線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用

關(guān)于線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用第一頁，共十三頁，2022年，8月28日X線性質(zhì)與物質(zhì)相互作用X線性質(zhì)X線特性X線與物質(zhì)相互作用第二頁，共十三頁，2022年，8月28日X線的性質(zhì)X線的本質(zhì)X線是電磁輻射譜中的一部分，屬于電離輻射，波長介于紫外線和γ射線之間。其本質(zhì)和可見光、紫外線燈完全一樣，就是電磁波，不同的是X線頻率高，波長短。所以X線同可見光一樣，也具有波粒二象性。

1、波動性（大量）屬于橫波，具有衍射、偏振、反射、折射等現(xiàn)象。

2、微粒性（少量）光電效應(yīng)、熒光作用、電離作用。

第三頁，共十三頁，2022年，8月28日X線的特性1、物理特性①X線在真空中，是直線傳播不可見電磁波。②X線不帶電，不受外電磁場干擾。③穿透本領(lǐng)：X線頻率高，波長短，物質(zhì)吸收較弱，因此有很強的貫穿本領(lǐng)。④熒光作用：某些物質(zhì)被X線照射后，能激發(fā)出可見熒光。如磷、鎢酸鈣、鉑氰化鋇等熒光物質(zhì)，增感屏即用此原理制成。⑤電離作用：擊脫原子中軌道電子，發(fā)生一次電離，被擊脫電子繼續(xù)電離更多原子。X線的電離作用主要是次級電子的電離作用。⑥熱作用：X線被物質(zhì)吸收，最終絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?、化學(xué)特性①感光作用：和可見光一樣，具有光化學(xué)作用。例如使膠片乳劑感光。②著色作用：某些物質(zhì)經(jīng)X線長期大劑量照射后，其結(jié)晶體脫水漸漸改變顏色，稱為著色反應(yīng)，如水晶、鉛玻璃?！?、生物效應(yīng)

X線在生物體內(nèi)產(chǎn)生電離及激發(fā)，也就是使生物體產(chǎn)生生物效應(yīng)。通常將輻射生物效應(yīng)分為：①確定性效應(yīng)：射線照射人體全部或局部組織，若能殺死相當數(shù)量的細胞而這些細胞又不能由活細胞的增殖來補充，則這種照射可引起人類的確定性效應(yīng)。②隨機性效應(yīng)：該效應(yīng)被認為無劑量閾值，有害效應(yīng)的嚴重程度與受照計量的大小無關(guān)。第四頁，共十三頁，2022年，8月28日X線與物質(zhì)相互作用1、光電效應(yīng)：X線光子與構(gòu)成原子的內(nèi)殼層軌道電子碰撞時，將其全部能量傳遞給原子的殼層電子，電子擺脫原子核束縛，稱為自由電子，X線光子被物質(zhì)吸收，此過程稱為光電效應(yīng)。原子變?yōu)殡x子，處于激發(fā)態(tài)，外層電子填充空缺，產(chǎn)生特征X線。特征X線離開原子前，又擊出外層電子，使之成為俄歇電子，此過程為俄歇效應(yīng)。產(chǎn)物：光電子、正離子、標識輻射、俄歇電子。產(chǎn)生條件及發(fā)生幾率：入射光子的能量與軌道電子的結(jié)合能必須接近相等（稍大于）才容易產(chǎn)生光電效應(yīng)。光電發(fā)生幾率大約和光子能量的三次方成反比，與原子序數(shù)的四次方成正比。這就說明：不同密度的物質(zhì)能產(chǎn)生明顯的對比影像，密度的變化可明顯影響攝影條件,要根據(jù)不同密度物質(zhì)選擇適當?shù)纳渚€能量。意義：增加X線的對比度，病人接收劑量大，為減少對病人的照射，采用高能量射線。第五頁，共十三頁，2022年，8月28日X線與物質(zhì)相互作用2、康普頓效應(yīng)：當一個光子擊脫原子外層軌道上的電子或者自由電子時，入射光子損失部分能量，并改變原來傳播方向，變成散射光子，電子從光子處獲得部分能量脫離原子核束縛，按一定方向射出，成為反沖電子，此過程稱為康普頓效應(yīng)。光子入射和散射方向的夾角稱為散射角，即偏轉(zhuǎn)角度，反沖電子的運動方向和入射光子的傳播方向的夾角稱為反沖角。入射光子偏轉(zhuǎn)角度越大，能量損失越多，光子波長越長。散射線幾乎全部來自康普頓效應(yīng)。發(fā)生幾率：與物質(zhì)的原子序數(shù)成正比，與入射光子的能量（hυ）成反比(光子能量比電子結(jié)合能大很多)，即與入射光子的波長成正比。影響：到達前方的散射線增加膠片灰霧度，影響圖像質(zhì)量，到達側(cè)面的散射線給防護帶來困難。第六頁，共十三頁，2022年，8月28日散射線散射線：由于焦點外X線或X線穿過被照體及其他物體產(chǎn)生的與原發(fā)X線同向、反向或側(cè)向，且比原發(fā)X線波長長的X線為散射線。散射線含有率：散射線在作用于膠片上的全部射線量中所占的比率，稱為散射線含有率。散射線含有率影響因素：

1、管電壓：kV越高，X線強度越大，產(chǎn)生散射線越多。散射線含有率隨管電壓的升高而加大。但在80-90kV以上時，散射線含有率趨向平穩(wěn)。

2、被照體厚度：在相同管電壓及照射野下，散射線含有率隨被照體厚度增加而大幅度增加。對照片影像的影響比管電壓影響大得多。

3、照射野：照射野是產(chǎn)生散射線重要的因素，照射野增大時，散射線含有率大幅度上升。（100-200cm2，600-700cm2）第七頁，共十三頁，2022年，8月28日X線與物質(zhì)相互作用3、電子對效應(yīng)：一個具有足夠能量的光子，在與靶原子核相互作用時，光子突然消失，同時轉(zhuǎn)化為一對正負電子，此過程稱為電子對反應(yīng)。發(fā)生幾率：與物質(zhì)的原子序數(shù)的平方成正比，與單位體積內(nèi)的原子個數(shù)成正比，也近似與光子能量的對數(shù)成正比?？梢姡撟饔眠^程對高能光子和高原子序數(shù)物質(zhì)來說才是重要的。第八頁，共十三頁，2022年，8月28日X線與物質(zhì)相互作用4、相干散射：射線與物質(zhì)相互作用而發(fā)生干涉的散射過程稱為相干散射。包括瑞利散射、核的彈性散射、德布羅克散射，以第一種為主。相干散射是光子與物質(zhì)相互作用中唯一不產(chǎn)生電離的過程。瑞利散射：入射光子被原子內(nèi)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，同時放出一個與入射光子相同，傳播方向發(fā)生改變的散射光子。這種只改變傳播方向，而光子能量不變的作用過程稱為瑞利相干散射。相干散射發(fā)生幾率：與物質(zhì)原子序數(shù)成正比，并隨光子能量的增大而急劇地減少。第九頁，共十三頁，2022年，8月28日X線與物質(zhì)相互作用5、光核反應(yīng)：光子與原子核而發(fā)生核反應(yīng)。這是一個光子從原子核內(nèi)擊出數(shù)量不等的中子、質(zhì)子和γ光子的過程。

主要過程：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對效應(yīng)。

次要效應(yīng)：相干散射、光核反應(yīng)。在診斷X線能量范圍內(nèi)，只能發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和相干散射，電子對效應(yīng)、光核反應(yīng)不可能發(fā)生。第十頁，共十三頁，2022年，8月28日各種效應(yīng)發(fā)生的相對幾率在20-100keV診斷X線能量范圍內(nèi)，只有光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)是重要的；相干散所占比例很小，并不重要。如果忽略相干散射，那么X線診斷中就只有光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)。若用水代表低Z物質(zhì)，如肌肉、脂肪、體液和空氣等；骨含有大量鈣質(zhì)，代表人體內(nèi)中等原子序數(shù)的物質(zhì)，碘和鋇是診斷放射學(xué)中遇到的高原子序數(shù)物質(zhì)。隨原子能量（hυ）增大，光電效應(yīng)幾率下降。對低Z物質(zhì)的水呈迅速下降趨勢，對高Z物質(zhì)的碘化鈉呈緩慢下降趨勢，對中等Z物質(zhì)的骨介于兩者之間。對20keV的低能X線，各種物質(zhì)均以光電效應(yīng)為主。對引入人體內(nèi)的造影劑，在整個診斷X線能量范圍內(nèi)，光電效應(yīng)始終占絕對優(yōu)勢。掌握不同能量的X線對不同Z物質(zhì)的作用類型和幾率，對提高X線影像質(zhì)量，降低受用劑量和優(yōu)選屏蔽防護材料都有重要意義。第十一頁，共十三頁，2022年，8月28日X線的吸收與衰減X線的衰減

1、距離衰減：距離的衰減遵循射線強度衰減的平方反比法則。距離增加一倍，射線強度將衰減為原來的1/4。

2、物質(zhì)吸收衰減：射線通過物質(zhì)時，由于射線光子與物質(zhì)的作用，致使入射方向上的射線強度衰減。X線強度在物質(zhì)中的衰減規(guī)律是X線透視、攝影、造影及各種特殊檢查、CT和放療的基本依據(jù)。

3、連續(xù)X線在物質(zhì)中的衰減特點：強度變小、硬度變高、能譜變窄。實際應(yīng)用中可以改變X線管窗口濾過厚度來調(diào)節(jié)X線束的線質(zhì)。

4、衰減系數(shù)、能量轉(zhuǎn)移系數(shù)、能量吸收系數(shù)概念。影響衰減的因素

1、射線性質(zhì)對衰減的影響：射線能量越高，衰減越少。

2、物質(zhì)原子序數(shù)對衰減的影響：原子序數(shù)越高，吸收x線愈多。

3、物質(zhì)密度對衰減的影響：X線的衰減與物質(zhì)密度成正比關(guān)系。人體除骨骼外，其他組織的有效原子相差甚微，但由于密度不同，便形成衰減的差別，而產(chǎn)生了x線影像。

4、每克電子數(shù)對衰減的影響