X线的性质与物质相互作用

1、X线性质与物质相互作用1X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2X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。 3X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

2、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

3、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。4X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

4、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。5X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

5、，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。6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

6、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）7X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。8X线与物质相互作用

7、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。9X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

8、、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。10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

9、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。11X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，其他组织的有效原子相差甚微