X 線產(chǎn)生和性質(zhì)

1、低氣壓放電現(xiàn)象：1836年，英國科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)，稀薄氣體放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種絢麗的輝光。因?yàn)樗怯申帢O發(fā)出的，后來物理學(xué)家把這種輝光稱為“陰極射線”（cathode ray） 。為探明陰極射線，許多科學(xué)家進(jìn)行了艱巨的研究。蓋斯勒管（Geissler tube） 當(dāng)管中為大氣壓，電壓至數(shù)萬伏，不放電；當(dāng)管中為大氣壓，電壓至數(shù)萬伏，不放電； 繼續(xù)加壓，產(chǎn)生白色火花放電；繼續(xù)加壓，產(chǎn)生白色火花放電； 抽出空氣，放電所需電壓隨氣壓降低而降低；抽出空氣，放電所需電壓隨氣壓降低而降低； 氣壓氣壓5mmHg5mmHg，氣體發(fā)出明亮的光輝，顏色由氣體決，氣體發(fā)出明亮的光輝，顏色由氣體決定；定； 0. 5mmH

2、g0. 5mmHg，陰極附近產(chǎn)生克羅克斯（，陰極附近產(chǎn)生克羅克斯（CrocksCrocks）黑）黑暗區(qū)；暗區(qū)； 0. 1mmHg0. 1mmHg，全黑玻璃壁產(chǎn)生熒光（陰極射線撞，全黑玻璃壁產(chǎn)生熒光（陰極射線撞擊）；擊）； 高度真空，無論電壓多高，不放電。高度真空，無論電壓多高，不放電。基礎(chǔ)知識(shí) 18611861年，英國科學(xué)家克羅克斯（年，英國科學(xué)家克羅克斯（CrocksCrocks）發(fā)現(xiàn)通電）發(fā)現(xiàn)通電的陰極射線管會(huì)產(chǎn)生亮光，于是就拍下來，可顯影后發(fā)現(xiàn)的陰極射線管會(huì)產(chǎn)生亮光，于是就拍下來，可顯影后發(fā)現(xiàn)整張干版一片模糊。他認(rèn)為干版有毛病退給廠家。整張干版一片模糊。他認(rèn)為干版有毛病退給廠家。 克羅克

3、斯克羅克斯也曾發(fā)現(xiàn)抽屜里保存在暗盒里的膠卷莫名也曾發(fā)現(xiàn)抽屜里保存在暗盒里的膠卷莫名其妙地感光報(bào)廢，他找到膠片廠商，指斥其產(chǎn)品低劣。其妙地感光報(bào)廢，他找到膠片廠商，指斥其產(chǎn)品低劣。 在倫琴發(fā)現(xiàn)在倫琴發(fā)現(xiàn)X光的五年前，美國科學(xué)家古德斯柏德在光的五年前，美國科學(xué)家古德斯柏德在實(shí)驗(yàn)室里偶然洗出了一張實(shí)驗(yàn)室里偶然洗出了一張X射線透視底片。但他將其歸因于射線透視底片。但他將其歸因于照片的沖洗藥水或沖洗技術(shù)，把這一照片的沖洗藥水或沖洗技術(shù)，把這一“偶然偶然”棄之于垃圾棄之于垃圾堆中。堆中。 一個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)就這樣一次次與他們失之交臂！一個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)就這樣一次次與他們失之交臂！ 基礎(chǔ)知識(shí)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的偶然性與必然性

4、科學(xué)發(fā)現(xiàn)的偶然性與必然性18451845年年3 3月月2727日生于荷蘭；日生于荷蘭；18681868年畢業(yè)于蘇黎世聯(lián)邦工程學(xué)院；年畢業(yè)于蘇黎世聯(lián)邦工程學(xué)院；18721872年倫琴到斯特拉斯堡大學(xué)任副教授；年倫琴到斯特拉斯堡大學(xué)任副教授；18751875年成為霍恩海堡農(nóng)業(yè)?？茖W(xué)校的教授；年成為霍恩海堡農(nóng)業(yè)?？茖W(xué)校的教授；18791879年年18881888年主持吉森大學(xué)物理學(xué)講座；年主持吉森大學(xué)物理學(xué)講座；18891889年年18931893年任耶拿大學(xué)和烏德勒茲兩年任耶拿大學(xué)和烏德勒茲兩大學(xué)的教授；大學(xué)的教授；18941894年年19001900年任維爾茨堡大學(xué)校長(zhǎng)和慕年任維爾茨堡大學(xué)校長(zhǎng)和

5、慕尼黑物理研究所所長(zhǎng)。尼黑物理研究所所長(zhǎng)。倫琴生平簡(jiǎn)介倫琴生平簡(jiǎn)介基礎(chǔ)知識(shí) 倫琴倫琴是柏林和慕尼黑科學(xué)院的通訊院士。是柏林和慕尼黑科學(xué)院的通訊院士。倫琴在五十年的研究工作中，一共發(fā)表了五十多倫琴在五十年的研究工作中，一共發(fā)表了五十多篇論文。他在研究電磁現(xiàn)象中還發(fā)現(xiàn)，在充電的篇論文。他在研究電磁現(xiàn)象中還發(fā)現(xiàn)，在充電的固定平行板電容器中，使介質(zhì)旋轉(zhuǎn)，能夠產(chǎn)生磁固定平行板電容器中，使介質(zhì)旋轉(zhuǎn)，能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，就好象有電流流動(dòng)一樣。這一假想的電流，場(chǎng)，就好象有電流流動(dòng)一樣。這一假想的電流，人們稱為倫琴電流。此外，倫琴還在彈性、液體人們稱為倫琴電流。此外，倫琴還在彈性、液體的毛細(xì)作用、氣體比熱、熱在晶體中

6、的傳導(dǎo)、壓的毛細(xì)作用、氣體比熱、熱在晶體中的傳導(dǎo)、壓電效應(yīng)以及偏振光的磁致旋轉(zhuǎn)等方面也都有研究。電效應(yīng)以及偏振光的磁致旋轉(zhuǎn)等方面也都有研究。 19231923年年2 2月月1010日日倫琴倫琴因患癌癥在慕尼黑逝世。因患癌癥在慕尼黑逝世。基礎(chǔ)知識(shí) 1895 1895年年1010月年過半百的倫琴用克羅克斯管研究高真空放月年過半百的倫琴用克羅克斯管研究高真空放電。他吃住在實(shí)驗(yàn)室，一連做了電。他吃住在實(shí)驗(yàn)室，一連做了7 7個(gè)星期的實(shí)驗(yàn)。個(gè)星期的實(shí)驗(yàn)。1111月月8 8日，日，他用黑紙把陰極射線管嚴(yán)密地包起來，電流通過時(shí)，兩米開他用黑紙把陰極射線管嚴(yán)密地包起來，電流通過時(shí)，兩米開外一個(gè)涂了亞鉑氰化鋇的小

7、屏發(fā)出明亮的熒光。倫琴證明了外一個(gè)涂了亞鉑氰化鋇的小屏發(fā)出明亮的熒光。倫琴證明了這種效應(yīng)是由一種看不見的射線引起的，它能穿過紙和這種效應(yīng)是由一種看不見的射線引起的，它能穿過紙和2 23 3厘米厚的木頭，能穿過薄鋁片，但不能穿過較厚的金屬和其厘米厚的木頭，能穿過薄鋁片，但不能穿過較厚的金屬和其他致密物質(zhì)。如果把手放在管子與熒光屏之間，可以看到手他致密物質(zhì)。如果把手放在管子與熒光屏之間，可以看到手上的骨骼。這種能透過不透光物質(zhì)而又看不見的射線倫琴稱上的骨骼。這種能透過不透光物質(zhì)而又看不見的射線倫琴稱為為X X線。線。二、二、X線的發(fā)現(xiàn)線的發(fā)現(xiàn)(Discovery of X-ray)基礎(chǔ)知識(shí) 189

8、5年12月28日，倫琴在維爾茲堡大學(xué)作了一次X射線的學(xué)術(shù)報(bào)告，并公布了世界上第一張X光照片倫琴夫人的手骨照片，引起了世界的轟動(dòng) 。X射線的新聞發(fā)布不久，美國人就用它發(fā)現(xiàn)了患者足部的子彈。倫琴夫人的手骨照片基礎(chǔ)知識(shí)1896年1月23日 物理醫(yī)學(xué)會(huì)紀(jì)念演講基礎(chǔ)知識(shí)X 射線的波動(dòng)性與粒子性是X 射線具有的客觀屬性波動(dòng)性： 1913年德國物理學(xué)家勞厄(MV. Laue)等發(fā)現(xiàn)X射線衍射現(xiàn)象，從而證實(shí)了X射線本質(zhì)是一種電磁波，它與可見光一樣，X射線以光速沿直線傳播，其電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量H相互垂直，并位于垂直于X射線傳播方向的平面上。通常X射線波長(zhǎng)范圍為100.001nm，衍射分析中常用波長(zhǎng)在0

9、.050.25nm范圍內(nèi)。粒子性： X射線在空間傳播具有粒子性，或者說X射線是由大量以光速運(yùn)動(dòng)的粒子組成的不連續(xù)的粒子流，這些粒子叫光量子，每個(gè)光量子具有能量： 每個(gè)光量子的能量是X射線的最小能量單位。當(dāng)它和其他元素的原子或電子交換能量時(shí)只能一份一份地以最小能量單位被原子或電子吸收。 chhE760nm400nm 可見光可見光 電電 磁磁 波波 譜譜紅外線紅外線 紫外線紫外線 射射 線線X射線射線長(zhǎng)波無線電波長(zhǎng)波無線電波61010101410181022102104108101210161020102410010頻率頻率Hz1610810波長(zhǎng)波長(zhǎng)m4104100108101210短波無線電波短

10、波無線電波無線電波無線電波cm1.0m1034760nmnm1065nm400nm760可見光可見光紅外線紅外線5nmnm4000.04nmnm5nm04.0紫外光紫外光x 射線射線 射線射線（三）X線的特性1物理特性（1）穿透作用：穿透能力與X線光子的能量成正比，波長(zhǎng)短的X線光子能量大、穿透能力強(qiáng)，另外還與被照物體的密度有關(guān)。（2）熒光作用：當(dāng)X線照射某些熒光物質(zhì)(如鎢酸鈣等)時(shí)能激發(fā)產(chǎn)生熒光，熒光屏、影像增強(qiáng)器、增感屏等都利用了這一特性。14（3）電離作用：物體受X線照射時(shí)，使核外電子脫離原子軌道，即電離作用。自動(dòng)曝光控制系統(tǒng)的電離室、X線放射治療等利用了該特性。（4）熱作用 （5）干涉、

11、衍射、反射、折射作用2化學(xué)特性（1）感光作用：是X線攝影的基礎(chǔ)（2）著色作用：使某些物質(zhì)(如鉑氰化鋇)的結(jié)晶體脫水而改變顏色。3生物效應(yīng) 生物細(xì)胞經(jīng)一定劑量X線的照射會(huì)受到抑制、損傷、壞死，生物效應(yīng)既有利又有弊 在X線診斷和治療中主要利用了X線的穿透、熒光、電離、感光、生物等特性。16當(dāng)高速帶電粒子撞擊物質(zhì)受阻而突然減速時(shí)，能夠產(chǎn)生X 射線。醫(yī)學(xué)影像診斷所用的X線產(chǎn)生設(shè)備是X線管（X-ray tube，球管）。X射線的產(chǎn)生需要的基本條件是：1.要有一個(gè)電子源，能根據(jù)需要，隨時(shí)提供足夠數(shù)量的電子，這個(gè)電子源稱為陰極（cathode）；2.要有一個(gè)能經(jīng)受高速電子撞擊而產(chǎn)生線的靶，即陽極（anode

12、）；3.要有高速電子流。兩個(gè)方面，其一是高壓電場(chǎng)，使電子獲得動(dòng)能；其二是有高真空環(huán)境，使電子在運(yùn)動(dòng)中不受氣體分子的阻擋和電離放電而降低能量，同時(shí)也能保護(hù)燈絲不致因氧化而被燒毀。4.高度真空(P10-4Pa)的環(huán)境X射線管的構(gòu)造：外殼：硬質(zhì)玻璃管，高真空。陰極：電子源，發(fā)射電子流（鎢絲）。陽極：靶，受高速電子轟擊陰極陰極陽極陽極金屬靶X X 射射 線線1E2EX 射線射線冷卻水冷卻水 U UL L U UM M U UN N X X光子輻射以光子輻射以K K系為主。系為主。影響特征影響特征X X射線的因素射線的因素i i為管電流；為管電流；U U為管電壓；為管電壓；U Uk k為為K K系激發(fā)電

13、壓；系激發(fā)電壓；K K2 2和和n n均為常數(shù)，均為常數(shù)， n n約等于約等于1.5 1.71.5 1.7nKKUUiKI)(2 需要指出需要指出: :特征特征X X線只占很少一部分線只占很少一部分, ,醫(yī)用醫(yī)用X X線主要使用連續(xù)輻射線主要使用連續(xù)輻射, ,部分物質(zhì)部分物質(zhì)結(jié)構(gòu)的光譜分析用特征輻射結(jié)構(gòu)的光譜分析用特征輻射. .特征譜線位置特征譜線位置( (頻率大小頻率大小) )只與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。只與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。特征譜線的強(qiáng)度（特征譜線的強(qiáng)度（K K系）系）連續(xù)譜的形狀與靶的材料無關(guān)。連續(xù)譜存在一最大的能量值，它取決于管電壓。標(biāo)識(shí)輻射的X射線波長(zhǎng)是由躍遷的電子能量差決定的，與高速電子的能量（

14、管電壓）無直接關(guān)系，主要決定于靶物質(zhì)的原子序數(shù)，原子序數(shù)越高，產(chǎn)生的標(biāo)識(shí)輻射的波長(zhǎng)越短。 60 產(chǎn)生機(jī)制產(chǎn)生機(jī)制管電壓管電壓特性特性用途用途連續(xù)連續(xù)譜譜韌致輻射韌致輻射50kv50kv以下以下管電壓變，管電壓變，強(qiáng)度曲線強(qiáng)度曲線變。短波變。短波極限極限醫(yī)用醫(yī)用標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)譜譜由較高能級(jí)的由較高能級(jí)的電子躍遷到內(nèi)電子躍遷到內(nèi)殼層的空位產(chǎn)殼層的空位產(chǎn)生生70kv70kv以上以上管電壓變，管電壓變，特征曲線特征曲線不不變。變?；瘜W(xué)元素化學(xué)元素分析、原分析、原子殼層結(jié)子殼層結(jié)構(gòu)分析構(gòu)分析第五節(jié)第五節(jié)X X 射線的量與質(zhì)射線的量與質(zhì)X X線量和質(zhì)的定義線量和質(zhì)的定義 1 1、影響、影響X X線線 量的因素量

15、的因素I I U U2 2iZtiZt（1 1）靶原子）靶原子 Z Z（2 2）管電流）管電流（3 3）管電壓）管電壓（4 4）投照時(shí)間）投照時(shí)間2、影響、影響X線質(zhì)的因素線質(zhì)的因素影響影響X光子頻率的因素光子頻率的因素取決于管電壓的大小取決于管電壓的大小種類種類管電壓管電壓(kV) 最短波長(zhǎng)最短波長(zhǎng)() 最大頻率最大頻率(MHz)應(yīng)用應(yīng)用極軟線極軟線軟線軟線硬線硬線極硬線極硬線5 2020 100100250250以上以上2.5 0.620.62 0.120.12 0.05小于小于0.05(1.2 4.8) 1012(4.8 25) 1012(25 60) 1012 大于大于60 1012軟

16、組織攝影及軟組織攝影及表皮治療表皮治療透視與照相透視與照相深部組織治療深部組織治療第六節(jié)第六節(jié)X X線的產(chǎn)生效率線的產(chǎn)生效率 在在X X線管中產(chǎn)生線管中產(chǎn)生X X線能量與加速電子線能量與加速電子所消耗電能的比值叫所消耗電能的比值叫X X線的產(chǎn)生效率線的產(chǎn)生效率 用連續(xù)用連續(xù)X X線的線的總強(qiáng)度表示總強(qiáng)度表示X X線的線的輻射功率輻射功率( (極少的極少的特征特征X X線可忽略線可忽略) ) 加速電壓產(chǎn)生加速電壓產(chǎn)生的總功率的總功率 ( (大部分大部分轉(zhuǎn)換成熱能轉(zhuǎn)換成熱能) ) 為管為管電流與管電壓的乘電流與管電壓的乘積積2KiZUI 99104 . 1101 . 1 KiUKZUiUKiZU

17、2 X線管產(chǎn)生線管產(chǎn)生X線的線的效率一般不足效率一般不足1%,絕大部分生成熱而絕大部分生成熱而使靶面大幅升溫。使靶面大幅升溫。例例2：求鎢：求鎢(Z=74)靶靶 在管電壓為在管電壓為100kV 時(shí)時(shí)X線的產(chǎn)生效率。線的產(chǎn)生效率。加速電壓加速電壓X線能線能(%)熱能熱能(%)40kV70kV100kV150kV4MV20MV0.40.60.81.3367099.699.499.298.76430鎢靶在不同電壓值的效率鎢靶在不同電壓值的效率解：解：%9 . 01074102 . 159 KZU l從陽極靶上發(fā)射的X射線在不同的方位角上，輻射強(qiáng)度不同。這種不均勻分布稱為輻射強(qiáng)度空間分布或輻射場(chǎng)的角分

18、布。它主要取決于入射電子的能量、靶物質(zhì)及靶厚度等因素。 薄靶周圍X射線強(qiáng)度的角分布 厚靶產(chǎn)生的X射線空間分布第七節(jié)第七節(jié)X X 射線強(qiáng)度的空間分布射線強(qiáng)度的空間分布低能電子束沖擊薄靶產(chǎn)生的低能電子束沖擊薄靶產(chǎn)生的X X射線強(qiáng)度射線強(qiáng)度分布，主要集中在與電子束成垂直的分布，主要集中在與電子束成垂直的方向上；沿著電子束方向上方向上；沿著電子束方向上X X射線強(qiáng)度射線強(qiáng)度相對(duì)較??；與電子束相反方向上相對(duì)較?。慌c電子束相反方向上X X射線射線強(qiáng)度近似為零。靶越薄，上述結(jié)論越強(qiáng)度近似為零。靶越薄，上述結(jié)論越正確。正確。 根據(jù)薄靶產(chǎn)生根據(jù)薄靶產(chǎn)生X X射線的空間分布的特點(diǎn)，射線的空間分布的特點(diǎn)，在管電壓較低時(shí)，利用反射式靶在技術(shù)在管電壓較低時(shí)，利用反射式靶在技術(shù)上很有好處；但對(duì)使用超高壓上很有好處；但對(duì)使用超高壓X X射線管射線管時(shí)，管電壓