第三章 X线的产生

本质第三章

X射线的产生高频电磁波（1016~1020Hz）波动性（λ，f，T）干涉、衍射、偏振粒子性（m，p，E）光子、光电效应、荧光、电离作用波粒二象性特性物理特性化学特性生物特性1、在均匀、各向的介质中直线传播2、不带电3、穿透本领强4、荧光作用5、电离作用6、热作用1、感光作用2、着色作用可使细胞产生抑制、损伤、坏死。生物作用---X射线物理特性穿透作用－－－是X线透视、摄影基础X线具有强穿透性作用，其穿透能力和光子能量有关，还和物质结构性质有关。Z吸收穿透穿透作用－－同时也是选择X线防护材料基础生物作用---X射线物理特性电离作用－－－是X线损伤、治疗基础X线能导致物质原子或分子电离X线气体电荷电离产生测量剂量计电离作用－－－也是测量X线量基础生物作用---X射线物理特性荧光作用－－－荧光屏、增感屏基础X线能导致物质原子激发，在原子跃回基态时候发出可见荧光。光致发光！生物作用---X射线光化学作用光化学作用－－－用于摄影检查生物效应生物效应－－－放射治疗基础，同时也是放射人员防护原因。能使胶片感光！能使生物细胞产生生理和病理变化！生物作用一、X线产生的条件高速电子流阳极靶高压电场真空

X射线的产生(1).X-射线管(2).低压源(5~10v)(3).高压源(104~105v)

二.装置

X射线的产生核心部分X射线的产生装置：X射线管低压电源E1高压电源E2X射线产生X射线机的示意图X射线管毫安计E2高压电源E1低压电源AK

X射线是在高度真空的X射线管中产生的，是高速电子与阳极靶面相互作用的结果球管阳极－－阻止高速电子流阴极－－产生电子旋转阳极固定阳极钨丝球管阳极固定球管阳极固定球管 由阳极、阴极和玻璃壳组成。（一）阳极： 由靶面、铜体、阳极罩、阳极柱组成。

作用：产生X线、散热、吸收二次电子和散射线。（二）阴极： 由灯丝和集射罩组成。

作用：发射电子和对电子聚焦。（三）玻璃壳：

作用：支撑阴阳两级和保持管内真空度。低压电源和高压电源低压电源：主要供给钨丝，产生电子流高压电流：主要在阴阳两极间产生高压，加速电子流三、X线的产生机制X线谱由两部分组成1、连续X线谱2、特征X线谱

X射线的产生1、连续X射线的产生原理

韧致辐射高速电子进入到原子核附近的强电场区域（路程伴随库仑力的变化过程），电子的速度大小和方向必然变化，以电磁波的形式向外辐射能量，即损失的能量直接转化成X线。由于电子与靶原子核的相对位置是任意的，电子进入靶的初动能经过多少次碰撞辐射而完全丧失也不确定，故辐射出的X线波长连续分布。连续X线谱1、连续X射线的产生原理X线的最短波长λminλminλminλmin1、连续X射线的产生原理影响因素a、与靶原子序数成正比b、与管电流大小成正比c、与管电压2次方成正比1、连续X射线的产生原理例1:求管电压为100KV时X线的最短波长和最大光子能量。

解2、特征X射线的产生原理nuclearkLMExcitinginterelectronHighspeedelectron2、特征X射线的产生原理（1）特征X线的产生过程高速电子进入靶物质后，其动能被靶原子内壳层电子获得，一部分用来脱离原子核束缚作功（逸出功）；另一部分变成逸出后电子的动能。当电子逸出后，原子内壳层就出现了空位，外壳层电子将向内壳层填充，辐射的电磁波（X线）由两能级差确定E2-E1=hf212、特征X射线的产生原理（2）特征的激发电压

靶原子的轨道电子在原子中有确定的结合能W。当炸弹电子的动能大于内层电子结合能时，才可能使电子逸出造成空位，产生X射线。炸弹电子的动能大小完全由管电压确定U=W/e为最低激发电压。Uk

>UL>UM>UNX光子辐射以K系为主。2、特征X射线的产生原理（3）影响特征X射线的因素i为管电流；U为管电压；Uk为K系激发电压；K2和n均为常数，n约等于1.5~1.7需要指出:特征X线只占很少一部分医用X线主要使用连续辐射部分物质结构的光谱分析用特征辐射特征谱线位置(频率大小)只与物质结构有关。特征谱线的强度（K系）四、X射线的量与质X线量和质的定义

X射线的强度

单位时间内通过与射线方向垂直的单位面积的X射线能量，叫作X线的强度。使X射线强度增加的方法：1）增加管电流：使单位时间内轰击阳靶的高速电子数目增多2）增加管电压：使每个光子的能量增大X线量X线的量：指X射线束的光子数。通常以X线管的管电流与X线照射时间乘积，即毫安秒来表示X线的量。X线质（硬度）X射线的质（硬度）是指它的贯穿本领，决定于波长。波长愈短的X射线，光子的能量愈大，贯穿本领愈强，它的硬度就愈大，常用于深部治疗。X射线的硬度由管电压控制，管电压愈高，轰击阳极的电子动能就愈大，发射光子的能量也愈大，X射线愈硬。因此，在医学上通常用管电压来衡量X射线的硬度。

X射线按硬度分类名

称管电压(kV)最短波长(nm)主要用途极软X射线软X射线硬X射线极硬X射线5～2020～100250以上0.25～0.0620.062～0.0120.005以下软组织摄影，表皮治疗透视和摄影较深组织治疗深部组织治疗100～2500.012～0.005四、X射线的量与质1、影响X线量的因素IU2iZt（1）靶原子Z（2）管电流（3）管电压（4）投照时间2、影响X线质的因素影响X光子频率的因素取决于管电压的大小种类管电压(kV)最短波长(Å)最大频率(MHz)应用极软线软线硬线极硬线5~2020~100100~250250以上2.5~0.620.62~0.120.12~0.05小于0.05(1.2~4.8)1012(4.8~25)1012(25~60)1012

大于601012软组织摄影及表皮治疗透视与照相深部组织治疗四、X射线的量与质五、X线的产生效率

在X线管中产生X线能量与加速电子所消耗电能的比值叫X线的产生效率

用连续X线的总强度表示X线的辐射功率(极少的特征X线可忽略)

加速电压产生的总功率(大部分转换成热能)

为管电流与管电压的乘积

X线管产生X线的效率一般不足1%,绝大部分生成热而使靶面大幅升温。例2：求钨(Z=74)靶在管电压为100kV时X线的产生效率。加速电压X线能(%)热能(%)40kV70kV100kV150kV4MV20MV0.40.60.81.3367099.699.499.298.76430钨靶在不同电压值的效率解：X线的产生效率六、X射线强度的空间分布薄靶六、X射线强度的空间分布厚靶足跟效应：沿垂向