X线的性质与物质相互作用专家讲座

X线的性质与物质相互作用专家讲座第1页X线性质与物质相互作用邢台市人民医院孔德博X线的性质与物质相互作用专家讲座第2页X线性质与物质相互作用X线性质X线特征X线与物质相互作用X线的性质与物质相互作用专家讲座第3页X线性质X线本质X线是电磁辐射谱中一部分，属于电离辐射，波长介于紫外线和γ射线之间。其本质和可见光、紫外线灯完全一样，就是电磁波，不一样是X线频率高，波长短。所以X线同可见光一样，也含有波粒二象性。1、波动性（大量）属于横波，含有衍射、偏振、反射、折射等现象。2、微粒性（少许）光电效应、荧光作用、电离作用。

X线的性质与物质相互作用专家讲座第4页X线特征1、物理特征①X线在真空中，是直线传输不可见电磁波。②X线不带电，不受外电磁场干扰。③穿透本事：X线频率高，波长短，物质吸收较弱，所以有很强贯通本事。④荧光作用：一些物质被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。⑤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线电离作用主要是次级电子电离作用。⑥热作用：X线被物质吸收，最终绝大部分转变为热能。2、化学特征①感光作用：和可见光一样，含有光化学作用。比如使胶片乳剂感光。②着色作用：一些物质经X线长久大剂量照射后，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：①确定性效应：射线照射人体全部或局部组织，若能杀死相当数量细胞而这些细胞又不能由活细胞增殖来补充，则这种照射可引发人类确实定性效应。②随机性效应：该效应被认为无剂量阈值，有害效应严重程度与受照计量大小无关。X线的性质与物质相互作用专家讲座第5页X线与物质相互作用1、光电效应：X线光子与组成原子内壳层轨道电子碰撞时，将其全部能量传递给原子壳层电子，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：入射光子能量与轨道电子结合能必须靠近相等（稍大于）才轻易产生光电效应。光电发生几率大约和光子能量三次方成反比，与原子序数四次方成正比。这就说明：不一样密度物质能产生显著对比影像，密度改变可显著影响摄影条件,要依据不一样密度物质选择适当射线能量。意义：增加X线对比度，病人接收剂量大，为降低对病人照射，采用高能量射线。X线的性质与物质相互作用专家讲座第6页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，并改变原来传输方向，变成散射光子，电子从光子处取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夹角称为散射角，即偏转角度，反冲电子运动方向和入射光子传输方向夹角称为反冲角。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：与物质原子序数成正比，与入射光子能量（hυ）成反比(光子能量比电子结合能大很多)，即与入射光子波长成正比。影响：抵达前方散射线增加胶片灰雾度，影响图像质量，抵达侧面散射线给防护带来困难。X线的性质与物质相互作用专家讲座第7页散射线散射线：因为焦点外X线或X线穿过被照体及其它物体产生与原发X线同向、反向或侧向，且比原发X线波长长X线为散射线。散射线含有率：散射线在作用于胶片上全部射线量中所占比率，称为散射线含有率。散射线含有率影响原因：

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。对照片影像影响比管电压影响大得多。3、照射野：照射野是产生散射线主要原因，照射野增大时，散射线含有率大幅度上升。（100-200cm2，600-700cm2）X线的性质与物质相互作用专家讲座第8页X线与物质相互作用3、电子对效应：一个含有足够能量光子，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：与物质原子序数平方成正比，与单位体积内原子个数成正比，也近似与光子能量对数成正比。可见，该作用过程对高能光子和高原子序数物质来说才是主要。X线的性质与物质相互作用专家讲座第9页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散射过程称为相干散射。包含瑞利散射、核弹性散射、德布罗克散射，以第一个为主。相干散射是光子与物质相互作用中唯一不产生电离过程。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，传输方向发生改变散射光子。这种只改变传输方向，而光子能量不变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，并随光子能量增大而急剧地降低。X线的性质与物质相互作用专家讲座第10页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中子、质子和γ光子过程。

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。在诊疗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。X线的性质与物质相互作用专家讲座第11页各种效应发生相对几率在20-100keV诊疗X线能量范围内，只有光电效应和康普顿效应是主要；相干散所占百分比很小，并不主要。假如忽略相干散射，那么X线诊疗中就只有光电效应、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物质，碘和钡是诊疗放射学中碰到高原子序数物质。随原子能量（hυ）增大，光电效应几率下降。对低Z物质水呈快速下降趋势，对高Z物质碘化钠呈迟缓下降趋势，对中等Z物质骨介于二者之间。对20keV低能X线，各种物质均以光电效应为主。对引入人体内造影剂，在整个诊疗X线能量范围内，光电效应一直占绝对优势。掌握不一样能量X线对不一样Z物质作用类型和几率，对提升X线影像质量，降低受用剂量和优选屏蔽防护材料都有主要意义。X线的性质与物质相互作用专家讲座第12页X线吸收与衰减X线衰减1、距离衰减：距离衰减遵照射线强度衰减平方反比法则。距离增加一倍，射线强度将衰减为原来1/4。2、物质吸收衰减：射线经过物质时，因为射线光子与物质作用，致使入射方向上射线强度衰减。X线强度在物质中衰减规律是X线透视、摄影、造影及各种特殊检验、CT和放疗基本依据。3、连续X线在物质中衰减特点：强度变小、硬度变高、能谱变窄。实际应用中能够改变X线管窗口滤过厚度来调整X线束线质。4、衰减系数、能量转移系数、能量吸收系数概念。影响衰减原因1、射线性质对衰减影响：射线能量越高，衰减越少。2、物质原子序数对衰减影响：原子序数越高，吸收x线愈多。3、物质密度对衰减影响：X线衰减与物质密度成正比关系。人体除骨骼外，其它组织有效原子相差甚微，但因为密度不一样，