《放射物理與防護》教學課件：4第四章2：X線與物質的相互作用

第四章

X射線與物質的相互作用潞河醫(yī)院放射科王珍琦第四章

X射線與物質的相互作用潞河醫(yī)院放射科王珍X射線與物質的相互作用X射線與物質相互作用的主要過程有：其他次要的作用過程有相干散射、光核反應等。光電效應、康普頓效應、電子對效應。X射線與物質的相互作用光電效應、康普頓效應、復習X射線與物質的相互作用KLMNhv光子躍遷特征輻射光電子Ee=hv-EB光電效應復習X射線與物質的相互作用Khv光子躍遷特征輻射光電子Ee=復習X射線與物質的相互作用當一個能量為hv的光子通過物質時，它與原子的某殼層中某個軌道上一個電子發(fā)生相互作用，把全部能量傳遞給這個電子，而光子本身則整個被原子吸收而消失，獲得能量的電子擺脫原子的束縛以速度v而自由運動，這種電子稱為光電子，原子的電子軌道出現(xiàn)一個空位而處于激發(fā)態(tài)，它將通過發(fā)射標識X射線或俄歇電子的形式很快回到基態(tài)，這種現(xiàn)象稱為光電效應。復習X射線與物質的相互作用當一個能量為hv的光子通過物質時，復習X射線與物質的相互作用光電效應的實質：是物質吸收X線使其產生電離的過程。在此過程中將產生的次級粒子有：光電子、正離子（產生光電子的原子）、新的光子（特征輻射光子）、俄歇電子。復習X射線與物質的相互作用光電效應的實質：是物質吸收X線使其復習X射線與物質的相互作用利處：能產生質量好的照片影像。①不產生散射線，大大減少了照片的灰霧；②可增加人體不同組織和造影劑對射線的吸收差別，產生高對比度的X線照片，對提高診斷的準確性很有好處。弊端：入射X線通過光電效應可全部被人體吸收，增加了受檢者的劑量。復習X射線與物質的相互作用利處：能產生質量好的照片影像。復習X射線與物質的相互作用當入射X射線光子和原子內一個軌道電子發(fā)生相互作用時，光子損失一部分能量，并改變運動方向，電子獲得能量而脫離原子，這一過程稱為康普頓效應。復習X射線與物質的相互作用當入射X射線光子和原子內一個軌復習X射線與物質的相互作用θφhv

入射光子外層電子或自由電子反沖電子1/2mev2散射光子hv`康普頓效應復習X射線與物質的相互作用θhv外層電子或反沖電子散射光子復習X射線與物質的相互作用1.康普頓效應中產生的散射線是輻射防護中必須引起注意的問題。醫(yī)生和技術人員應進行相應的防護措施。2.散射線增加了照片的灰霧，使得照片影像的對比度降低。復習X射線與物質的相互作用1.康普頓效應中產生的散射線是輻射X射線與物質相互作用的其他過程一、相干散射是指射線與物質相互作用而發(fā)生干涉的散射過程。相干散射包括瑞利散射、核的彈性散射和德布羅克散射。X射線與物質相互作用的其他過程一、相干散射X射線與物質相互作用的其他過程與康普頓散射相比，核的彈性散射和德布羅克散射的幾率非常低，可以忽略不計。當入射光子在低能范圍（如0.5~200keV）時，瑞利散射的幾率不可忽略，次時的相干散射主要是瑞利散射。X射線與物質相互作用的其他過程與康普頓散射相比，核的彈性散射X射線與物質相互作用的其他過程所以說，相干散射又稱為瑞利散射。瑞利散射是指入射光子被原子的內殼層電子吸收并激發(fā)到外層高能級上，隨即又躍遷回原能級，同時放出一個能量與入射光子相同，但傳播方向發(fā)生改變的散射光子。X射線與物質相互作用的其他過程所以說，相干散射又稱為瑞利散射X射線與物質相互作用的其他過程這種只改變傳播方向，而光子能量不變的作用過程稱之為瑞利相干散射。實際上就是X線的折射。X射線與物質相互作用的其他過程這種只改變傳播方向，而光子能量X射線與物質相互作用的其他過程相干散射是光子與物質相互作用中唯一一個不產生電離的過程。相干散射的發(fā)生幾率與原子序數(shù)成正比，并隨光子能量的增大而急劇地減少。X射線與物質相互作用的其他過程相干散射是光子與物質相互作用中X射線與物質相互作用的其他過程二、光核作用所謂光核作用，就是指光子和原子核作用而發(fā)生的核反應。這是一個光子從原子核內擊出數(shù)量不等的中子、質子和γ光子的作用過程。X射線與物質相互作用的其他過程二、光核作用X射線與物質相互作用的其他過程光核作用在診斷X線能量范圍內不可能發(fā)生，在醫(yī)用電子加速器等的高能射線的放療中發(fā)生，但是發(fā)生率也很低。X射線與物質相互作用的其他過程光核作用在診斷X線能量范圍內不第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率X線與物質相互作用中產生三個主要效應，也就是入射光子能量在物質中發(fā)生轉移，傳播方向發(fā)生改變的過程。當一束X線照射物體時，其中一部分能量和方向均不發(fā)生變化，而從原子內部的間隙中直接透過；另一部分則被吸收和散射。第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率X線與物質相互作用中產生三第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率直接透過光電吸收入射X線吸收和散射散射電子對效應光電子俄歇電子特征放射康普頓散射相干散射（折射）正電子、電子湮滅輻射光子散射光子反沖電子第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率一、Z和hv與三種基本作用的關系在0.01~10MeV這個最常見的能量范圍內，除少數(shù)例外，幾乎所有效應都是由三種基本作用過程產生的。第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率一、Z和hv與三種基本作用的第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率1008060402000.010.050.1151050100光子能量（MeV）吸收體的原子序數(shù)Z光電效應優(yōu)勢區(qū)間康普頓效應優(yōu)勢區(qū)間電子對效應優(yōu)勢區(qū)間第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率1000.010.050第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率在光子能量較低時，除低Z物質以外的所有元素，都以光電效應為主；在0.8~4MeV時，無論原子序數(shù)大小，幾乎全部作用都是康普頓效應；在大的hv處則電子對效應占優(yōu)勢。第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率在光子能量較低時，除低Z物質第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率二、在診斷放射學中各種相互作用發(fā)生的相對幾率在20~100keV診斷X線能量范圍內，只有光電效應和康普頓效應是重要的；相干散射所占比例很小，并不重要；電子對效應不可能發(fā)生。第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率二、在診斷放射學中各種相互作第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率X線能量水Z=7.4骨Z=13.8碘化鈉Z=49.8keV光電康普頓光電康普頓光電康普頓703089119466079331699551999918812———第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率X線能量水Z第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率隨hv增大，光電效應幾率下降。對低Z物質的水呈迅速下降趨勢；對高Z物質的碘化鈉呈緩慢下降趨勢；對中等Z物質的下降速度介于兩者之間。第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率隨hv增大，光電效應幾率下降第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率我們掌握不同能量的X線對不同Z物質的作用類型和幾率，對研究提高X線影像質量，降低受照射劑量和優(yōu)選屏蔽防護材料都有著重要的意義。第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率X線與物質的相互作用在診斷X射線能量范圍內，光電吸收、康普頓效應所占比例最大。X線與物質的相互作用X線與物質的相互作用光電效應是一種全吸收效應，入射光子的能量完全被組織吸收，因此不產生散射線，對于低對比度組織成像，提高光電效應發(fā)生幾率可以提高影像對比度分辨率，但會增加軟組織對射線的能量吸收。X線與物質的相互作用X線與物質的相互作用康普頓效應是一種散射效應，在高千伏攝影及胸腹部X線攝影時必須使用濾線柵以消除散射線對影像質量的影響。X線與物質的相互作用X射線與物質的相互作用1.X射線在物質內的傳播過程中，同物質發(fā)生相互作用的種類有哪幾種？X射線與物質相互作用的主要過程有：光電效應、康普頓效應、電子對效應。其他次要的作用過程有相干散射、光核反應等。X射線與物質的相互作用1.X射線在物質內的傳播過程中，同X射線與物質的相互作用2.簡述光電效應的產生？當一個能量為hv的光子通過物質時，它與原子的某殼層中某個軌道上一個電子發(fā)生相互作用，把全部能量傳遞給這個電子，而光子本身則整個被原子吸收而消失，獲得能量的電子擺脫原子的束縛以速度v而自由運動，這種電子稱為光電子，原子的電子軌道出現(xiàn)一個空位而處于激發(fā)態(tài)，它將通過發(fā)射標識X射線或俄歇電子的形式很快回到基態(tài)，這種現(xiàn)象稱為光電效應。X射線與物質的相互作用2.簡述光電效應的產生？當一個能量為hX射線與物質的相互作用3.光電效應的實質是什么？在此過程中產生的次級粒子有哪些？光電效應的實質：是物質吸收X線使其產生電離的過程。在此過程中將產生的次級粒子有：光電子、正離子（產生光電子的原子）、新的光子（特征輻射光子）、俄歇電子。X射線與物質的相互作用3.光電效應的實質是什么？在此過程中產X射線與物質的相互作用4.光電效應的特征有什么？1.把全部的能量傳遞給這個電子；2.光電效應伴隨有標識X射線或俄歇電子的產生；3.光電效應可發(fā)生在任何一個殼層，但在K層發(fā)生的機率最大，L層次之，M、N層更次之。X射線與物質的相互作用4.光電效應的特征有什么？1.把全部的X射線與物質的相互作用5.光電效應在臨床中的利弊表現(xiàn)在哪里？弊端：入射X線通過光電效應可全部被人體吸收，增加了受檢者的劑量。能產生質量好的照片影像。①不產生散射線，大大減少了照片的灰霧；②可增加人體不同組織和造影劑對射線的吸收差別，產生高對比度的X線照片，對提高診斷的準確性很有好處。X射線與物質的相互作用5.光電效應在臨床中的利弊表現(xiàn)在哪里？X射線與物質的相互作用6.簡述康普頓效應的產生？答案：當入射X射線光子和原子內一個軌道電子發(fā)生相互作用時，光子損失一部分能量，并改變運動方向，電子獲得能量而脫離原子，這一過程稱為康普頓效應。X射線與物質的相互作用6.簡述康普頓效應的產生？答案：當入X射線與物質的相互作用7.康普頓效應在臨床上有何意義？1.康普頓效應中產生的散射線是輻射防護中必須引起注意的問題。醫(yī)生和技術人員應進行相應的防護措施。2.散射線增加了照片的灰霧，使得照片影像的對比度降低。X射線與物質的相互作用7.康普頓效應在臨床上有何意義？1.X射線與物質的相互作用8.光子與物質相互作用過程中哪一種不產生電離？A.光電效應B.康普頓效應C.電子對效應D.相干散射E.光核作用答案：D相干散射是光子與物質相互作用中唯一不產生電離的過程。X射線與物質的相互作用8.光子與物質相互作用過程中哪一種不X射線與物質的相互作用9.在X射線日常工作能量范圍內，隨著能量的增大，光電效應的發(fā)生幾率是如何隨物質原子序數(shù)變化的？隨hv增大，光電效應幾率下降。對低Z物質的水呈迅速下降趨勢；對高Z物質的碘化鈉呈緩慢下降趨勢；對中等Z物質的下降速度介于兩者之間。X射線與物質的相互作用9.在X射線日常工作能量范圍內，隨著謝謝謝謝第四章

X射線與物質的相互作用潞河醫(yī)院放射科王珍琦第四章

X射線與物質的相互作用潞河醫(yī)院放射科王珍X射線與物質的相互作用X射線與物質相互作用的主要過程有：其他次要的作用過程有相干散射、光核反應等。光電效應、康普頓效應、電子對效應。X射線與物質的相互作用光電效應、康普頓效應、復習X射線與物質的相互作用KLMNhv光子躍遷特征輻射光電子Ee=hv-EB光電效應復習X射線與物質的相互作用Khv光子躍遷特征輻射光電子Ee=復習X射線與物質的相互作用當一個能量為hv的光子通過物質時，它與原子的某殼層中某個軌道上一個電子發(fā)生相互作用，把全部能量傳遞給這個電子，而光子本身則整個被原子吸收而消失，獲得能量的電子擺脫原子的束縛以速度v而自由運動，這種電子稱為光電子，原子的電子軌道出現(xiàn)一個空位而處于激發(fā)態(tài)，它將通過發(fā)射標識X射線或俄歇電子的形式很快回到基態(tài)，這種現(xiàn)象稱為光電效應。復習X射線與物質的相互作用當一個能量為hv的光子通過物質時，復習X射線與物質的相互作用光電效應的實質：是物質吸收X線使其產生電離的過程。在此過程中將產生的次級粒子有：光電子、正離子（產生光電子的原子）、新的光子（特征輻射光子）、俄歇電子。復習X射線與物質的相互作用光電效應的實質：是物質吸收X線使其復習X射線與物質的相互作用利處：能產生質量好的照片影像。①不產生散射線，大大減少了照片的灰霧；②可增加人體不同組織和造影劑對射線的吸收差別，產生高對比度的X線照片，對提高診斷的準確性很有好處。弊端：入射X線通過光電效應可全部被人體吸收，增加了受檢者的劑量。復習X射線與物質的相互作用利處：能產生質量好的照片影像。復習X射線與物質的相互作用當入射X射線光子和原子內一個軌道電子發(fā)生相互作用時，光子損失一部分能量，并改變運動方向，電子獲得能量而脫離原子，這一過程稱為康普頓效應。復習X射線與物質的相互作用當入射X射線光子和原子內一個軌復習X射線與物質的相互作用θφhv

入射光子外層電子或自由電子反沖電子1/2mev2散射光子hv`康普頓效應復習X射線與物質的相互作用θhv外層電子或反沖電子散射光子復習X射線與物質的相互作用1.康普頓效應中產生的散射線是輻射防護中必須引起注意的問題。醫(yī)生和技術人員應進行相應的防護措施。2.散射線增加了照片的灰霧，使得照片影像的對比度降低。復習X射線與物質的相互作用1.康普頓效應中產生的散射線是輻射X射線與物質相互作用的其他過程一、相干散射是指射線與物質相互作用而發(fā)生干涉的散射過程。相干散射包括瑞利散射、核的彈性散射和德布羅克散射。X射線與物質相互作用的其他過程一、相干散射X射線與物質相互作用的其他過程與康普頓散射相比，核的彈性散射和德布羅克散射的幾率非常低，可以忽略不計。當入射光子在低能范圍（如0.5~200keV）時，瑞利散射的幾率不可忽略，次時的相干散射主要是瑞利散射。X射線與物質相互作用的其他過程與康普頓散射相比，核的彈性散射X射線與物質相互作用的其他過程所以說，相干散射又稱為瑞利散射。瑞利散射是指入射光子被原子的內殼層電子吸收并激發(fā)到外層高能級上，隨即又躍遷回原能級，同時放出一個能量與入射光子相同，但傳播方向發(fā)生改變的散射光子。X射線與物質相互作用的其他過程所以說，相干散射又稱為瑞利散射X射線與物質相互作用的其他過程這種只改變傳播方向，而光子能量不變的作用過程稱之為瑞利相干散射。實際上就是X線的折射。X射線與物質相互作用的其他過程這種只改變傳播方向，而光子能量X射線與物質相互作用的其他過程相干散射是光子與物質相互作用中唯一一個不產生電離的過程。相干散射的發(fā)生幾率與原子序數(shù)成正比，并隨光子能量的增大而急劇地減少。X射線與物質相互作用的其他過程相干散射是光子與物質相互作用中X射線與物質相互作用的其他過程二、光核作用所謂光核作用，就是指光子和原子核作用而發(fā)生的核反應。這是一個光子從原子核內擊出數(shù)量不等的中子、質子和γ光子的作用過程。X射線與物質相互作用的其他過程二、光核作用X射線與物質相互作用的其他過程光核作用在診斷X線能量范圍內不可能發(fā)生，在醫(yī)用電子加速器等的高能射線的放療中發(fā)生，但是發(fā)生率也很低。X射線與物質相互作用的其他過程光核作用在診斷X線能量范圍內不第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率X線與物質相互作用中產生三個主要效應，也就是入射光子能量在物質中發(fā)生轉移，傳播方向發(fā)生改變的過程。當一束X線照射物體時，其中一部分能量和方向均不發(fā)生變化，而從原子內部的間隙中直接透過；另一部分則被吸收和散射。第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率X線與物質相互作用中產生三第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率直接透過光電吸收入射X線吸收和散射散射電子對效應光電子俄歇電子特征放射康普頓散射相干散射（折射）正電子、電子湮滅輻射光子散射光子反沖電子第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率一、Z和hv與三種基本作用的關系在0.01~10MeV這個最常見的能量范圍內，除少數(shù)例外，幾乎所有效應都是由三種基本作用過程產生的。第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率一、Z和hv與三種基本作用的第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率1008060402000.010.050.1151050100光子能量（MeV）吸收體的原子序數(shù)Z光電效應優(yōu)勢區(qū)間康普頓效應優(yōu)勢區(qū)間電子對效應優(yōu)勢區(qū)間第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率1000.010.050第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率在光子能量較低時，除低Z物質以外的所有元素，都以光電效應為主；在0.8~4MeV時，無論原子序數(shù)大小，幾乎全部作用都是康普頓效應；在大的hv處則電子對效應占優(yōu)勢。第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率在光子能量較低時，除低Z物質第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率二、在診斷放射學中各種相互作用發(fā)生的相對幾率在20~100keV診斷X線能量范圍內，只有光電效應和康普頓效應是重要的；相干散射所占比例很小，并不重要；電子對效應不可能發(fā)生。第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率二、在診斷放射學中各種相互作第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率X線能量水Z=7.4骨Z=13.8碘化鈉Z=49.8keV光電康普頓光電康普頓光電康普頓703089119466079331699551999918812———第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率X線能量水Z第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率隨hv增大，光電效應幾率下降。對低Z物質的水呈迅速下降趨勢；對高Z物質的碘化鈉呈緩慢下降趨勢；對中等Z物質的下降速度介于兩者之間。第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率隨hv增大，光電效應幾率下降第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率我們掌握不同能量的X線對不同Z物質的作用類型和幾率，對研究提高X線影像質量，降低受照射劑量和優(yōu)選屏蔽防護材料都有著重要的意義。第四節(jié)各種作用發(fā)生的相對幾率X線與物質的相互作用在診斷X射線能量范圍內，光電吸收、康普頓效應所占比例最大。X線與物質的相互作用X線與物質的相互作用光電效應是一種全吸收效應，入射光子的能量完全被組織吸收，因此不產生散射線，對于低對比度組織成像，提高光電效應發(fā)生幾率可以提高影像對比度分辨率，但會增加軟組織對射線的能量吸收。X線與物質的相互作用X線與物質的相互作用康普頓效應是一種散射效應，在高千伏攝影及胸腹部X線攝影時必須使用濾線柵以消除散射線對影像質量的影響。X線與物質的相互作用X射線與物質的相互作用1.X射線在物質內的傳播過程中，同物質發(fā)生相互作用的種類有哪幾種？X射線與物質相互作用的主要過程有：光電效應、康普頓效應、電子對效應。其他次要的作用過程有相干散射、光核反應等。X射線與物質的相互作用1.X射線在物質內的傳播過程中，同X射線與物質的相互作用2.簡述光電效應的產生？當一個能量為hv的光子通過物質時，它與原子的某殼層中某個軌道上一個電子發(fā)生相互作用，把全部能量傳遞給這個電子，而光子本身則整個被原子吸收而消失，獲得能量的電子擺脫原子的束縛以速度v而自由運動，這種電子稱為光電子，原子的電子軌道出現(xiàn)一個空位而處于激發(fā)態(tài)，它將通過發(fā)射標識X射線或俄歇電子的形式很快回到基態(tài)，這種現(xiàn)象稱為光電效應。X射線與物質的相互作用2.簡述光電效應的產生？當一個能量為hX射線與物質的相互作用3.光電效應的實質是什么？在此過程中產生的次級粒子有哪些？光電