第3章X射線的產(chǎn)生

1、放射物理放射物理與防護與防護第一節(jié)第一節(jié) X X射線的發(fā)現(xiàn)及用途射線的發(fā)現(xiàn)及用途第二節(jié)第二節(jié) X X射線的本質(zhì)與特性射線的本質(zhì)與特性第三節(jié)第三節(jié) X X射線的產(chǎn)生條件及裝置射線的產(chǎn)生條件及裝置第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理第五節(jié)第五節(jié) X X射射線的量與質(zhì)線的量與質(zhì)第六節(jié)第六節(jié) X X射線的產(chǎn)生效率射線的產(chǎn)生效率第七節(jié)第七節(jié) X X射射線輻射場的空間分布線輻射場的空間分布第三章第三章 X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生第一節(jié)第一節(jié) X X射線的發(fā)現(xiàn)及用途射線的發(fā)現(xiàn)及用途一、一、X X射線的發(fā)現(xiàn)過程射線的發(fā)現(xiàn)過程18951895年年1111月月8 8日，德國理日，德國理學(xué)家威廉學(xué)家威廉

2、康拉德康拉德倫琴在倫琴在德國沃茲堡大學(xué)實驗室用克德國沃茲堡大學(xué)實驗室用克魯克斯管研究高真空下放電魯克斯管研究高真空下放電現(xiàn)象時，意外發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象時，意外發(fā)現(xiàn)X X射線。射線。威廉威廉康拉德康拉德倫琴倫琴 第一節(jié)第一節(jié) X X射線的發(fā)現(xiàn)及用途射線的發(fā)現(xiàn)及用途一、一、X X射線的發(fā)現(xiàn)過程射線的發(fā)現(xiàn)過程 19011901年年, ,倫琴榮獲了當年倫琴榮獲了當年度首屆諾貝爾物理學(xué)獎。度首屆諾貝爾物理學(xué)獎。德國沃茲堡大學(xué)物理研究所（上圖）德國沃茲堡大學(xué)物理研究所（上圖）倫琴發(fā)現(xiàn)倫琴發(fā)現(xiàn)X X線的實驗室（左圖）線的實驗室（左圖）第一節(jié)第一節(jié) X X射線的發(fā)現(xiàn)及用途射線的發(fā)現(xiàn)及用途11913.1191218961

3、895191419061978X X射線發(fā)展簡史射線發(fā)展簡史20世紀世紀50年代年代X X射線是射線是1919世紀末世紀末2020世紀初物理學(xué)的三世紀初物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)（大發(fā)現(xiàn)（X X射線射線18951895年、放射線年、放射線18961896年年、電子、電子18971897年）之一，這一發(fā)現(xiàn)標志著年）之一，這一發(fā)現(xiàn)標志著現(xiàn)代物理學(xué)的產(chǎn)生現(xiàn)代物理學(xué)的產(chǎn)生英國物理學(xué)家巴克英國物理學(xué)家巴克拉發(fā)現(xiàn)拉發(fā)現(xiàn)X X射線的偏射線的偏振現(xiàn)象振現(xiàn)象老布拉格于老布拉格于19131913年年1 1月設(shè)計出第月設(shè)計出第一臺一臺X X射線射線光譜儀光譜儀, ,并并利用這臺儀利用這臺儀器，發(fā)現(xiàn)了器，發(fā)現(xiàn)了特征特征X X射

4、線。射線。英國物理學(xué)家莫英國物理學(xué)家莫塞萊發(fā)現(xiàn)塞萊發(fā)現(xiàn)X X射線譜射線譜瑞典物理學(xué)家凱瑞典物理學(xué)家凱. .西格班開創(chuàng)西格班開創(chuàng)了了X X射線光電子能譜學(xué)射線光電子能譜學(xué)XPS XPS ，為探測物質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了非，為探測物質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了非常精確的方法常精確的方法賈科尼領(lǐng)導(dǎo)研制賈科尼領(lǐng)導(dǎo)研制世界上第一個宇宙世界上第一個宇宙X X射線探測器發(fā)射，射線探測器發(fā)射，“發(fā)現(xiàn)宇宙發(fā)現(xiàn)宇宙X X射線射線源源”方面取得的成就導(dǎo)致了方面取得的成就導(dǎo)致了X X射線天射線天文學(xué)的誕生，在光學(xué)波段之外又開文學(xué)的誕生，在光學(xué)波段之外又開辟了一個認識宇宙的窗口，使人們辟了一個認識宇宙的窗口，使人們看到了一個布滿看到了一個布滿X

5、 X射線源的天空射線源的天空 18961896年年2 2月，蘇格蘭醫(yī)生約月，蘇格蘭醫(yī)生約翰翰麥金泰在格拉斯哥皇家醫(yī)麥金泰在格拉斯哥皇家醫(yī)院設(shè)立了世界上第一個放射科。院設(shè)立了世界上第一個放射科。第一節(jié)第一節(jié) X X射線的發(fā)現(xiàn)及用途射線的發(fā)現(xiàn)及用途二、二、X X射線的用途射線的用途2.2.工業(yè)領(lǐng)域工業(yè)領(lǐng)域晶體結(jié)構(gòu)分析晶體結(jié)構(gòu)分析工業(yè)探傷工業(yè)探傷貨運集裝箱貨運集裝箱透視檢查透視檢查科學(xué)研究科學(xué)研究半導(dǎo)體、機械加工半導(dǎo)體、機械加工核醫(yī)學(xué)成像核醫(yī)學(xué)成像XCTXCT磁共振成像磁共振成像熱圖像熱圖像介入性放射學(xué)介入性放射學(xué)內(nèi)鏡技術(shù)內(nèi)鏡技術(shù)1.1.醫(yī)學(xué)（影像學(xué)）領(lǐng)域醫(yī)學(xué)（影像學(xué)）領(lǐng)域第二節(jié)第二節(jié) X X射線的

6、本質(zhì)與特性射線的本質(zhì)與特性一、一、X X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì) X X射線的本質(zhì)屬于電離輻射。頻率為射線的本質(zhì)屬于電離輻射。頻率為 波長為波長為HzHz2016103103nmnm31010第二節(jié)第二節(jié) X X射線的本質(zhì)與特性射線的本質(zhì)與特性X-radiationMicrowavesg g-radiationUVIRRadio waves10-6 10-3 1 103 106 109 1012Wavelength(nm)可見光可見光微波微波無線電波無線電波 從無線電波、紅外線、可見光、紫外線、從無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、倫琴射線、 射線，構(gòu)成了范圍非常廣闊的射線，構(gòu)成了范圍非常

7、廣闊的電磁波譜，最長的波長是最短的波長的電磁波譜，最長的波長是最短的波長的10102121倍以上倍以上從無線電波到從無線電波到 射線，都是本質(zhì)射線，都是本質(zhì)上相同的電磁波，它們的行為上相同的電磁波，它們的行為服從共同的規(guī)律。不同的電磁服從共同的規(guī)律。不同的電磁波，產(chǎn)生的機理不同；波，產(chǎn)生的機理不同；不同的電磁波，因頻率不同，不同的電磁波，因頻率不同，表現(xiàn)出不同的特性表現(xiàn)出不同的特性 在電磁波譜中，在電磁波譜中，X X射射線的波長范圍約為線的波長范圍約為 0.005 nm 0.005 nm 到到 10 10 nmnm，相當于可見光，相當于可見光波長的波長的 1010萬分之一萬分之一 到到 50

8、50 分之一分之一 。第二節(jié)第二節(jié) X X射線的本質(zhì)與特性射線的本質(zhì)與特性一、一、X X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì) X X射線具有電磁波的共性：波動性和粒子性射線具有電磁波的共性：波動性和粒子性（一）（一）X X射線具有波動性射線具有波動性 X X射線與可見光一樣，具有衍射、射線與可見光一樣，具有衍射、偏振、反射、折射等現(xiàn)象，說明偏振、反射、折射等現(xiàn)象，說明X X射線具有波動性。射線具有波動性。X X線波動性主要線波動性主要表現(xiàn)在以一定的波長和頻率在空表現(xiàn)在以一定的波長和頻率在空間傳播。它是一種橫波，其傳播間傳播。它是一種橫波，其傳播速度在真空中與光速相同。速度在真空中與光速相同。 max2200P

9、Cmax2200PC型型X X射線衍射儀射線衍射儀第二節(jié)第二節(jié) X X射線的本質(zhì)與特性射線的本質(zhì)與特性一、一、X X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì) X X線具有電磁波的共性：波動性和粒子性線具有電磁波的共性：波動性和粒子性（二）（二）X X射線具有粒子性射線具有粒子性 X X射線的粒子性能解釋射線的粒子性能解釋X X射線的光電效應(yīng)、熒射線的光電效應(yīng)、熒光作用、電離作用等光作用、電離作用等過程。依據(jù)量子論學(xué)過程。依據(jù)量子論學(xué)說以及相對論的原理說以及相對論的原理則：則： hE hhchmcp 22chcEm 光子能量：光子能量： 光子質(zhì)量：光子質(zhì)量： 光子動量：光子動量： 第二節(jié)第二節(jié) X X射線的本質(zhì)與特

10、性射線的本質(zhì)與特性二、二、X X射線的基本特性射線的基本特性 （一）物理特性（一）物理特性 （三）生物特性（三）生物特性 （二）化學(xué)特性（二）化學(xué)特性 第二節(jié)第二節(jié) X X射線的本質(zhì)與特性射線的本質(zhì)與特性二、二、X X射線的基本特性射線的基本特性 （一）物理特性（一）物理特性 1.X1.X射線不可見，在均勻、各向同性的介質(zhì)中直線傳播射線不可見，在均勻、各向同性的介質(zhì)中直線傳播2.X2.X射線不帶電射線不帶電 經(jīng)過電、磁場時不發(fā)生偏轉(zhuǎn)經(jīng)過電、磁場時不發(fā)生偏轉(zhuǎn)3.X3.X射線穿透性射線穿透性 透視、攝影、透視、攝影、CTCT等檢查手段等檢查手段 按人體組織對按人體組織對X X射線透射性能的不同分為

11、三類：射線透射性能的不同分為三類：易透性組織易透性組織 中等透射物質(zhì)中等透射物質(zhì) 不易透射性組織不易透射性組織易透性組織易透性組織 中等透射物質(zhì)中等透射物質(zhì) 不易透射性組織不易透射性組織氣體氣體 結(jié)締組織結(jié)締組織 骨骼骨骼 肌肉組織肌肉組織 脂肪組織脂肪組織 軟骨軟骨 血液血液第二節(jié)第二節(jié) X X射線的本質(zhì)與特性射線的本質(zhì)與特性二、二、X X射線的基本特性射線的基本特性 （一）物理特性（一）物理特性 4.X4.X射線熒光性射線熒光性 使物質(zhì)發(fā)出熒光使物質(zhì)發(fā)出熒光5.X5.X射線電離作用射線電離作用 放射治療（損傷性）放射治療（損傷性）6.X6.X射線熱作用射線熱作用 使物體升溫（量熱法）使物體

12、升溫（量熱法）7.X7.X射線波動性射線波動性 波長測定、物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析波長測定、物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析v X X射線透視熒光屏射線透視熒光屏v 增感屏增感屏v 影像增強器影像增強器v 閃爍計數(shù)器閃爍計數(shù)器 第二節(jié)第二節(jié) X X射線的本質(zhì)與特性射線的本質(zhì)與特性二、二、X X射線的基本特性射線的基本特性 （三）生物效應(yīng)特性（三）生物效應(yīng)特性 （二）化學(xué)特性（二）化學(xué)特性 1.1.感光作用感光作用 X X射線射線攝影攝影和工業(yè)無損和工業(yè)無損探傷探傷檢查檢查2.2.著色作用著色作用 脫水脫水作用（結(jié)晶體脫水改變顏色）作用（結(jié)晶體脫水改變顏色）X X射線對生物組織、細胞具有損傷的作用，稱為射線對生物組織、細胞具有

13、損傷的作用，稱為X X射線的射線的生物效應(yīng)生物效應(yīng)。X X射線對人體不同組織的損傷程射線對人體不同組織的損傷程度是不同的。度是不同的。第三節(jié)第三節(jié) X X射線的產(chǎn)生條件及裝置射線的產(chǎn)生條件及裝置 韌致輻射韌致輻射remsstrahlungremsstrahlung即讓高速運動的即讓高速運動的電子受障礙物阻電子受障礙物阻止，通過它們的止，通過它們的相互作用產(chǎn)生相互作用產(chǎn)生X X射線射線產(chǎn)生產(chǎn)生X X射線射線的方法的方法 受激輻射受激輻射用受激輻射產(chǎn)用受激輻射產(chǎn)生激光的方法生激光的方法也能產(chǎn)生也能產(chǎn)生X X射射線線 同步輻射同步輻射synchronous synchronous radiation

14、radiation加速著的高能加速著的高能帶電粒子可直帶電粒子可直接輻射接輻射X X射線射線第三節(jié)第三節(jié) X X射線的產(chǎn)生條件及裝置射線的產(chǎn)生條件及裝置一、一、X X射線的產(chǎn)生條件射線的產(chǎn)生條件 在高真空管內(nèi)高速行進成束的電子流撞擊在高真空管內(nèi)高速行進成束的電子流撞擊陽極靶陽極靶( (鎢、鉬等鎢、鉬等) )時與原子核或內(nèi)層電子相時與原子核或內(nèi)層電子相互作用而產(chǎn)生互作用而產(chǎn)生X X射線，即高速電子流和靶物射線，即高速電子流和靶物質(zhì)相互作用的結(jié)果產(chǎn)生質(zhì)相互作用的結(jié)果產(chǎn)生X X線。歸納來講，產(chǎn)線。歸納來講，產(chǎn)生生X X線必須具備三個條件。線必須具備三個條件。第三節(jié)第三節(jié) X X射線的產(chǎn)生條件及裝置射

15、線的產(chǎn)生條件及裝置一、一、X X射線的產(chǎn)生條件射線的產(chǎn)生條件 電子源電子源( (加熱后得到并通過電場的作用力奔向陽極加熱后得到并通過電場的作用力奔向陽極) ) 適當?shù)陌形镔|(zhì)適當?shù)陌形镔|(zhì)( (用高原子序數(shù)、高熔點的鎢制成陽極用高原子序數(shù)、高熔點的鎢制成陽極) ) 高速電子流高速電子流(A(A高電壓產(chǎn)生的強電場高電壓產(chǎn)生的強電場B B真空度高的空間真空度高的空間) )第三節(jié)第三節(jié) X X射線的產(chǎn)生條件及裝置射線的產(chǎn)生條件及裝置二、二、X X射線的發(fā)生裝置射線的發(fā)生裝置 1.X1.X射線機（裝置）定義：電能射線機（裝置）定義：電能 X X射線能射線能2.X2.X射線機分類射線機分類診斷機：診斷機：用

16、于透視、攝影和各種特殊檢查的用于透視、攝影和各種特殊檢查的統(tǒng)稱為診斷統(tǒng)稱為診斷X X射線機（射線機（CTCT、MRIMRI、DSADSA）。）。 治療機：治療機：用于疾病治療的統(tǒng)稱為治療用于疾病治療的統(tǒng)稱為治療X X射射線機線機( (加速器、加速器、Co60Co60治療機治療機) )。 第三節(jié)第三節(jié) X X射線的產(chǎn)生條件及裝置射線的產(chǎn)生條件及裝置二、二、X X射線的發(fā)生裝置射線的發(fā)生裝置 3.X3.X射線機的構(gòu)成：射線機的構(gòu)成：主機主機機械及其輔助設(shè)備機械及其輔助設(shè)備X X線管線管高壓發(fā)生器高壓發(fā)生器控制臺控制臺第三節(jié)第三節(jié) X X射線的產(chǎn)生條件及裝置射線的產(chǎn)生條件及裝置二、二、X X射線的發(fā)

17、生裝置射線的發(fā)生裝置 3.3.玻璃管套玻璃管套：是一個高真空度的空間，：是一個高真空度的空間，主要對陽極和陰極起固定作用。主要對陽極和陰極起固定作用。2.2.陽極（靶）：陽極（靶）：它能使高速電子突然受阻它能使高速電子突然受阻而產(chǎn)生而產(chǎn)生X X射線。射線。1.1.陰極（電子源）陰極（電子源）：其作用是按需要提供：其作用是按需要提供足額數(shù)量的電子，經(jīng)聚焦加速后撞擊陽極足額數(shù)量的電子，經(jīng)聚焦加速后撞擊陽極而產(chǎn)生而產(chǎn)生X X射線。射線。射射線線管管的的組組成成X X第三節(jié)第三節(jié) X X射線的產(chǎn)生條件及裝置射線的產(chǎn)生條件及裝置二、二、X X射線的發(fā)生裝置射線的發(fā)生裝置 高壓電源高壓電源低壓電源低壓電源

18、X射線管射線管X X射線的發(fā)生裝置基本原理電路射線的發(fā)生裝置基本原理電路整流電路整流電路第三節(jié)第三節(jié) X X射線的產(chǎn)生條件及裝置射線的產(chǎn)生條件及裝置+ +VAC105:VDC541010:RX X射線管的工作原理射線管的工作原理高壓電源高壓電源提供管電壓提供管電壓KVKV管電流管電流mAmA低壓電源低壓電源提供管電流提供管電流 說明說明: : 高速運動的電子與高速運動的電子與物體碰撞時，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，物體碰撞時，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運動受阻失去動能，電子的運動受阻失去動能，其中一小部分（其中一小部分（1 1左右）左右）能量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰哭D(zhuǎn)變?yōu)閄 X射線，而絕大射線，而絕大部分（部分（9999左右）

19、能量轉(zhuǎn)左右）能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。變成熱能使物體溫度升高。二、二、X X射線的發(fā)生裝置射線的發(fā)生裝置 第三節(jié)第三節(jié) X X射線的產(chǎn)生條件及裝置射線的產(chǎn)生條件及裝置依據(jù)依據(jù) 1 1依據(jù)依據(jù) 2 2X X射線管產(chǎn)生射線管產(chǎn)生X X射線的效率射線的效率很低很低-1%-1%，發(fā)熱量很大發(fā)熱量很大-（99%99%）應(yīng)）應(yīng)當選用熔點高當選用熔點高的物質(zhì)的物質(zhì) 光子總能量近光子總能量近似與原子序數(shù)似與原子序數(shù) Z Z 2 2成正比，成正比，所以所以Z Z愈大則愈大則發(fā)生發(fā)生X X射線的射線的效率愈高。效率愈高。熔點高熔點高且且原子序數(shù)大原子序數(shù)大的金屬，的金屬，如鎢、鉬如鎢、鉬陽極靶材料的選擇：陽極

20、靶材料的選擇：二、二、X X射線的發(fā)生裝置射線的發(fā)生裝置 第三節(jié)第三節(jié) X X射線的產(chǎn)生條件及裝置射線的產(chǎn)生條件及裝置陽極靶的降溫措施：陽極靶的降溫措施：旋轉(zhuǎn)陽極旋轉(zhuǎn)陽極轉(zhuǎn)靶轉(zhuǎn)靶用導(dǎo)熱系數(shù)較大材料用導(dǎo)熱系數(shù)較大材料銅銅二、二、X X射線的發(fā)生裝置射線的發(fā)生裝置 第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理一、電子與物質(zhì)的相互作用一、電子與物質(zhì)的相互作用 電子在碰撞過程中的能量損失分為電子在碰撞過程中的能量損失分為碰撞損失碰撞損失和和輻射損失輻射損失。 碰撞損失碰撞損失(collision loss)(collision loss)只涉及原子的只涉及原子的外層電子，這部分能量將全部變?yōu)闊?。?/p>

21、層電子，這部分能量將全部變?yōu)闊帷?輻射損失輻射損失(radiation loss)(radiation loss)涉及內(nèi)層電子涉及內(nèi)層電子和原子核。和原子核。第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理輻射電離熱EEEE1.1.當電子處于較低能量時，能量損失主要是當電子處于較低能量時，能量損失主要是碰撞碰撞損失損失，靶原子外層電子的激發(fā)和電離占相當大的，靶原子外層電子的激發(fā)和電離占相當大的比例（比例（原子序數(shù)較低原子序數(shù)較低時表現(xiàn)尤其明顯）。時表現(xiàn)尤其明顯）。 2.2.當電子處于高能量時，能量損失由碰撞損失逐當電子處于高能量時，能量損失由碰撞損失逐漸轉(zhuǎn)為漸轉(zhuǎn)為輻射損失輻射損失（原子序數(shù)較高

22、原子序數(shù)較高時表現(xiàn)尤其明顯，時表現(xiàn)尤其明顯，比如鎢、鉬）。比如鎢、鉬）。碰撞損失和輻射損失的區(qū)別與聯(lián)系：碰撞損失和輻射損失的區(qū)別與聯(lián)系：一、電子與物質(zhì)的相互作用一、電子與物質(zhì)的相互作用 第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理二、兩種二、兩種X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理 連續(xù)連續(xù)X X射線：射線：X X射線譜特點為射線譜特點為連續(xù)連續(xù)的的特征特征X X射線：射線：X X線射譜特點為線射譜特點為線狀線狀的的X X射線管發(fā)出的射線管發(fā)出的X X線是由線是由連續(xù)連續(xù)X X射線射線和和特征特征X X射射線線（標識（標識X X射線）兩部分組成的混合射線。射線）兩部分組成的混合射線。第四節(jié)第

23、四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理 X X射線譜（射線譜（X-ray spectrumX-ray spectrum） X X射線包含各種不同的波長成份，將其強度按照波射線包含各種不同的波長成份，將其強度按照波長的順序排列開來的圖譜，稱為長的順序排列開來的圖譜，稱為X X射線譜射線譜相對強度相對強度波長波長X X射線譜示意圖射線譜示意圖標識譜標識譜連續(xù)譜連續(xù)譜連續(xù)連續(xù)X X射線射線 連續(xù)譜連續(xù)譜標識標識X X射線射線 標識譜標識譜二、兩種二、兩種X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理 第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理（一）連續(xù)（一）連續(xù)X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理 軔致輻

24、射軔致輻射(bremsstrahlung (bremsstrahlung radiation)radiation)：又稱連續(xù)放射，：又稱連續(xù)放射，是高速電子流撞擊陽極是高速電子流撞擊陽極靶面時，與靶物質(zhì)的原靶面時，與靶物質(zhì)的原子核相互作用而產(chǎn)生的、子核相互作用而產(chǎn)生的、連續(xù)波長的連續(xù)波長的X X射線射線( (連續(xù)連續(xù)X X線線) )的過程。的過程。 1.1.連續(xù)連續(xù)X X射線產(chǎn)生的物理過程射線產(chǎn)生的物理過程第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理（一）連續(xù)（一）連續(xù)X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理 由于每個高速電子與靶原由于每個高速電子與靶原子作用時的相對位置不子作用時的相對位置不同

25、（如左圖），且每個同（如左圖），且每個電子與靶原子作用前具電子與靶原子作用前具有的能量也不同，所以有的能量也不同，所以各次相互作用對應(yīng)的輻各次相互作用對應(yīng)的輻射損失也不同，因而發(fā)射損失也不同，因而發(fā)出的出的X X光子頻率也互不相光子頻率也互不相同。同。第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理（一）連續(xù)（一）連續(xù)X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理 使用鎢靶保持管使用鎢靶保持管電流不變，將管電流不變，將管電壓從電壓從20kV20kV增加增加到到50kV50kV時，測量時，測量各波段的相對強各波段的相對強度而繪成的連續(xù)度而繪成的連續(xù)X X線譜（如右圖）線譜（如右圖）第四節(jié)第四節(jié) X X射線的

26、產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理（一）連續(xù)（一）連續(xù)X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理2.2.連續(xù)連續(xù)X X線的最短波長線的最短波長 minmin：eUchmineUhmaxeUhcminU24.1min式中，式中，U U的單位為的單位為kVkV，minmin的單位為的單位為nmnm?？梢?，連續(xù)可見，連續(xù)X X射線的最短波射線的最短波長只與管電壓有關(guān)。長只與管電壓有關(guān)。第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理（一）連續(xù)（一）連續(xù)X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理3.3.影響連續(xù)影響連續(xù)X X射線的因素：射線的因素：第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理（二）特征（二）特征X X射線的產(chǎn)

27、生原理射線的產(chǎn)生原理 當電子的能量當電子的能量( (加速電壓加速電壓) ) 超過某一臨界值時超過某一臨界值時, ,除有連除有連續(xù)譜外續(xù)譜外, ,還在連續(xù)譜的背景上迭加還在連續(xù)譜的背景上迭加 一些線狀譜。一些線狀譜。對于鎢靶對于鎢靶, ,管電壓在管電壓在70kV70kV以上產(chǎn)生的以上產(chǎn)生的X X射線譜射線譜 X X射線特征譜是巴拉克于射線特征譜是巴拉克于19061906年發(fā)現(xiàn)的。他觀察年發(fā)現(xiàn)的。他觀察到連續(xù)譜上出現(xiàn)一系列分立譜線，并用到連續(xù)譜上出現(xiàn)一系列分立譜線，并用K K、L L、MM字字母標識，因特征譜的發(fā)現(xiàn)使他獲母標識，因特征譜的發(fā)現(xiàn)使他獲19171917年的諾貝爾物理年的諾貝爾物理獎。獎

28、。第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理（二）特征（二）特征X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理1.1.特征特征X X射線產(chǎn)生的物理過程射線產(chǎn)生的物理過程產(chǎn)生線狀光譜產(chǎn)生線狀光譜X X線的過程與線的過程與管電壓無關(guān)，完全由靶材料管電壓無關(guān)，完全由靶材料的性質(zhì)決定，它表征靶物質(zhì)的性質(zhì)決定，它表征靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)特性，而與其它的原子結(jié)構(gòu)特性，而與其它因素無關(guān)。通常把這種輻射因素無關(guān)。通常把這種輻射稱為稱為特征輻射特征輻射，也稱為，也稱為標識標識輻射輻射(characteristic (characteristic radiation)radiation)由此產(chǎn)生的由此產(chǎn)生的X X射射線稱為

29、特征線稱為特征X X射線。射線。第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理（二）特征（二）特征X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理12EEh h為特征為特征X X光子能量光子能量( (即躍遷過程中釋即躍遷過程中釋放的能量放的能量); );E E2 2為躍遷前的能量為躍遷前的能量 ;E;E1 1為躍遷后的為躍遷后的能量。能量。 不同的靶物質(zhì)發(fā)出的不同的靶物質(zhì)發(fā)出的X X射線的波長不同，射線的波長不同，原子序數(shù)越高，產(chǎn)生的原子序數(shù)越高，產(chǎn)生的X X射線波長越短。特征射線波長越短。特征X X射線與射線與X X射線管的管電流無關(guān)。射線管的管電流無關(guān)。 第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原

30、理（二）特征（二）特征X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理vK K系激發(fā)：系激發(fā)：K K層電子被激出的過程層電子被激出的過程vK K系輻射：系輻射：外層電子躍遷到外層電子躍遷到K K層上層上所輻射出的特征所輻射出的特征X X射線。射線。vK K 、K K 譜線：譜線：電子由電子由L LK K，MMK K所引起的所引起的K K系輻射。系輻射。第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理（二）特征（二）特征X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理第四節(jié)第四節(jié) X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理（二）特征（二）特征X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理2.2.特征特征X X射線的激發(fā)電壓射線的激發(fā)電壓靶原子

31、的軌道電子在原子中具有確定的結(jié)合能（靶原子的軌道電子在原子中具有確定的結(jié)合能（WW）只）只有當入射高速電子的動能大于其結(jié)合能時，才有可能被擊有當入射高速電子的動能大于其結(jié)合能時，才有可能被擊脫造成電子空位，產(chǎn)生特征脫造成電子空位，產(chǎn)生特征X X線。入射電子的動能完全由線。入射電子的動能完全由管電壓決定。管電壓決定。管電壓必須滿足下式的關(guān)系管電壓必須滿足下式的關(guān)系WeU給定的靶原子，各線系的最低激發(fā)電給定的靶原子，各線系的最低激發(fā)電壓大小按其相應(yīng)的電子空位所產(chǎn)生的壓大小按其相應(yīng)的電子空位所產(chǎn)生的殼層內(nèi)電子結(jié)合能大小有以下關(guān)系。殼層內(nèi)電子結(jié)合能大小有以下關(guān)系。NMLKUUUU第四節(jié)第四節(jié) X X射

32、線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理（二）特征（二）特征X X射線的產(chǎn)生原理射線的產(chǎn)生原理3.3.影響特征影響特征X X射線強度的因素：射線強度的因素：K K系特征系特征X X線的強度線的強度nkKUUiKI)(2K K系特征系特征X X線的強度與線的強度與管電流管電流成正比，成正比，管電壓大于激發(fā)電壓時才發(fā)生管電壓大于激發(fā)電壓時才發(fā)生K K系放射，系放射，并隨管電壓的升高并隨管電壓的升高K K系強度系強度迅速增大。迅速增大。第五節(jié)第五節(jié) X X射線的量與質(zhì)射線的量與質(zhì)一、概念及其表示方法一、概念及其表示方法（一）物理角度對（一）物理角度對X X射射線的量與質(zhì)定義線的量與質(zhì)定義 1.X 1.X射線的量：

33、射線的量：在單位時間內(nèi)在單位時間內(nèi)X X線線束內(nèi)的光子線線束內(nèi)的光子數(shù)數(shù) 。NhI iihNI總單色單色X X線強度線強度復(fù)色復(fù)色X X線強度線強度 2.X 2.X射線的質(zhì)：射線的質(zhì)：X X線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)或者光子的能線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)或者光子的能量。量。第五節(jié)第五節(jié) X X射線的量與質(zhì)射線的量與質(zhì)一、概念及其表示方法一、概念及其表示方法（二）臨床角度對（二）臨床角度對X X線的量和質(zhì)定義線的量和質(zhì)定義 1.X 1.X線的量：線的量：管電流決定管電流決定X X射線的量射線的量 X X射線管的管電流決定于陰極燈絲電流，管電流射線管的管電流決定于陰極燈絲電流，管電流愈大表明陰極發(fā)射的電子數(shù)愈多，則電

34、子撞擊陽極愈大表明陰極發(fā)射的電子數(shù)愈多，則電子撞擊陽極靶產(chǎn)生的靶產(chǎn)生的X X射射線量也愈多。在實際放射工作中，一般線量也愈多。在實際放射工作中，一般是用是用管電流和照射時間管電流和照射時間的乘積來表示的乘積來表示X X射線的量。射線的量?！纠俊纠恳淮闻钠枰囊淮闻钠枰腦 X線量為線量為 ，就可以，就可以選擇選擇 或者或者smA 20smA1 . 0200smA4 . 050第五節(jié)第五節(jié) X X射線的量與質(zhì)射線的量與質(zhì)一、概念及其表示方法一、概念及其表示方法（二）臨床角度對（二）臨床角度對X X線的量和質(zhì)定義線的量和質(zhì)定義 2.X 2.X射線的質(zhì)射線的質(zhì)（硬度）（硬度）：管電壓決定管電

35、壓決定X X射線的質(zhì)射線的質(zhì) X X射線管射線管通常用表示通常用表示X X射線穿透能力的射線穿透能力的半價層半價層來來表示表示X X射線的質(zhì)，半價層就是使一束射線的質(zhì)，半價層就是使一束X X射線的強度射線的強度減弱到其初始值一半時所需要的標準物質(zhì)的厚度。減弱到其初始值一半時所需要的標準物質(zhì)的厚度。 診斷用診斷用X X線通常用線通常用鋁鋁作為表示半價層的物質(zhì)，作為表示半價層的物質(zhì)，半半價層愈大表示價層愈大表示X X射線的質(zhì)愈硬。射線的質(zhì)愈硬。第五節(jié)第五節(jié) X X射線的量與質(zhì)射線的量與質(zhì)一、概念及其表示方法一、概念及其表示方法軟軟X X射線射線極軟極軟X X射線射線極硬極硬X X射線射線硬硬X X

36、射線射線軟軟X X射線射線硬硬X X射線射線X X射線的不同硬度在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用射線的不同硬度在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 極軟極軟X X射線射線 軟軟X X射線射線管電壓管電壓（KV)KV) 520 520 20100 20100最短波長最短波長(nm)(nm)0.0620.20.0620.25 50.0120.060.0120.062 2用途用途軟組織攝影軟組織攝影 表皮治療表皮治療透視和攝影透視和攝影 硬硬X X射線射線極硬極硬X X射射線線管電壓管電壓（KV)KV) 100250 100250250250最短波長最短波長(nm)(nm)0.0050.010.0050.012 20.0050.005用途

37、用途較深部組織較深部組織治療治療深部組織深部組織治療治療第五節(jié)第五節(jié) X X射線的量與質(zhì)射線的量與質(zhì)二、影響二、影響X X射線量的因素射線量的因素 1.1.管電流對管電流對X X射線量的影響射線量的影響 管電流越大表明陰極發(fā)射的電管電流越大表明陰極發(fā)射的電子越多，因而電子撞擊陽極靶子越多，因而電子撞擊陽極靶產(chǎn)生的產(chǎn)生的X X射線的量也越大，發(fā)射線的量也越大，發(fā)射出的射出的X X射線的強度也就越大。射線的強度也就越大。圖中看到圖中看到100mA100mA和和250mA250mA的的兩條曲線，其兩條曲線，其X X射線最短波長射線最短波長和最長波長都完全一樣，只是和最長波長都完全一樣，只是曲線下所包

38、圍的面積不同。曲線下所包圍的面積不同。顯顯然管電流大的然管電流大的X X射線量大，反射線量大，反之就小。之就小。第五節(jié)第五節(jié) X X射線的量與質(zhì)射線的量與質(zhì)二、影響二、影響X X射線量的因素射線量的因素 2.2.管電壓對管電壓對X X射線量的影響射線量的影響 當管電流不變時，隨著當管電流不變時，隨著管電壓從管電壓從20kV20kV升高到升高到50kV50kV，其輻射的總量增大，其輻射的總量增大，圖中曲線下所包圍的總面圖中曲線下所包圍的總面積代表積代表X X線的總強度。因此，線的總強度。因此，X X線的量（強度）與管電壓線的量（強度）與管電壓的平方成正比。的平方成正比。第五節(jié)第五節(jié) X X射線的

39、量與質(zhì)射線的量與質(zhì)二、影響二、影響X X射線量的因素射線量的因素 3.3.靶物質(zhì)的原子序數(shù)對靶物質(zhì)的原子序數(shù)對X X射射線量的影響線量的影響 在管電壓、管電流、投照時間相同在管電壓、管電流、投照時間相同的情況下，陽極靶的原子序數(shù)愈高，的情況下，陽極靶的原子序數(shù)愈高，X X射線的量愈大。射線的量愈大。 從圖中可見，曲線的兩個端從圖中可見，曲線的兩個端點都重合。其高能端重合，說點都重合。其高能端重合，說明了明了X X射線譜的最大光子能量射線譜的最大光子能量與管電壓有關(guān)，而與靶物質(zhì)無與管電壓有關(guān)，而與靶物質(zhì)無關(guān)；低能端重合是因為關(guān)；低能端重合是因為X X射線射線管固有濾過的限制，低能成份管固有濾過的

40、限制，低能成份被管壁吸收的緣故。被管壁吸收的緣故。第五節(jié)第五節(jié) X X射線的量與質(zhì)射線的量與質(zhì)三、影響三、影響X X射線質(zhì)的因素射線質(zhì)的因素 一般來講，一般來講，X X射射線的質(zhì)僅取決于線的質(zhì)僅取決于管電壓管電壓的大小。的大小。無論何種靶物質(zhì)，在一定管電壓下所產(chǎn)生的連續(xù)無論何種靶物質(zhì)，在一定管電壓下所產(chǎn)生的連續(xù)X X射線譜的最短波長和最長波長是相同的。峰值輻射射線譜的最短波長和最長波長是相同的。峰值輻射強度發(fā)生在相同能量光子處。光子的最大能量完全強度發(fā)生在相同能量光子處。光子的最大能量完全由管電壓控制。由管電壓控制。第六節(jié)第六節(jié) X X射線的產(chǎn)生效率射線的產(chǎn)生效率一、產(chǎn)生效率的定義：一、產(chǎn)生效

41、率的定義：X X線管中產(chǎn)生的線管中產(chǎn)生的X X線能與加速電子所消耗電能的比值。線能與加速電子所消耗電能的比值。kZUiUkIiZU2二、影響因素二、影響因素X X線的產(chǎn)生效率與線的產(chǎn)生效率與管電壓管電壓和靶物質(zhì)的和靶物質(zhì)的原子序數(shù)原子序數(shù)成正比。成正比。199104 .1101 .1Vk k為常數(shù)，約等于為常數(shù)，約等于第六節(jié)第六節(jié) X X射線的產(chǎn)生效率射線的產(chǎn)生效率加速電壓加速電壓占總能量的百分數(shù)占總能量的百分數(shù)X X線能（）線能（）熱能（）熱能（）4040kVkV0.40.499.699.67070kVkV0.60.699.499.4100100kVkV0.80.899.299.215015

42、0kVkV1.31.399.799.74 4MeVMeV363664642020MeVMeV70703030鎢靶鎢靶X X線管和加速器產(chǎn)生線管和加速器產(chǎn)生X X線的效率線的效率結(jié)論：結(jié)論：X X線管產(chǎn)生線管產(chǎn)生X X線的效率極低，一般不足線的效率極低，一般不足1 1，而絕大部分，而絕大部分的高速電子能都在陽極變?yōu)榱藷崮?，使陽極靶面的溫度很高。的高速電子能都在陽極變?yōu)榱藷崮?，使陽極靶面的溫度很高。第六節(jié)第六節(jié) X X射線的產(chǎn)生效率射線的產(chǎn)生效率【例例】 鎢（鎢（Z Z=74=74）靶）靶X X線管，當管電壓為線管，當管電壓為120kV120kV時時X X射線的產(chǎn)生效率是多少？射線的產(chǎn)生效率是多少

43、？%1.110120741025.139kZV解：解：X X線的輸入功率為線的輸入功率為1000W1000WX X線的輻射功率為線的輻射功率為1111W W轉(zhuǎn)變成的熱能功率為轉(zhuǎn)變成的熱能功率為9 98989W W第七節(jié)第七節(jié) X X射線強度的空間分布射線強度的空間分布 X X射線輻射場的空間分布主要受入射電子的射線輻射場的空間分布主要受入射電子的能量、靶物質(zhì)（能量、靶物質(zhì)（原子序數(shù)原子序數(shù)）及靶厚度（）及靶厚度（薄靶、薄靶、厚靶厚靶）的影響。）的影響?？臻g分布的定義：空間分布的定義： 從從X X射線管焦點上產(chǎn)生的射線管焦點上產(chǎn)生的X X射線，在空間各個射線，在空間各個方向上的分布是不均勻的，即

44、在不同的方位角上方向上的分布是不均勻的，即在不同的方位角上的輻射強度是不同的。這種不均勻的分布稱為的輻射強度是不同的。這種不均勻的分布稱為X X射線強度空間分布或稱輻射場的角分布。射線強度空間分布或稱輻射場的角分布?？臻g分布的影響因素：空間分布的影響因素：第七節(jié)第七節(jié) X X射線強度的空間分布射線強度的空間分布1.1.薄靶周圍薄靶周圍X X射線強度的空間分布射線強度的空間分布X X射線強度的角度分析射線強度的角度分析第七節(jié)第七節(jié) X X射線強度的空間分布射線強度的空間分布1.1.薄靶周圍薄靶周圍X X射線強度的空間分布射線強度的空間分布薄靶周圍薄靶周圍X X射線強度的角分布射線強度的角分布圖示一薄靶在不同管電壓下產(chǎn)圖示一薄靶在不同管電壓下產(chǎn)生的生的X X射線強度在靶周圍分布的射線強度在靶周圍分布的變化情況。工作電壓在變化情況。工作電壓在100kV100kV左右時，左右時，X X線在各方向上強度基線在各方向上強度基本相等。當管電壓升高時，本相等。當管電壓升高時，X X線線最大強度方向逐漸趨向電子束最大強度方向逐漸趨向電子束的入射方向