三大发现（大发现（X X射线射线18951895年、放射线年、放射线18961896年年、电子、电子18971897年）之一，这一发现标志着年）之一，这一发现标志着现代物理学的产生现代物理学的产生英国物理学家巴克英国物理学家巴克拉发现拉发现X X射线的偏射线的偏振现象振现象老布拉格于老布拉格于19131913年年1 1月设计出第月设计出第一台一台X X射线射线光谱仪光谱仪, ,并并利用这台仪利用这台仪器，发现了器，发现了特征特征X X射

4、线。射线。英国物理学家莫英国物理学家莫塞莱发现塞莱发现X X射线谱射线谱瑞典物理学家凯瑞典物理学家凯. .西格班开创西格班开创了了X X射线光电子能谱学射线光电子能谱学XPS XPS ，为探测物质结构提供了非，为探测物质结构提供了非常精确的方法常精确的方法贾科尼领导研制贾科尼领导研制世界上第一个宇宙世界上第一个宇宙X X射线探测器发射，射线探测器发射，“发现宇宙发现宇宙X X射线射线源源”方面取得的成就导致了方面取得的成就导致了X X射线天射线天文学的诞生，在光学波段之外又开文学的诞生，在光学波段之外又开辟了一个认识宇宙的窗口，使人们辟了一个认识宇宙的窗口，使人们看到了一个布满看到了一个布满X

5、 X射线源的天空射线源的天空 18961896年年2 2月，苏格兰医生约月，苏格兰医生约翰翰麦金泰在格拉斯哥皇家医麦金泰在格拉斯哥皇家医院设立了世界上第一个放射科。院设立了世界上第一个放射科。第一节第一节 X X射线的发现及用途射线的发现及用途二、二、X X射线的用途射线的用途2.2.工业领域工业领域晶体结构分析晶体结构分析工业探伤工业探伤货运集装箱货运集装箱透视检查透视检查科学研究科学研究半导体、机械加工半导体、机械加工核医学成像核医学成像XCTXCT磁共振成像磁共振成像热图像热图像介入性放射学介入性放射学内镜技术内镜技术1.1.医学（影像学）领域医学（影像学）领域第二节第二节 X X射线的

6、本质与特性射线的本质与特性一、一、X X射线的本质射线的本质 X X射线的本质属于电离辐射。频率为射线的本质属于电离辐射。频率为 波长为波长为HzHz2016103103nmnm31010第二节第二节 X X射线的本质与特性射线的本质与特性X-radiationMicrowavesg g-radiationUVIRRadio waves10-6 10-3 1 103 106 109 1012Wavelength(nm)可见光可见光微波微波无线电波无线电波 从无线电波、红外线、可见光、紫外线、从无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、伦琴射线、 射线，构成了范围非常广阔的射线，构成了范围非常

7、广阔的电磁波谱，最长的波长是最短的波长的电磁波谱，最长的波长是最短的波长的10102121倍以上倍以上从无线电波到从无线电波到 射线，都是本质射线，都是本质上相同的电磁波，它们的行为上相同的电磁波，它们的行为服从共同的规律。不同的电磁服从共同的规律。不同的电磁波，产生的机理不同；波，产生的机理不同；不同的电磁波，因频率不同，不同的电磁波，因频率不同，表现出不同的特性表现出不同的特性 在电磁波谱中，在电磁波谱中，X X射射线的波长范围约为线的波长范围约为 0.005 nm 0.005 nm 到到 10 10 nmnm，相当于可见光，相当于可见光波长的波长的 1010万分之一万分之一 到到 50

8、50 分之一分之一 。第二节第二节 X X射线的本质与特性射线的本质与特性一、一、X X射线的本质射线的本质 X X射线具有电磁波的共性：波动性和粒子性射线具有电磁波的共性：波动性和粒子性（一）（一）X X射线具有波动性射线具有波动性 X X射线与可见光一样，具有衍射、射线与可见光一样，具有衍射、偏振、反射、折射等现象，说明偏振、反射、折射等现象，说明X X射线具有波动性。射线具有波动性。X X线波动性主要线波动性主要表现在以一定的波长和频率在空表现在以一定的波长和频率在空间传播。它是一种横波，其传播间传播。它是一种横波，其传播速度在真空中与光速相同。速度在真空中与光速相同。 max2200P

9、Cmax2200PC型型X X射线衍射仪射线衍射仪第二节第二节 X X射线的本质与特性射线的本质与特性一、一、X X射线的本质射线的本质 X X线具有电磁波的共性：波动性和粒子性线具有电磁波的共性：波动性和粒子性（二）（二）X X射线具有粒子性射线具有粒子性 X X射线的粒子性能解释射线的粒子性能解释X X射线的光电效应、荧射线的光电效应、荧光作用、电离作用等光作用、电离作用等过程。依据量子论学过程。依据量子论学说以及相对论的原理说以及相对论的原理则：则： hE hhchmcp 22chcEm 光子能量：光子能量： 光子质量：光子质量： 光子动量：光子动量： 第二节第二节 X X射线的本质与特

10、性射线的本质与特性二、二、X X射线的基本特性射线的基本特性 （一）物理特性（一）物理特性 （三）生物特性（三）生物特性 （二）化学特性（二）化学特性 第二节第二节 X X射线的本质与特性射线的本质与特性二、二、X X射线的基本特性射线的基本特性 （一）物理特性（一）物理特性 1.X1.X射线不可见，在均匀、各向同性的介质中直线传播射线不可见，在均匀、各向同性的介质中直线传播2.X2.X射线不带电射线不带电 经过电、磁场时不发生偏转经过电、磁场时不发生偏转3.X3.X射线穿透性射线穿透性 透视、摄影、透视、摄影、CTCT等检查手段等检查手段 按人体组织对按人体组织对X X射线透射性能的不同分为

11、三类：射线透射性能的不同分为三类：易透性组织易透性组织 中等透射物质中等透射物质 不易透射性组织不易透射性组织易透性组织易透性组织 中等透射物质中等透射物质 不易透射性组织不易透射性组织气体气体 结缔组织结缔组织 骨骼骨骼 肌肉组织肌肉组织 脂肪组织脂肪组织 软骨软骨 血液血液第二节第二节 X X射线的本质与特性射线的本质与特性二、二、X X射线的基本特性射线的基本特性 （一）物理特性（一）物理特性 4.X4.X射线荧光性射线荧光性 使物质发出荧光使物质发出荧光5.X5.X射线电离作用射线电离作用 放射治疗（损伤性）放射治疗（损伤性）6.X6.X射线热作用射线热作用 使物体升温（量热法）使物体

12、升温（量热法）7.X7.X射线波动性射线波动性 波长测定、物质结构分析波长测定、物质结构分析v X X射线透视荧光屏射线透视荧光屏v 增感屏增感屏v 影像增强器影像增强器v 闪烁计数器闪烁计数器 第二节第二节 X X射线的本质与特性射线的本质与特性二、二、X X射线的基本特性射线的基本特性 （三）生物效应特性（三）生物效应特性 （二）化学特性（二）化学特性 1.1.感光作用感光作用 X X射线射线摄影摄影和工业无损和工业无损探伤探伤检查检查2.2.着色作用着色作用 脱水脱水作用（结晶体脱水改变颜色）作用（结晶体脱水改变颜色）X X射线对生物组织、细胞具有损伤的作用，称为射线对生物组织、细胞具有

13、损伤的作用，称为X X射线的射线的生物效应生物效应。X X射线对人体不同组织的损伤程射线对人体不同组织的损伤程度是不同的。度是不同的。第三节第三节 X X射线的产生条件及装置射线的产生条件及装置 韧致辐射韧致辐射remsstrahlungremsstrahlung即让高速运动的即让高速运动的电子受障碍物阻电子受障碍物阻止，通过它们的止，通过它们的相互作用产生相互作用产生X X射线射线产生产生X X射线射线的方法的方法 受激辐射受激辐射用受激辐射产用受激辐射产生激光的方法生激光的方法也能产生也能产生X X射射线线 同步辐射同步辐射synchronous synchronous radiation

14、radiation加速着的高能加速着的高能带电粒子可直带电粒子可直接辐射接辐射X X射线射线第三节第三节 X X射线的产生条件及装置射线的产生条件及装置一、一、X X射线的产生条件射线的产生条件 在高真空管内高速行进成束的电子流撞击在高真空管内高速行进成束的电子流撞击阳极靶阳极靶( (钨、钼等钨、钼等) )时与原子核或内层电子相时与原子核或内层电子相互作用而产生互作用而产生X X射线，即高速电子流和靶物射线，即高速电子流和靶物质相互作用的结果产生质相互作用的结果产生X X线。归纳来讲，产线。归纳来讲，产生生X X线必须具备三个条件。线必须具备三个条件。第三节第三节 X X射线的产生条件及装置射

15、线的产生条件及装置一、一、X X射线的产生条件射线的产生条件 电子源电子源( (加热后得到并通过电场的作用力奔向阳极加热后得到并通过电场的作用力奔向阳极) ) 适当的靶物质适当的靶物质( (用高原子序数、高熔点的钨制成阳极用高原子序数、高熔点的钨制成阳极) ) 高速电子流高速电子流(A(A高电压产生的强电场高电压产生的强电场B B真空度高的空间真空度高的空间) )第三节第三节 X X射线的产生条件及装置射线的产生条件及装置二、二、X X射线的发生装置射线的发生装置 1.X1.X射线机（装置）定义：电能射线机（装置）定义：电能 X X射线能射线能2.X2.X射线机分类射线机分类诊断机：诊断机：用

16、于透视、摄影和各种特殊检查的用于透视、摄影和各种特殊检查的统称为诊断统称为诊断X X射线机（射线机（CTCT、MRIMRI、DSADSA）。）。 治疗机：治疗机：用于疾病治疗的统称为治疗用于疾病治疗的统称为治疗X X射射线机线机( (加速器、加速器、Co60Co60治疗机治疗机) )。 第三节第三节 X X射线的产生条件及装置射线的产生条件及装置二、二、X X射线的发生装置射线的发生装置 3.X3.X射线机的构成：射线机的构成：主机主机机械及其辅助设备机械及其辅助设备X X线管线管高压发生器高压发生器控制台控制台第三节第三节 X X射线的产生条件及装置射线的产生条件及装置二、二、X X射线的发

17、生装置射线的发生装置 3.3.玻璃管套玻璃管套：是一个高真空度的空间，：是一个高真空度的空间，主要对阳极和阴极起固定作用。主要对阳极和阴极起固定作用。2.2.阳极（靶）：阳极（靶）：它能使高速电子突然受阻它能使高速电子突然受阻而产生而产生X X射线。射线。1.1.阴极（电子源）阴极（电子源）：其作用是按需要提供：其作用是按需要提供足额数量的电子，经聚焦加速后撞击阳极足额数量的电子，经聚焦加速后撞击阳极而产生而产生X X射线。射线。射射线线管管的的组组成成X X第三节第三节 X X射线的产生条件及装置射线的产生条件及装置二、二、X X射线的发生装置射线的发生装置 高压电源高压电源低压电源低压电源

18、X射线管射线管X X射线的发生装置基本原理电路射线的发生装置基本原理电路整流电路整流电路第三节第三节 X X射线的产生条件及装置射线的产生条件及装置+ +VAC105:VDC541010:RX X射线管的工作原理射线管的工作原理高压电源高压电源提供管电压提供管电压KVKV管电流管电流mAmA低压电源低压电源提供管电流提供管电流 说明说明: : 高速运动的电子与高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（其中一小部分（1 1左右）左右）能量转变为能量转变为X X射线，而绝大射线，而绝大部分（部分（9999左右）

19、能量转左右）能量转变成热能使物体温度升高。变成热能使物体温度升高。二、二、X X射线的发生装置射线的发生装置 第三节第三节 X X射线的产生条件及装置射线的产生条件及装置依据依据 1 1依据依据 2 2X X射线管产生射线管产生X X射线的效率射线的效率很低很低-1%-1%，发热量很大发热量很大-（99%99%）应）应当选用熔点高当选用熔点高的物质的物质 光子总能量近光子总能量近似与原子序数似与原子序数 Z Z 2 2成正比，成正比，所以所以Z Z愈大则愈大则发生发生X X射线的射线的效率愈高。效率愈高。熔点高熔点高且且原子序数大原子序数大的金属，的金属，如钨、钼如钨、钼阳极靶材料的选择：阳极

20、靶材料的选择：二、二、X X射线的发生装置射线的发生装置 第三节第三节 X X射线的产生条件及装置射线的产生条件及装置阳极靶的降温措施：阳极靶的降温措施：旋转阳极旋转阳极转靶转靶用导热系数较大材料用导热系数较大材料铜铜二、二、X X射线的发生装置射线的发生装置 第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原理一、电子与物质的相互作用一、电子与物质的相互作用 电子在碰撞过程中的能量损失分为电子在碰撞过程中的能量损失分为碰撞损失碰撞损失和和辐射损失辐射损失。 碰撞损失碰撞损失(collision loss)(collision loss)只涉及原子的只涉及原子的外层电子，这部分能量将全部变为热。外

21、层电子，这部分能量将全部变为热。 辐射损失辐射损失(radiation loss)(radiation loss)涉及内层电子涉及内层电子和原子核。和原子核。第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原理辐射电离热EEEE1.1.当电子处于较低能量时，能量损失主要是当电子处于较低能量时，能量损失主要是碰撞碰撞损失损失，靶原子外层电子的激发和电离占相当大的，靶原子外层电子的激发和电离占相当大的比例（比例（原子序数较低原子序数较低时表现尤其明显）。时表现尤其明显）。 2.2.当电子处于高能量时，能量损失由碰撞损失逐当电子处于高能量时，能量损失由碰撞损失逐渐转为渐转为辐射损失辐射损失（原子序数较高

22、原子序数较高时表现尤其明显，时表现尤其明显，比如钨、钼）。比如钨、钼）。碰撞损失和辐射损失的区别与联系：碰撞损失和辐射损失的区别与联系：一、电子与物质的相互作用一、电子与物质的相互作用 第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原理二、两种二、两种X X射线的产生原理射线的产生原理 连续连续X X射线：射线：X X射线谱特点为射线谱特点为连续连续的的特征特征X X射线：射线：X X线射谱特点为线射谱特点为线状线状的的X X射线管发出的射线管发出的X X线是由线是由连续连续X X射线射线和和特征特征X X射射线线（标识（标识X X射线）两部分组成的混合射线。射线）两部分组成的混合射线。第四节第

23、四节 X X射线的产生原理射线的产生原理 X X射线谱（射线谱（X-ray spectrumX-ray spectrum） X X射线包含各种不同的波长成份，将其强度按照波射线包含各种不同的波长成份，将其强度按照波长的顺序排列开来的图谱，称为长的顺序排列开来的图谱，称为X X射线谱射线谱相对强度相对强度波长波长X X射线谱示意图射线谱示意图标识谱标识谱连续谱连续谱连续连续X X射线射线 连续谱连续谱标识标识X X射线射线 标识谱标识谱二、两种二、两种X X射线的产生原理射线的产生原理 第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原理（一）连续（一）连续X X射线的产生原理射线的产生原理 轫致辐

24、射轫致辐射(bremsstrahlung (bremsstrahlung radiation)radiation)：又称连续放射，：又称连续放射，是高速电子流撞击阳极是高速电子流撞击阳极靶面时，与靶物质的原靶面时，与靶物质的原子核相互作用而产生的、子核相互作用而产生的、连续波长的连续波长的X X射线射线( (连续连续X X线线) )的过程。的过程。 1.1.连续连续X X射线产生的物理过程射线产生的物理过程第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原理（一）连续（一）连续X X射线的产生原理射线的产生原理 由于每个高速电子与靶原由于每个高速电子与靶原子作用时的相对位置不子作用时的相对位置不同

25、（如左图），且每个同（如左图），且每个电子与靶原子作用前具电子与靶原子作用前具有的能量也不同，所以有的能量也不同，所以各次相互作用对应的辐各次相互作用对应的辐射损失也不同，因而发射损失也不同，因而发出的出的X X光子频率也互不相光子频率也互不相同。同。第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原理（一）连续（一）连续X X射线的产生原理射线的产生原理 使用钨靶保持管使用钨靶保持管电流不变，将管电流不变，将管电压从电压从20kV20kV增加增加到到50kV50kV时，测量时，测量各波段的相对强各波段的相对强度而绘成的连续度而绘成的连续X X线谱（如右图）线谱（如右图）第四节第四节 X X射线的

26、产生原理射线的产生原理（一）连续（一）连续X X射线的产生原理射线的产生原理2.2.连续连续X X线的最短波长线的最短波长 minmin：eUchmineUhmaxeUhcminU24.1min式中，式中，U U的单位为的单位为kVkV，minmin的单位为的单位为nmnm。可见，连续可见，连续X X射线的最短波射线的最短波长只与管电压有关。长只与管电压有关。第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原理（一）连续（一）连续X X射线的产生原理射线的产生原理3.3.影响连续影响连续X X射线的因素：射线的因素：第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原理（二）特征（二）特征X X射线的产

27、生原理射线的产生原理 当电子的能量当电子的能量( (加速电压加速电压) ) 超过某一临界值时超过某一临界值时, ,除有连除有连续谱外续谱外, ,还在连续谱的背景上迭加还在连续谱的背景上迭加 一些线状谱。一些线状谱。对于钨靶对于钨靶, ,管电压在管电压在70kV70kV以上产生的以上产生的X X射线谱射线谱 X X射线特征谱是巴拉克于射线特征谱是巴拉克于19061906年发现的。他观察年发现的。他观察到连续谱上出现一系列分立谱线，并用到连续谱上出现一系列分立谱线，并用K K、L L、MM字字母标识，因特征谱的发现使他获母标识，因特征谱的发现使他获19171917年的诺贝尔物理年的诺贝尔物理奖。奖

28、。第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原理（二）特征（二）特征X X射线的产生原理射线的产生原理1.1.特征特征X X射线产生的物理过程射线产生的物理过程产生线状光谱产生线状光谱X X线的过程与线的过程与管电压无关，完全由靶材料管电压无关，完全由靶材料的性质决定，它表征靶物质的性质决定，它表征靶物质的原子结构特性，而与其它的原子结构特性，而与其它因素无关。通常把这种辐射因素无关。通常把这种辐射称为称为特征辐射特征辐射，也称为，也称为标识标识辐射辐射(characteristic (characteristic radiation)radiation)由此产生的由此产生的X X射射线称为

29、特征线称为特征X X射线。射线。第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原理（二）特征（二）特征X X射线的产生原理射线的产生原理12EEh h为特征为特征X X光子能量光子能量( (即跃迁过程中释即跃迁过程中释放的能量放的能量); );E E2 2为跃迁前的能量为跃迁前的能量 ;E;E1 1为跃迁后的为跃迁后的能量。能量。 不同的靶物质发出的不同的靶物质发出的X X射线的波长不同，射线的波长不同，原子序数越高，产生的原子序数越高，产生的X X射线波长越短。特征射线波长越短。特征X X射线与射线与X X射线管的管电流无关。射线管的管电流无关。 第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原

30、理（二）特征（二）特征X X射线的产生原理射线的产生原理vK K系激发：系激发：K K层电子被激出的过程层电子被激出的过程vK K系辐射：系辐射：外层电子跃迁到外层电子跃迁到K K层上层上所辐射出的特征所辐射出的特征X X射线。射线。vK K 、K K 谱线：谱线：电子由电子由L LK K，MMK K所引起的所引起的K K系辐射。系辐射。第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原理（二）特征（二）特征X X射线的产生原理射线的产生原理第四节第四节 X X射线的产生原理射线的产生原理（二）特征（二）特征X X射线的产生原理射线的产生原理2.2.特征特征X X射线的激发电压射线的激发电压靶原子

31、的轨道电子在原子中具有确定的结合能（靶原子的轨道电子在原子中具有确定的结合能（WW）只）只有当入射高速电子的动能大于其结合能时，才有可能被击有当入射高速电子的动能大于其结合能时，才有可能被击脱造成电子空位，产生特征脱造成电子空位，产生特征X X线。入射电子的动能完全由线。入射电子的动能完全由管电压决定。管电压决定。管电压必须满足下式的关系管电压必须满足下式的关系WeU给定的靶原子，各线系的最低激发电给定的靶原子，各线系的最低激发电压大小按其相应的电子空位所产生的压大小按其相应的电子空位所产生的壳层内电子结合能大小有以下关系。壳层内电子结合能大小有以下关系。NMLKUUUU第四节第四节 X X射

32、线的产生原理射线的产生原理（二）特征（二）特征X X射线的产生原理射线的产生原理3.3.影响特征影响特征X X射线强度的因素：射线强度的因素：K K系特征系特征X X线的强度线的强度nkKUUiKI)(2K K系特征系特征X X线的强度与线的强度与管电流管电流成正比，成正比，管电压大于激发电压时才发生管电压大于激发电压时才发生K K系放射，系放射，并随管电压的升高并随管电压的升高K K系强度系强度迅速增大。迅速增大。第五节第五节 X X射线的量与质射线的量与质一、概念及其表示方法一、概念及其表示方法（一）物理角度对（一）物理角度对X X射射线的量与质定义线的量与质定义 1.X 1.X射线的量：

33、射线的量：在单位时间内在单位时间内X X线线束内的光子线线束内的光子数数 。NhI iihNI总单色单色X X线强度线强度复色复色X X线强度线强度 2.X 2.X射线的质：射线的质：X X线穿透物质的本领或者光子的能线穿透物质的本领或者光子的能量。量。第五节第五节 X X射线的量与质射线的量与质一、概念及其表示方法一、概念及其表示方法（二）临床角度对（二）临床角度对X X线的量和质定义线的量和质定义 1.X 1.X线的量：线的量：管电流决定管电流决定X X射线的量射线的量 X X射线管的管电流决定于阴极灯丝电流，管电流射线管的管电流决定于阴极灯丝电流，管电流愈大表明阴极发射的电子数愈多，则电

34、子撞击阳极愈大表明阴极发射的电子数愈多，则电子撞击阳极靶产生的靶产生的X X射射线量也愈多。在实际放射工作中，一般线量也愈多。在实际放射工作中，一般是用是用管电流和照射时间管电流和照射时间的乘积来表示的乘积来表示X X射线的量。射线的量。【例】【例】一次拍片需要的一次拍片需要的X X线量为线量为 ，就可以，就可以选择选择 或者或者smA 20smA1 . 0200smA4 . 050第五节第五节 X X射线的量与质射线的量与质一、概念及其表示方法一、概念及其表示方法（二）临床角度对（二）临床角度对X X线的量和质定义线的量和质定义 2.X 2.X射线的质射线的质（硬度）（硬度）：管电压决定管电

35、压决定X X射线的质射线的质 X X射线管射线管通常用表示通常用表示X X射线穿透能力的射线穿透能力的半价层半价层来来表示表示X X射线的质，半价层就是使一束射线的质，半价层就是使一束X X射线的强度射线的强度减弱到其初始值一半时所需要的标准物质的厚度。减弱到其初始值一半时所需要的标准物质的厚度。 诊断用诊断用X X线通常用线通常用铝铝作为表示半价层的物质，作为表示半价层的物质，半半价层愈大表示价层愈大表示X X射线的质愈硬。射线的质愈硬。第五节第五节 X X射线的量与质射线的量与质一、概念及其表示方法一、概念及其表示方法软软X X射线射线极软极软X X射线射线极硬极硬X X射线射线硬硬X X

36、射线射线软软X X射线射线硬硬X X射线射线X X射线的不同硬度在医学上的应用射线的不同硬度在医学上的应用 极软极软X X射线射线 软软X X射线射线管电压管电压（KV)KV) 520 520 20100 20100最短波长最短波长(nm)(nm)0.0620.20.0620.25 50.0120.060.0120.062 2用途用途软组织摄影软组织摄影 表皮治疗表皮治疗透视和摄影透视和摄影 硬硬X X射线射线极硬极硬X X射射线线管电压管电压（KV)KV) 100250 100250250250最短波长最短波长(nm)(nm)0.0050.010.0050.012 20.0050.005用途

37、用途较深部组织较深部组织治疗治疗深部组织深部组织治疗治疗第五节第五节 X X射线的量与质射线的量与质二、影响二、影响X X射线量的因素射线量的因素 1.1.管电流对管电流对X X射线量的影响射线量的影响 管电流越大表明阴极发射的电管电流越大表明阴极发射的电子越多，因而电子撞击阳极靶子越多，因而电子撞击阳极靶产生的产生的X X射线的量也越大，发射线的量也越大，发射出的射出的X X射线的强度也就越大。射线的强度也就越大。图中看到图中看到100mA100mA和和250mA250mA的的两条曲线，其两条曲线，其X X射线最短波长射线最短波长和最长波长都完全一样，只是和最长波长都完全一样，只是曲线下所包

38、围的面积不同。曲线下所包围的面积不同。显显然管电流大的然管电流大的X X射线量大，反射线量大，反之就小。之就小。第五节第五节 X X射线的量与质射线的量与质二、影响二、影响X X射线量的因素射线量的因素 2.2.管电压对管电压对X X射线量的影响射线量的影响 当管电流不变时，随着当管电流不变时，随着管电压从管电压从20kV20kV升高到升高到50kV50kV，其辐射的总量增大，其辐射的总量增大，图中曲线下所包围的总面图中曲线下所包围的总面积代表积代表X X线的总强度。因此，线的总强度。因此，X X线的量（强度）与管电压线的量（强度）与管电压的平方成正比。的平方成正比。第五节第五节 X X射线的

39、量与质射线的量与质二、影响二、影响X X射线量的因素射线量的因素 3.3.靶物质的原子序数对靶物质的原子序数对X X射射线量的影响线量的影响 在管电压、管电流、投照时间相同在管电压、管电流、投照时间相同的情况下，阳极靶的原子序数愈高，的情况下，阳极靶的原子序数愈高，X X射线的量愈大。射线的量愈大。 从图中可见，曲线的两个端从图中可见，曲线的两个端点都重合。其高能端重合，说点都重合。其高能端重合，说明了明了X X射线谱的最大光子能量射线谱的最大光子能量与管电压有关，而与靶物质无与管电压有关，而与靶物质无关；低能端重合是因为关；低能端重合是因为X X射线射线管固有滤过的限制，低能成份管固有滤过的

40、限制，低能成份被管壁吸收的缘故。被管壁吸收的缘故。第五节第五节 X X射线的量与质射线的量与质三、影响三、影响X X射线质的因素射线质的因素 一般来讲，一般来讲，X X射射线的质仅取决于线的质仅取决于管电压管电压的大小。的大小。无论何种靶物质，在一定管电压下所产生的连续无论何种靶物质，在一定管电压下所产生的连续X X射线谱的最短波长和最长波长是相同的。峰值辐射射线谱的最短波长和最长波长是相同的。峰值辐射强度发生在相同能量光子处。光子的最大能量完全强度发生在相同能量光子处。光子的最大能量完全由管电压控制。由管电压控制。第六节第六节 X X射线的产生效率射线的产生效率一、产生效率的定义：一、产生效

41、率的定义：X X线管中产生的线管中产生的X X线能与加速电子所消耗电能的比值。线能与加速电子所消耗电能的比值。kZUiUkIiZU2二、影响因素二、影响因素X X线的产生效率与线的产生效率与管电压管电压和靶物质的和靶物质的原子序数原子序数成正比。成正比。199104 .1101 .1Vk k为常数，约等于为常数，约等于第六节第六节 X X射线的产生效率射线的产生效率加速电压加速电压占总能量的百分数占总能量的百分数X X线能（）线能（）热能（）热能（）4040kVkV0.40.499.699.67070kVkV0.60.699.499.4100100kVkV0.80.899.299.215015

42、0kVkV1.31.399.799.74 4MeVMeV363664642020MeVMeV70703030钨靶钨靶X X线管和加速器产生线管和加速器产生X X线的效率线的效率结论：结论：X X线管产生线管产生X X线的效率极低，一般不足线的效率极低，一般不足1 1，而绝大部分，而绝大部分的高速电子能都在阳极变为了热能，使阳极靶面的温度很高。的高速电子能都在阳极变为了热能，使阳极靶面的温度很高。第六节第六节 X X射线的产生效率射线的产生效率【例例】 钨（钨（Z Z=74=74）靶）靶X X线管，当管电压为线管，当管电压为120kV120kV时时X X射线的产生效率是多少？射线的产生效率是多少

43、？%1.110120741025.139kZV解：解：X X线的输入功率为线的输入功率为1000W1000WX X线的辐射功率为线的辐射功率为1111W W转变成的热能功率为转变成的热能功率为9 98989W W第七节第七节 X X射线强度的空间分布射线强度的空间分布 X X射线辐射场的空间分布主要受入射电子的射线辐射场的空间分布主要受入射电子的能量、靶物质（能量、靶物质（原子序数原子序数）及靶厚度（）及靶厚度（薄靶、薄靶、厚靶厚靶）的影响。）的影响。空间分布的定义：空间分布的定义： 从从X X射线管焦点上产生的射线管焦点上产生的X X射线，在空间各个射线，在空间各个方向上的分布是不均匀的，即

44、在不同的方位角上方向上的分布是不均匀的，即在不同的方位角上的辐射强度是不同的。这种不均匀的分布称为的辐射强度是不同的。这种不均匀的分布称为X X射线强度空间分布或称辐射场的角分布。射线强度空间分布或称辐射场的角分布。空间分布的影响因素：空间分布的影响因素：第七节第七节 X X射线强度的空间分布射线强度的空间分布1.1.薄靶周围薄靶周围X X射线强度的空间分布射线强度的空间分布X X射线强度的角度分析射线强度的角度分析第七节第七节 X X射线强度的空间分布射线强度的空间分布1.1.薄靶周围薄靶周围X X射线强度的空间分布射线强度的空间分布薄靶周围薄靶周围X X射线强度的角分布射线强度的角分布图示一薄靶在不同管电压下产图示一薄靶在不同管电压下产生的生的X X射线强度在靶周围分布的射线强度在靶周围分布的变化情况。工作电压在变化情况。工作电压在100kV100kV左右时，左右时，X X线在各方向上强度基线在各方向上强度基本相等。当管电压升高时，本相等。当管电压升高时，X X线线最大强度方向逐渐趋向电子束最大强度方向逐渐趋向电子束的入射方向