X線的性質(zhì)與物質(zhì)相互作用PPT課件

1、X X線性質(zhì)與物質(zhì)相互作線性質(zhì)與物質(zhì)相互作用用邢臺(tái)市人民醫(yī)院 孔德博第1頁/共14頁X X線性質(zhì)與物質(zhì)相互作用線性質(zhì)與物質(zhì)相互作用X X線性質(zhì)線性質(zhì)X X線特性線特性X X線與物質(zhì)相互作線與物質(zhì)相互作用用第2頁/共14頁X X線的性質(zhì)線的性質(zhì) X X線的本質(zhì)線的本質(zhì) X X線是電磁輻射譜中的一部分，屬于電離線是電磁輻射譜中的一部分，屬于電離輻射，波長介于紫外線和輻射，波長介于紫外線和射線之間。其本質(zhì)和可見光、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，不同的是紫外線燈完全一樣，就是電磁波，不同的是X X線頻率高，線頻率高，波長短。所以波長短。所以X X線同可見光一樣，也具有波粒二象

2、性。線同可見光一樣，也具有波粒二象性。 1 1、波動(dòng)性（大量）、波動(dòng)性（大量） 屬于橫波，具有衍射、偏振、屬于橫波，具有衍射、偏振、反射、折射等現(xiàn)象。反射、折射等現(xiàn)象。 2 2、微粒性（少量）、微粒性（少量） 光電效應(yīng)、熒光作用、電離光電效應(yīng)、熒光作用、電離作用作用。 第3頁/共14頁X X線的特性線的特性 1、物理特性 X線在真空中，是直線傳播不可見電磁波。 X線不帶電，不受外電磁場干擾。 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(qiáng)的貫穿本領(lǐng)。 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。 電離作用：擊脫原子中軌道電子

3、，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(jí)電子的電離作用。 熱作用：X線被物質(zhì)吸收，最終絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?2、化學(xué)特性 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。 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。 3、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： 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(dāng)數(shù)量的細(xì)胞而這些細(xì)胞又不能由活細(xì)胞的增殖來補(bǔ)充，則這種照射可引起人類的確定性效應(yīng)。 隨機(jī)性效應(yīng)：該效應(yīng)被認(rèn)為無劑量閾值，有害效應(yīng)的嚴(yán)重程度

4、與受照計(jì)量的大小無關(guān)。第4頁/共14頁X X線與物質(zhì)相互作用線與物質(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(shí)，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(biāo)識(shí)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

5、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(dāng)?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5頁/共14頁X X線與物質(zhì)相互作用線與物質(zhì)相互作用 2、康普頓效應(yīng)：當(dāng)一個(gè)光子擊脫原子外層軌道上的電子或者自由電子時(shí)，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(yùn)動(dòng)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

6、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（h）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(dá)前方的散射線增加膠片灰霧度，影響圖像質(zhì)量，到達(dá)側(cè)面的散射線給防護(hù)帶來困難。第6頁/共14頁散射線散射線 散射線：由于焦點(diǎn)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(qiáng)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(shí)，散

7、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(shí)，散射線含有率大幅度上升。（100-200cm2，600-700cm2）第7頁/共14頁X X線與物質(zhì)相互作用線與物質(zhì)相互作用 3、電子對效應(yīng)：一個(gè)具有足夠能量的光子，在與靶原子核相互作用時(shí)，光子突然消失，同時(shí)轉(zhuǎn)化為一對正負(fù)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(gè)數(shù)成正比，也近似與光子能量的對數(shù)成正比?？梢?，該作用過程對高能光子和高原子序數(shù)物質(zhì)來說才是

8、重要的。第8頁/共14頁X X線與物質(zhì)相互作用線與物質(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(jí)上，隨即又躍遷回原能級(jí)，同時(shí)放出一個(gè)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9頁/共14頁X X線與物質(zhì)相互作用線與物質(zhì)相互作用 5、光核反應(yīng)：光子與原子核而發(fā)生

9、核反應(yīng)。這是一個(gè)光子從原子核內(nèi)擊出數(shù)量不等的中子、質(zhì)子和光子的過程。 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10頁/共14頁各種效應(yīng)發(fā)生的相對幾率各種效應(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)

10、物質(zhì)。 隨原子能量（h）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(gè)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(hù)材料都有重要意義。第11頁/共14頁X X線的吸收與衰減線的吸收與衰減 X線的衰減 1、距離衰減：距離的衰減遵循射線強(qiáng)度衰減的平方反比法則。距離增加一倍，射線強(qiáng)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(shí)，由于射線光子與物質(zhì)的作用，致使入射方向上的射線強(qiáng)度衰減。X線強(qiáng)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(diǎn)：強(qiáng)度變小、硬度變高、能譜變窄。實(shí)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