放射医学技术士全国卫生专业技术资格考试课件

——医学影像学院张益兰放射医学技术（士）全国卫生专业技术资格考试2025/2/2313:37总论2第三章X线物理与防护

第一节X线的产生三、X线物理与防护1．X线的产生(1)X线的发现(2)X线的产生(3)连续X线与特征X线(4)影响X线产生的因素(5)X线强度的空间分布熟练掌握熟练掌握熟练掌握

2．X线的本质及与物质的相互作用(1)X线的本质与特性(2)X线与物质的相互作用(3各种效应产生的相对概率熟练掌握熟练掌握熟练掌握

3．X线强度、X线质与X线量(1)X线的波长与管电压(2)X线强度(3)X线质(4)X线量熟练掌握熟练掌握熟练掌握

4．X线的吸收与衰减(1)距离的衰减(2)物质吸收的衰减(3)连续X线在物质中的衰减特点(4)衰减系数、影响衰减因素(5)人体对X线的衰减熟练掌握熟练掌握熟练掌握放射医学技术主管技师、技师、技士考试大纲一、X线的发现

1895年11月8日晚，德国著名物理学家伦琴(WihlemConradRontgen)在研究阴极射线管气体放电时，发现放在管子旁边用黑纸包着未曾曝光的胶片经显影等处理后感光了。同时还发现产生阴极射线时，附近涂有铂氰化钡的荧光板能发出肉眼可见的荧光。更奇怪的是将手置于阴极射线管与铂氰化钡板之间时，在荧光板上显示出手的轮廓及手的骨骼影像。一、X线的发现1895年12月22日伦琴拍下了全人类第一张X光片。1901年2月10日伦琴因此成为诺贝尔奖金第一位物理学奖金的获得者。1905年国际放射学会大会把X线命名为伦琴射线。二、X线的产生阳极阴极e-真空状态（一）产生X线的必备条件1、电子源。2、高速电子流。3、适当的障碍物（靶面），接受高速运动电子撞击，将高速运动的电子所带的动能转变为X线能。（二）X线的产生原理X线的产生是高速电子与靶物质相互作用的结果。在真空条件下高千伏的电场产生的高速电子流与靶物质的原子核和内层轨道电子作用，分别产生了连续X线和特征X线。高速电子的动能变为辐射能、电离能和热能。三种能量的比例随入射电子能量的变化和靶物质性质的差别而不同。（二）X线的产生原理阳极接受高速电子的轰击，击入原子内部的电子必须具有一定的能量传递给轨道电子，使其内层轨道电子发生跃迁产生X线。若击入原子内部的电子所具备的动能不够大，则只能使较外层的轨道电子产生激发状态，放出可见光或紫外线。通过跃迁辐射产生X线。低原子序数的原子内层电子的结合能小，高速电子撞击原子内层电子所产生的X线波长长，即能量小。钨原子序数高，高速电子撞击内层电子所产生的X线的波长短，能量大。所以诊断、治疗机多用钨靶。74W、42MOV.e(电场能)_1/2mv2（动能）

hc/λmin（光子能）

三、连续X线与标识X线（一）连续X线又称为连续放射，也称为轫致辐射，是高速运动的电子与所撞击的靶原子核相互作用时产生。它是相互作用时能量丢失与转换的结果。三、连续X线与标识X线连续X线的产生原因有：1、电子数目多，而受核为库仑场作用不同，丢失能量不一样而造成。如：若管电流1mA时，其每种奔向阳极的电子数有6.25×1015个，透视3mA，而摄片则从几十至一千多mA。这样每秒将有大量的电子撞击靶物质与其撞击时各距离核的远近不同，与核电场的作用也不同。因而损失的能量也不同。个别的一次即消耗尽，而大部分则损失部分能量放出低能X线光子。2、每个高速电子在耗尽能量之前可能要与靶原子经过多次碰撞，每次碰撞能量损失不同，放出的光子能量也不同。3、电子原始能量也不同。这些在X线管中随管电压能量周期变化的电子群与核电场相互作用有各种不同的受阻情况，这就造成了连续放射波长分布的广泛性。呈现一束混合线。三、连续X线与标识X线连续X线光子的能量取决于：1、电子接近核的情况；2、电子的能量；3、核电荷。三、连续X线与标识X线连续X线的波长三、连续X线与标识X线（二）标识X线又称为标识放射，也称为特征放射，是高速运动的电子与靶原子的内层轨道电子相互作用时产生的。高速电子击脱靶原子的轨道电子，造成了内层轨道电子的空位。因为要保持内层轨道电子的满员，此时外层电子跃迁补充内层的空位时，将多余能量以光子形式释放出来。K层电子被击脱，产生的是K系特性放射，L层……依次类推。虽然，特征放射的X线能量不同，但其波长总是属于该原子的特性，即这种X线的波长是由跃迁的电子能差所决定的，它与高速电子的能量（管电压）无直接关系，主要决定于靶物质的原子序数，Z愈高，产生的特性放射的波长愈短。三、连续X线与标识X线不论产生电子空位的原因如何，也不论造成电子空位的冲击电子能量大小，只要造成空位，产生特征放射都是一定的，但是此电子能量必须大于或等于该电子的结合能。只有当管电压大于或等于K系激发电压时，才能产生K系放射，且随管电压增高，强度增大，管电流愈大，击脱内层电子的几率多，产生的K系放射也多。70KV以下——不产生K系放射；80KV-150KV——K系放射占10-25%；150KV以上——K系放射渐减。L、M、N系放射能量小，波长长均被管壁等吸收。在X线管内，高速运动的电子撞击阳极靶面时，所产生的X线谱是由连续X线和标识X线叠加而成。标识X线仅占很小的部分，因而在实际工作中并不重要。四、影响X线产生的因素（一）X线产生的效率不足1%（二）影响X线产生的因素1、阳极靶物质的影响连续X线的强度与靶物质的原子序数成正比。在管电压和管电流相同的情况下，靶物质的原子序数越高，则X线强度越大。标识X线完全由靶物质的原子结构特性所决定，X线管阳极靶物质的原子序数越高，轨道电子结合能越大，标识X线的能量也越大。（二）影响X线产生的因素2、管电压的影响X线束中最大光子能量为阴极奔向阳极高速运动电子的最大能量，而这个最大能量又决定于管电压的峰值。所以改变管电压，即改变了最大光子的能量，整个X线谱的形式必将随之发生相应的变化。（二）影响X线产生的因素3、管电流的影响在一定的管电压下，X线强度决定于管电流。实际上，X线强度与管电流成正比。（二）影响X线产生的因素4、高压波形的影响X线最短波长只决定于管电压的峰值，而与其它因素无关。但对于X线的辐射强度极限来说，脉冲电压比峰值时恒定电压低。在峰值电压相同的情况下，6脉冲和12脉冲所产生的X线不但比半波和全波整流所产生的X线硬线成分多，而且在管电流相同的情况下，其X线辐射强度也比较高。这是因为半波和全波整流的X线管工作的大部分时间的电压都比峰值时恒定电压低，而6脉冲和12脉冲的电压更接近峰值时的恒定电压。五、X线强度的空间分布

（一）照射野内的线量分布X线产生后在各个方向上的分布是不均匀的，它的分布与X线管靶物质的种类、厚度、靶面倾斜角度等均有一定的关系。当靶面倾斜角为20度时，在通过X线管长轴且垂直于有效焦点平面内测定，近阳极端的X线强度小，近阴极端的X线强度大，最大值在110度处，分布是非对称性的；在通过X线管短轴且垂直有效焦点平面内测定，最大值在90度处，分布基本是对称的。五、X线强度的空间分布

（二）焦点面上的线量分布1.矩形分布：实际焦点与焦点本身尺寸相同。2.双峰分布：即焦点宽边X线量分布中间少，两边多。3.单峰分布（高斯分布）：沿焦点长边用密度计扫描，得到两端密度低，中间密度高的单峰分布图形，由实验得知，单峰线量分布的焦点面上成像性能好。4.多峰分布：不正常的强度分布，成像质量最差。第二节X线的本质及其与物质的相互作用

一、X线的本质与特性（一）X线的本质X线的本质是电磁波的一种，电磁波系列中频率由高到低的顺序是γ线、X线、紫外线、可见光、红外线。与其它光线一样，具有二象性——微粒性和波动性。1、X线的微粒性：荧光现象说明X线具有微粒性。2、X线的波动性：X线具有波动特有的现象——波的干涉和衍射等，X线是以波动方式传播的，是一种横波。电磁波谱10-1410-1210-1010-810-610-410-21001021041022102010181016101410121010108106104波长/m频率/Hz宇宙线Γ射线χ射线紫外可见光红外微波无线电（二）X线的特性1.物理特性（1）1.不可见（2）非带电（3）穿透作用（4）荧光作用（5）电离作用（6）热作用2.化学特性（1）感光作用（2）着色作用3.生物效应穿透作用指X线穿透物质的能力，穿透性与X线能量、被穿透物质的原子性质、结构有关。波长短的X线光子能量大、穿透能力强，另外还与被照物体的密度有关。人体组织密度最大的是骨骼，其次是皮肤、肌肉、脂肪，肺等含气体的组织吸收最少穿透作用X线对物质的穿透和物质对X线的吸收是同一过程的两种说法。人体组织对X线的吸收不同，是X线检查的基础。穿透作用这是X线所具有的最大特点，波长越短，对物质的穿透力就越强，利用此特点可进行透视和摄片，来观察肢体内部的结构。荧光作用荧光当X线照射某些物质(如磷、钨酸钙、碘化铯等)时，由于电离或激发使原子处于激发状态，回到基态的过程中，由轨道电子的能级跃迁而辐射出可见光或紫外线光谱，由此产生的光，称荧光。荧光作用能使物质发生荧光的作用。荧光物质能发出荧光的物质。荧光作用荧光作用能使波长短的X线变为波长长的可见光，荧光的强弱取决于X线的强弱。透视用的荧光屏、摄影用的增感屏、影像增强器等都利用了这一特性制成的。电离作用电离作用电离物体受X线照射时，核外电子脱离原子轨道，使原子变为离子的过程，即～电离作用X线使物质的原子变为离子的作用，即～电离作用所产生的离子量与X线量成正比，自动曝光控制系统的电离室、正比计数管、X线放射治疗等利用了该特性，但也可诱发复杂的生物效应。电离作用X线照射气体时，能使气体产生电离，测量气体电离的离子所带的电量，可测定出X线的强度（X线量）热电作用物质吸收X线后变热，对热电偶产生电动势，用此作用可测定X线量。感光作用X线照射到胶片上，使胶片药膜中的溴化银发生光化学反应，出现银粒子微粒而产生潜影，即～在一定条件下，感光胶片上的潜影与X线的照射量成比例增加。广泛应用于人体X线摄影，工业无损探伤等技术中。

X线摄影就是利用的这一性质。着色作用（脱水作用）经X线长期照射后，使某些物质(如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等)的结晶体脱水而改变颜色。生物效应指X线对生物组织细胞特别是增殖性强的细胞，经一定剂量X线的照射会产生抑制、损伤甚至杀死，即X线的生物效应，生物效应既有利又有弊。生物效应是放疗的基础。生物效应随机效应指X线损伤的严重程度与剂量的大小无关的效应，不存在剂量的阈值，只是发生的几率极其微小，主要表现形式是致癌和遗传效应。非随机效应指X线损伤的严重程度与剂量的大小有关的效应，可能存在剂量的阈值，如过量或累积性照射，可使生物组织引起某些抑制、损伤甚至坏死。二、X线与物质的相互作用

（一）光电效应1、定义：光电效应X线光子与原子内层轨道电子碰撞时，将全部能量传递给电子，获得能量的电子摆脱原子核的吸引成为自由电子（光电子），而X线光子本身消失（被原子吸收），这种作用过程称为光电吸收，也称为光电效应。多发生于低能量的光子和原子序数较高的物质作用时。二、X线与物质的相互作用

（一）光电效应

2、光电效应的产生条件及发生概率

入射光子的能量与轨道电子结合能稍大于或相等时才容易发生。发生概率与光子能量三次方成反比。发生概率与原子序数的四次方成正比。即多发生于低能量的光子和原子序数较高的物质作用时。二、X线与物质的相互作用

（一）光电效应

3.光电吸收临床应用

因为光电吸收发生的几率与光子能量的三次方成反比，利用这一特性，在实际工作中，常采用高kV摄影技术，以减小光电吸收的发生几率，从而保护被检者。1.定义：X线光子击脱原子外层轨道上的电子，传递部分能量给自由电子，自身改变运动方向和频率，变成散射光子。这个过程称为康普顿效应。2.康普顿效应的发生概率与物质的原子序数成正比，与入射光子的能量成反比。（能量传递为两：自由电子，自身散射）。多发生于X线能量较高时。

（二）康普顿效应2、康普顿-吴有训吸收危害：康-吴吸收产生的散射线，向四周传播，摄影中向正前方到达胶片的量偏多，两侧方向偏少。到达前方散射线使胶片产生灰雾，到达侧面的散射线，对工作人员身体造成损害。X线光子经过物质原子核外电场时，产生正负电子的作用方式。（能量传递为两：正负电子静止质量，正负电子动能）。具有很高能量的X线与物质作用时方可发生，一般医用X线不足以引起。

（三）电子对效应X线光子与物质相互作用而发生干涉的散射过程。包括瑞利散射、核的弹性散射和德布罗克散射。瑞利散射为主，仅传播方向发生改变。唯一不产生电离的过程。相干散射的发生概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。发生的概率不足全部作用的5%。（四）相干散射X线光子与物质原子核作用而发生的核反应。（五）光核反应第三节X线强度、X线质与X线量

所谓X线强度是指垂直于X线传播方向的单位面积上单位时间所通过的光子数目和能量的总和。在实际应用中，常用X线的质和量来表示X线强度。（一）X线的质X线的光谱（波长）范围大约在10-9-10-14m之间，医用X线管通常用25KV-150KV条件下产生的波长约10-9-10-11m。设定的管电压越高，阴极发射出来的电子流速度越快，从而产生的X线频率越高，波长越短。这时X线光子能量就大，穿透力就强。反之，波长变长，穿透力变弱。这一穿透力大小称作X线的质，即X线的硬度。因为X线的波长是由KV来调节设定的，所以KV间接地体现X线质的软和硬。人为调整管电压可改变X线的质，而在X线管输出的路径上应用恰当的滤过板，将长波滤去，使输出总强度中较短的高能X线占有更多的比例。（一）X线的质X线的质另一种表示方法是用半价层（mm单位）

，半价层—使入射X线强度减少一半时某种均匀物质的厚度。对同样质的X线即波长一样，不同物质的半价层不一样。对同一物质而言，半价