放射防護(hù)學(xué) 第三章 X射線(xiàn)的產(chǎn)生課件

放射物理與輻射防護(hù)放射物理與輻射防護(hù)第三章

X線(xiàn)的產(chǎn)生第三章一、X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)二、X線(xiàn)的本質(zhì)與特性三、X線(xiàn)的產(chǎn)生裝置四、X線(xiàn)的產(chǎn)生原理五、描述X線(xiàn)的量和質(zhì)六、X線(xiàn)的產(chǎn)生效率七、X線(xiàn)強(qiáng)度的空間分布目錄一、X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)目錄31.掌握X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)、本質(zhì)與特性。2.掌握X線(xiàn)的產(chǎn)生條件與裝置。3.掌握X線(xiàn)的產(chǎn)生原理、量與質(zhì)、產(chǎn)生效率。4.熟悉X線(xiàn)強(qiáng)度的空間分布。5.熟悉電子與物質(zhì)的相互作用。學(xué)習(xí)目的1.掌握X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)、本質(zhì)與特性。學(xué)習(xí)目的4第一節(jié)X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)第一節(jié)

X線(xiàn)，即倫琴線(xiàn)，是德國(guó)物理學(xué)家倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)的。它與1896年提出的放射線(xiàn)和1897年發(fā)現(xiàn)的電子并稱(chēng)為“19世紀(jì)末20世紀(jì)初物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)”，是現(xiàn)代物理學(xué)興起的標(biāo)志。X線(xiàn)，即倫琴線(xiàn)，是德國(guó)物理學(xué)家倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)的6

1876年物理學(xué)家希托夫（HittorfJohannWilhelm）觀察到真空管中陰極發(fā)出的線(xiàn)，當(dāng)這些線(xiàn)遇到玻璃管壁會(huì)產(chǎn)生熒光，并將其命名為“陰極線(xiàn)”；1887年4月，尼古拉·特斯拉（Nikola

Tesla）發(fā)明了單電極X線(xiàn)管，發(fā)現(xiàn)了韌致輻的效應(yīng)，生成高能X線(xiàn)管；一、X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)歷程1876年物理學(xué)家希托夫（HittorfJohan7

1892年特斯拉完成了尼古拉·特斯拉的實(shí)驗(yàn)，但是他并沒(méi)有使用X線(xiàn)這個(gè)名字，而只是籠統(tǒng)稱(chēng)為放射能；一、X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)歷程1892年特斯拉完成了尼古拉·特斯拉的實(shí)驗(yàn)，但是8

1892年赫茲（HeinrichRudolfHertz）提出陰極線(xiàn)可以穿透非常薄的金屬箔,倫納德（PhilippEduardAntonvonLenard）對(duì)很多金屬進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)；1895年發(fā)現(xiàn)了一種線(xiàn)，能穿透木板、衣服和厚厚的書(shū)本，但可被鉛板遮擋；它在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)。倫琴給它起名叫X線(xiàn)；一、X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)歷程1892年赫茲（HeinrichRudolfHer91901年倫琴因發(fā)現(xiàn)X線(xiàn)及對(duì)其性質(zhì)的深入研究，榮獲了第一屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；1905年在第一屆國(guó)際放射學(xué)會(huì)上正式把X線(xiàn)命名為倫琴線(xiàn)。一、X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)歷程1901年倫琴因發(fā)現(xiàn)X線(xiàn)及對(duì)其性質(zhì)的深入研究，榮獲了10

1.X線(xiàn)首先被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)診斷上；2.利用X線(xiàn)的衍射現(xiàn)象研究晶體結(jié)構(gòu),根據(jù)晶體衍射的數(shù)據(jù)，精確求出阿伏加德羅常數(shù)；3.利用X線(xiàn)具有標(biāo)識(shí)譜線(xiàn)的特性，可以確定原子序數(shù)，并了解原子內(nèi)層電子的分布情況；4.X線(xiàn)的性質(zhì)也為波粒二象性提供了重要證據(jù)。二、X線(xiàn)的應(yīng)用1.X線(xiàn)首先被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)診斷上；二、X線(xiàn)的應(yīng)用11

二、X線(xiàn)的應(yīng)用二、X線(xiàn)的應(yīng)用12二、X線(xiàn)的應(yīng)用二、X線(xiàn)的應(yīng)用13第二節(jié)X線(xiàn)的本質(zhì)與特性第二節(jié)（一）X線(xiàn)的波動(dòng)性波長(zhǎng)極短（約在10-3～10nm）的橫電磁波；

一、X線(xiàn)的本質(zhì)一、X線(xiàn)的本質(zhì)15

（一）X線(xiàn)的波動(dòng)性硬X線(xiàn)：波長(zhǎng)小于0.01nm的稱(chēng)超硬X線(xiàn)，在0.01～0.1nm范圍內(nèi)的稱(chēng)硬X線(xiàn)；硬X線(xiàn)能量高、穿透性強(qiáng)，主要用來(lái)金屬部件的無(wú)損探傷（0.005～0.1

nm）和物相分析（0.05～0.25nm）。一、X線(xiàn)的本質(zhì)（一）X線(xiàn)的波動(dòng)性一、X線(xiàn)的本質(zhì)16

（一）X線(xiàn)的波動(dòng)性軟X線(xiàn)：波長(zhǎng)介于0.1～1nm范圍內(nèi)的稱(chēng)軟X線(xiàn)，軟X線(xiàn)能量較低、穿透性弱，可用于非金屬的分析，如透視等。一、X線(xiàn)的本質(zhì)（一）X線(xiàn)的波動(dòng)性一、X線(xiàn)的本質(zhì)17（二）X線(xiàn)的粒子性X線(xiàn)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；能量：

質(zhì)量：動(dòng)量：一、X線(xiàn)的本質(zhì)（二）X線(xiàn)的粒子性一、X線(xiàn)的本質(zhì)18（二）X線(xiàn)的粒子性X線(xiàn)的波動(dòng)性突出表現(xiàn)在其傳播時(shí)，如反射、干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象；而X線(xiàn)的微粒性主要表現(xiàn)在其與物質(zhì)相互作用時(shí)，如光電效應(yīng)、電離作用、熒光作用。一、X線(xiàn)的本質(zhì)（二）X線(xiàn)的粒子性一、X線(xiàn)的本質(zhì)19

（一）物理特性X線(xiàn)屬于不可見(jiàn)的電磁波，在均勻的且各向同性的介質(zhì)中沿直線(xiàn)傳播；X線(xiàn)不帶電荷，所以它不受外界磁場(chǎng)或電場(chǎng)的影響，即它在經(jīng)過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)；二、X線(xiàn)的基本特性（一）物理特性二、X線(xiàn)的基本特性20（一）物理特性具有穿透作用；

具有熒光作用；

具有電離作用；

具有熱作用。二、X線(xiàn)的基本特性（一）物理特性二、X線(xiàn)的基本特性21（二）化學(xué)特性

感光作用

著色作用二、X線(xiàn)的基本特性（二）化學(xué)特性二、X線(xiàn)的基本特性22（三）生物特性

由于X線(xiàn)在生物體內(nèi)也能產(chǎn)生電離及激發(fā)作用，也就是使生物體產(chǎn)生生物效應(yīng)，分為確定性效應(yīng)和隨機(jī)效應(yīng)。X線(xiàn)照到生物機(jī)體時(shí)，可使生物細(xì)胞受到抑制、破壞甚至壞死，致使機(jī)體發(fā)生不同程度的生理、病理和生化等方面的改變。二、X線(xiàn)的基本特性（三）生物特性二、X線(xiàn)的基本特性23第三節(jié)X線(xiàn)的產(chǎn)生條件與裝置第三節(jié)1.要有一個(gè)電子源，一般稱(chēng)為陰極。

2.要有一個(gè)能經(jīng)受起高速電子撞擊而產(chǎn)生X線(xiàn)的靶，即陽(yáng)極。

3.要有高速電子流。一、X線(xiàn)的產(chǎn)生條件一、X線(xiàn)的產(chǎn)生條件251.陰極（cathode）2.陽(yáng)極(anode)又稱(chēng)陽(yáng)極靶面，分固定和旋轉(zhuǎn)兩種3.管電壓與管電流

4.管殼二、X線(xiàn)的發(fā)生裝置二、X線(xiàn)的發(fā)生裝置26二、X線(xiàn)的發(fā)生裝置X線(xiàn)機(jī)基本線(xiàn)路圖二、X線(xiàn)的發(fā)生裝置X線(xiàn)機(jī)基本線(xiàn)路圖27第四節(jié)X線(xiàn)的產(chǎn)生原理第四節(jié)（一）電離

原子的外層價(jià)電子或內(nèi)層電子在高速電子作用下完全脫離原子軌道，使原子變成離子。

電離過(guò)程中向外發(fā)射的光譜有兩種：一部分光能幾乎全部被周?chē)铀眨D(zhuǎn)化為熱。另一種是內(nèi)層電子完全脫離軌道，使原子處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)原子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生標(biāo)識(shí)X線(xiàn)，即特征X線(xiàn)。一、電子與物質(zhì)的相互作用（一）電離一、電子與物質(zhì)的相互作用29（二）激發(fā)

高速電子或二次電子撞擊原子外層電子，由于作用較弱，不足使其電離，僅將電子推入更高能級(jí)的空殼層，使原子處于激發(fā)態(tài)，這種作用叫激發(fā)。（三）彈性散射

高速電子受原子核電場(chǎng)的作用而改變運(yùn)動(dòng)方向，但是能量不變，稱(chēng)為彈性散射。一、電子與物質(zhì)的相互作用（二）激發(fā)一、電子與物質(zhì)的相互作用30（四）軔致輻射

高速電子在原子核的電場(chǎng)作用下，速度突然變小時(shí)，它的一部分能量轉(zhuǎn)變成電磁波發(fā)射出來(lái)，這種情況叫軔致輻射。一、電子與物質(zhì)的相互作用（四）軔致輻射一、電子與物質(zhì)的相互作用31（一）連續(xù)X線(xiàn)的產(chǎn)生原理

物理過(guò)程：連續(xù)X線(xiàn)是由波長(zhǎng)連續(xù)變化的譜線(xiàn)組成的，是高速電子與靶原子核發(fā)生相互作用發(fā)生軔致輻射的結(jié)果，是電子的動(dòng)能直接轉(zhuǎn)化來(lái)的。二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理（一）連續(xù)X線(xiàn)的產(chǎn)生原理二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理32

連續(xù)譜的特點(diǎn)：連續(xù)譜線(xiàn)的強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化而變化，在某波長(zhǎng)上有一個(gè)強(qiáng)度極大值，這個(gè)極大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱(chēng)為連續(xù)X線(xiàn)的最短波長(zhǎng)。

根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒定理，假設(shè)高速電子撞擊靶時(shí)，電子能量中有p部分消耗于陽(yáng)極各種不同過(guò)程的激發(fā)，則二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理連續(xù)譜的特點(diǎn)：連續(xù)譜線(xiàn)的強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化而變化，在某波33

電子與物質(zhì)的相互作用位置鎢在較低管電壓下的連續(xù)X線(xiàn)譜二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理電子與物質(zhì)的相互作用位置鎢在較低管電壓下的連續(xù)X線(xiàn)譜二34

光子能量的最大極限

也只能等于入電子在X線(xiàn)管加速電場(chǎng)中所獲得的能量

，即

連續(xù)X線(xiàn)的最短波長(zhǎng)只與管電壓有關(guān)，與其它因素沒(méi)有關(guān)系。二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理光子能量的最大極限也只能等于入電子35

（二）影響連續(xù)X線(xiàn)的因素

陽(yáng)極靶的物質(zhì)原子序數(shù)的影響

管電流的影響

管電壓的影響

二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理（二）影響連續(xù)X線(xiàn)的因素二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理36

在上述討論中，所涉及的管電壓為恒定電壓，對(duì)于脈動(dòng)電壓，產(chǎn)生的X線(xiàn)最短波長(zhǎng)只與管電壓的峰值有關(guān)。當(dāng)峰值電壓與恒定電壓相同時(shí)，脈動(dòng)電壓產(chǎn)生的X線(xiàn)的平均能量顯然要低，三相的X線(xiàn)譜線(xiàn)明顯比單相譜線(xiàn)的X線(xiàn)能量強(qiáng)，并且譜線(xiàn)向高能量方向偏移。在相同管電流時(shí)，脈動(dòng)電壓產(chǎn)生的X線(xiàn)強(qiáng)度也低。二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理在上述討論中，所涉及的管電壓為恒定電壓，對(duì)于脈動(dòng)電壓37連續(xù)X線(xiàn)的總強(qiáng)度：經(jīng)驗(yàn)公式：最強(qiáng)波長(zhǎng)：平均波長(zhǎng)：二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理連續(xù)X線(xiàn)的總強(qiáng)度：經(jīng)驗(yàn)公式：最強(qiáng)波長(zhǎng)：平均波長(zhǎng)：二、兩種X線(xiàn)38

1.物理過(guò)程特征

特征X線(xiàn)是由譜線(xiàn)分立的線(xiàn)狀譜線(xiàn)構(gòu)成，是高速運(yùn)動(dòng)的電子與內(nèi)層電子發(fā)生作用的結(jié)果，是由電子的動(dòng)能間接得來(lái)的，它與靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。

（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理1.物理過(guò)程特征（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、兩種X39

1.物理過(guò)程特征

事實(shí)上,不同靶材料都有自己特定的線(xiàn)狀光譜，它表征靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)特性，而與其它因素?zé)o關(guān)。通常把這種輻射稱(chēng)為特征輻射，也稱(chēng)為標(biāo)識(shí)輻射，由此產(chǎn)生的X線(xiàn)稱(chēng)為特征X線(xiàn)。（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理1.物理過(guò)程特征（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、兩種X線(xiàn)的402.特征X線(xiàn)的激發(fā)電壓

靶原子的軌道電子在原子中具有確定的結(jié)合能，只有當(dāng)入高速電子的動(dòng)能大于其結(jié)合能時(shí)，才有可能被擊脫造成電子空位，產(chǎn)生特征X線(xiàn)。入電子的動(dòng)能完全由管電壓決定，因此，管電壓

必須滿(mǎn)足下式的關(guān)系（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理2.特征X線(xiàn)的激發(fā)電壓（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、41靶材料原子序數(shù)激發(fā)電壓（kV）K系L系鋁（Al）131.560.09銅（Cu）298.980.95鉬（Mo）4220.002.87錫（Sn）5029.184.14鎢（W）7469.5112.09鉛（Pb）8288.0015.86

表

幾種靶材料產(chǎn)生K、L系特征放的激發(fā)電壓二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理靶材料原子序數(shù)激發(fā)電壓（kV）K系L系鋁（Al）131.56423.影響特征X線(xiàn)強(qiáng)度的因素

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明：K系的特征X線(xiàn)的強(qiáng)度

可用下式表示

K系的特征X線(xiàn)的強(qiáng)度與管電流成正比，管電壓大于激發(fā)電壓時(shí)才發(fā)生K系放射，并隨著管電壓的升高K系強(qiáng)度迅速增大。（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理3.影響特征X線(xiàn)強(qiáng)度的因素（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二43鎢靶在較高管電壓下產(chǎn)生的特征X線(xiàn)二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理鎢靶在較高管電壓下產(chǎn)生的特征X線(xiàn)二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理44第五節(jié)X線(xiàn)的量與質(zhì)第五節(jié)1.X線(xiàn)的量

量就是X光子的數(shù)目。設(shè)在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位橫截面積上的X光子數(shù)目為N，若每個(gè)光子的能量為hν，則單色X線(xiàn)強(qiáng)度一、概念及其表示方法1.X線(xiàn)的量一、概念及其表示方法46

對(duì)于波長(zhǎng)不同的，但能量完全確定的

，

，……有限種X光子組成的復(fù)色X線(xiàn)，其強(qiáng)度為：

對(duì)于波長(zhǎng)由

到

的連續(xù)X線(xiàn)譜，對(duì)應(yīng)的X線(xiàn)光子能量由

到零，其強(qiáng)度：一、概念及其表示方法對(duì)于波長(zhǎng)不同的，但能量完全確定的，47

2.X線(xiàn)的質(zhì)

X線(xiàn)的質(zhì)又稱(chēng)線(xiàn)質(zhì)，它表示X線(xiàn)的硬度，即穿透物質(zhì)本領(lǐng)的大小。X線(xiàn)的質(zhì)完全由光子能量決定，而與光子個(gè)數(shù)無(wú)關(guān)。

一、概念及其表示方法2.X線(xiàn)的質(zhì)一、概念及其表示方法48

半價(jià)層是指線(xiàn)數(shù)衰減到初始強(qiáng)度的一半時(shí)，所需吸收體的厚度。X線(xiàn)對(duì)不同物質(zhì)的穿透能力不一樣，因此對(duì)于同一束X線(xiàn)來(lái)講，描述半價(jià)層可用不同標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不同厚度來(lái)表示。診斷用X線(xiàn)通常用鋁作為表示半價(jià)層的物質(zhì)，半價(jià)層的值愈大表示X線(xiàn)的質(zhì)愈硬。一、概念及其表示方法半價(jià)層是指線(xiàn)數(shù)衰減到初始強(qiáng)度的一半時(shí)，所需吸收體的厚49（一）影響X線(xiàn)量的因素

在管電壓、管電流、投照時(shí)間相同的情況下，陽(yáng)極靶的原子序數(shù)愈高，X線(xiàn)的量愈大；

在一定管電壓下同種靶物質(zhì)的X線(xiàn)的量與管電流成正比；

在一定管電流下同種靶物質(zhì)的X線(xiàn)的量與管電壓的平方成正比；二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素（一）影響X線(xiàn)量的因素二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素50（一）影響X線(xiàn)量的因素

二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素（一）影響X線(xiàn)量的因素二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素51

二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素52（二）影響X線(xiàn)質(zhì)的因素

一般來(lái)講，X線(xiàn)的質(zhì)取決于管電壓的大小。無(wú)論何種靶物質(zhì)，在一定管電壓下所產(chǎn)生的連續(xù)X線(xiàn)譜的最短波長(zhǎng)和最長(zhǎng)波長(zhǎng)是相同的。峰值輻射強(qiáng)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。連續(xù)X線(xiàn)的質(zhì)隨管電壓升高而變硬，但特征X線(xiàn)的質(zhì)只與靶物質(zhì)有關(guān)。脈動(dòng)電壓產(chǎn)生的X線(xiàn)質(zhì)比恒定電壓下的軟。所以管電壓波形對(duì)X線(xiàn)的質(zhì)也有影響。二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素（二）影響X線(xiàn)質(zhì)的因素二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素53（二）影響X線(xiàn)質(zhì)的因素

濾過(guò)對(duì)X線(xiàn)的量與質(zhì)及能譜構(gòu)成均有很大影響。增加濾過(guò)板厚度，可大量衰減連續(xù)譜中的低能成分，使能譜變窄，線(xiàn)質(zhì)提高，但總的強(qiáng)度降低了。二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素（二）影響X線(xiàn)質(zhì)的因素二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素54第六節(jié)X線(xiàn)的產(chǎn)生效率第六節(jié)X線(xiàn)的產(chǎn)生效率：在X線(xiàn)管中產(chǎn)生的X線(xiàn)能與加速電子所消耗電能的比值。數(shù)值上等于X線(xiàn)的輻射功率（即X線(xiàn)的總強(qiáng)度）與高速電子流功率之比X線(xiàn)的產(chǎn)生效率：在X線(xiàn)管中產(chǎn)生的X線(xiàn)能與加速電子所消56

X線(xiàn)的利用率：它是指從X線(xiàn)管發(fā)出的、能夠用來(lái)攝影的X線(xiàn)能量與從陽(yáng)極靶面產(chǎn)生的X線(xiàn)能量的比值。而能夠充分利用的X線(xiàn)不足陽(yáng)極靶面產(chǎn)生X線(xiàn)總量的10%，90%以上的X線(xiàn)能都轉(zhuǎn)化為了熱量被陽(yáng)極靶、管殼、管壁、絕緣油等吸收了，說(shuō)明X線(xiàn)的利用率也很低。X線(xiàn)的利用率：它是指從X線(xiàn)管發(fā)出的、能夠用來(lái)攝影的X57第七節(jié)X線(xiàn)強(qiáng)度的空間分布第七節(jié)

根據(jù)薄靶產(chǎn)生X線(xiàn)的空間分布特點(diǎn)，在管電壓較低時(shí)，利用反式靶在技術(shù)上很有好處；但對(duì)使用超高壓X線(xiàn)管時(shí)，管電壓過(guò)高，考慮能量分布因素，則須采用穿透式靶，電子從靶的一面入，X線(xiàn)從另一面出。醫(yī)用電子直線(xiàn)加速器產(chǎn)生的高能X線(xiàn)，使用的就是穿透式的薄靶。

一、薄靶周?chē)鶻線(xiàn)強(qiáng)度的分布根據(jù)薄靶產(chǎn)生X線(xiàn)的空間分布特點(diǎn)，在管電壓較低時(shí)，利用59

一、薄靶周?chē)鶻線(xiàn)強(qiáng)度的分布一、薄靶周?chē)鶻線(xiàn)強(qiáng)度的分布60陽(yáng)極效應(yīng)：愈靠近陽(yáng)極一側(cè)，X線(xiàn)的強(qiáng)度下降得愈多，而且靶角愈小，下降的程度越大。這種愈靠近陽(yáng)極，X線(xiàn)強(qiáng)度下降得愈多的現(xiàn)象，也稱(chēng)為“足跟”效應(yīng)。二、厚靶周?chē)鶻線(xiàn)強(qiáng)度的分布陽(yáng)極效應(yīng)：愈靠近陽(yáng)極一側(cè)，X線(xiàn)的強(qiáng)度下降得愈多，而且611.X線(xiàn)是由德國(guó)物理學(xué)家倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)的，它是高速電子在真空環(huán)境中撞擊陽(yáng)極靶而產(chǎn)生的。2.就本質(zhì)而言，X線(xiàn)具有波粒二象性。3.通常用X線(xiàn)的強(qiáng)度來(lái)表示X的量與質(zhì)：X線(xiàn)的量要受到管電壓、管電流以及陽(yáng)極靶材質(zhì)的影響，而X線(xiàn)質(zhì)主要受管電壓的影響。小結(jié)1.X線(xiàn)是由德國(guó)物理學(xué)家倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)的，它是624.X線(xiàn)是由兩種成分組成的混合射線(xiàn)，包括連續(xù)X線(xiàn)和特征X線(xiàn)。5.X線(xiàn)管中產(chǎn)生的X線(xiàn)能與加速電子所消耗電能的比值稱(chēng)為X線(xiàn)的產(chǎn)生效率。通常，從X線(xiàn)管焦點(diǎn)發(fā)出的X線(xiàn)，在空間各個(gè)方向上的分布是不均勻的：薄陽(yáng)極靶的周?chē)鶻線(xiàn)會(huì)隨著管電壓的升高趨向集中，厚陽(yáng)極靶的周?chē)鶻線(xiàn)會(huì)出現(xiàn)陽(yáng)極效應(yīng)。小結(jié)4.X線(xiàn)是由兩種成分組成的混合射線(xiàn)，包括連續(xù)X線(xiàn)和特63放射防護(hù)學(xué)第三章X射線(xiàn)的產(chǎn)生課件放射物理與輻射防護(hù)放射物理與輻射防護(hù)第三章

X線(xiàn)的產(chǎn)生第三章一、X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)二、X線(xiàn)的本質(zhì)與特性三、X線(xiàn)的產(chǎn)生裝置四、X線(xiàn)的產(chǎn)生原理五、描述X線(xiàn)的量和質(zhì)六、X線(xiàn)的產(chǎn)生效率七、X線(xiàn)強(qiáng)度的空間分布目錄一、X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)目錄671.掌握X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)、本質(zhì)與特性。2.掌握X線(xiàn)的產(chǎn)生條件與裝置。3.掌握X線(xiàn)的產(chǎn)生原理、量與質(zhì)、產(chǎn)生效率。4.熟悉X線(xiàn)強(qiáng)度的空間分布。5.熟悉電子與物質(zhì)的相互作用。學(xué)習(xí)目的1.掌握X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)、本質(zhì)與特性。學(xué)習(xí)目的68第一節(jié)X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)第一節(jié)

X線(xiàn)，即倫琴線(xiàn)，是德國(guó)物理學(xué)家倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)的。它與1896年提出的放射線(xiàn)和1897年發(fā)現(xiàn)的電子并稱(chēng)為“19世紀(jì)末20世紀(jì)初物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)”，是現(xiàn)代物理學(xué)興起的標(biāo)志。X線(xiàn)，即倫琴線(xiàn)，是德國(guó)物理學(xué)家倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)的70

1876年物理學(xué)家希托夫（HittorfJohannWilhelm）觀察到真空管中陰極發(fā)出的線(xiàn)，當(dāng)這些線(xiàn)遇到玻璃管壁會(huì)產(chǎn)生熒光，并將其命名為“陰極線(xiàn)”；1887年4月，尼古拉·特斯拉（Nikola

Tesla）發(fā)明了單電極X線(xiàn)管，發(fā)現(xiàn)了韌致輻的效應(yīng)，生成高能X線(xiàn)管；一、X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)歷程1876年物理學(xué)家希托夫（HittorfJohan71

1892年特斯拉完成了尼古拉·特斯拉的實(shí)驗(yàn)，但是他并沒(méi)有使用X線(xiàn)這個(gè)名字，而只是籠統(tǒng)稱(chēng)為放射能；一、X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)歷程1892年特斯拉完成了尼古拉·特斯拉的實(shí)驗(yàn)，但是72

1892年赫茲（HeinrichRudolfHertz）提出陰極線(xiàn)可以穿透非常薄的金屬箔,倫納德（PhilippEduardAntonvonLenard）對(duì)很多金屬進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)；1895年發(fā)現(xiàn)了一種線(xiàn)，能穿透木板、衣服和厚厚的書(shū)本，但可被鉛板遮擋；它在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)。倫琴給它起名叫X線(xiàn)；一、X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)歷程1892年赫茲（HeinrichRudolfHer731901年倫琴因發(fā)現(xiàn)X線(xiàn)及對(duì)其性質(zhì)的深入研究，榮獲了第一屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；1905年在第一屆國(guó)際放射學(xué)會(huì)上正式把X線(xiàn)命名為倫琴線(xiàn)。一、X線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)歷程1901年倫琴因發(fā)現(xiàn)X線(xiàn)及對(duì)其性質(zhì)的深入研究，榮獲了74

1.X線(xiàn)首先被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)診斷上；2.利用X線(xiàn)的衍射現(xiàn)象研究晶體結(jié)構(gòu),根據(jù)晶體衍射的數(shù)據(jù)，精確求出阿伏加德羅常數(shù)；3.利用X線(xiàn)具有標(biāo)識(shí)譜線(xiàn)的特性，可以確定原子序數(shù)，并了解原子內(nèi)層電子的分布情況；4.X線(xiàn)的性質(zhì)也為波粒二象性提供了重要證據(jù)。二、X線(xiàn)的應(yīng)用1.X線(xiàn)首先被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)診斷上；二、X線(xiàn)的應(yīng)用75

二、X線(xiàn)的應(yīng)用二、X線(xiàn)的應(yīng)用76二、X線(xiàn)的應(yīng)用二、X線(xiàn)的應(yīng)用77第二節(jié)X線(xiàn)的本質(zhì)與特性第二節(jié)（一）X線(xiàn)的波動(dòng)性波長(zhǎng)極短（約在10-3～10nm）的橫電磁波；

一、X線(xiàn)的本質(zhì)一、X線(xiàn)的本質(zhì)79

（一）X線(xiàn)的波動(dòng)性硬X線(xiàn)：波長(zhǎng)小于0.01nm的稱(chēng)超硬X線(xiàn)，在0.01～0.1nm范圍內(nèi)的稱(chēng)硬X線(xiàn)；硬X線(xiàn)能量高、穿透性強(qiáng)，主要用來(lái)金屬部件的無(wú)損探傷（0.005～0.1

nm）和物相分析（0.05～0.25nm）。一、X線(xiàn)的本質(zhì)（一）X線(xiàn)的波動(dòng)性一、X線(xiàn)的本質(zhì)80

（一）X線(xiàn)的波動(dòng)性軟X線(xiàn)：波長(zhǎng)介于0.1～1nm范圍內(nèi)的稱(chēng)軟X線(xiàn)，軟X線(xiàn)能量較低、穿透性弱，可用于非金屬的分析，如透視等。一、X線(xiàn)的本質(zhì)（一）X線(xiàn)的波動(dòng)性一、X線(xiàn)的本質(zhì)81（二）X線(xiàn)的粒子性X線(xiàn)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；能量：

質(zhì)量：動(dòng)量：一、X線(xiàn)的本質(zhì)（二）X線(xiàn)的粒子性一、X線(xiàn)的本質(zhì)82（二）X線(xiàn)的粒子性X線(xiàn)的波動(dòng)性突出表現(xiàn)在其傳播時(shí)，如反射、干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象；而X線(xiàn)的微粒性主要表現(xiàn)在其與物質(zhì)相互作用時(shí)，如光電效應(yīng)、電離作用、熒光作用。一、X線(xiàn)的本質(zhì)（二）X線(xiàn)的粒子性一、X線(xiàn)的本質(zhì)83

（一）物理特性X線(xiàn)屬于不可見(jiàn)的電磁波，在均勻的且各向同性的介質(zhì)中沿直線(xiàn)傳播；X線(xiàn)不帶電荷，所以它不受外界磁場(chǎng)或電場(chǎng)的影響，即它在經(jīng)過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)；二、X線(xiàn)的基本特性（一）物理特性二、X線(xiàn)的基本特性84（一）物理特性具有穿透作用；

具有熒光作用；

具有電離作用；

具有熱作用。二、X線(xiàn)的基本特性（一）物理特性二、X線(xiàn)的基本特性85（二）化學(xué)特性

感光作用

著色作用二、X線(xiàn)的基本特性（二）化學(xué)特性二、X線(xiàn)的基本特性86（三）生物特性

由于X線(xiàn)在生物體內(nèi)也能產(chǎn)生電離及激發(fā)作用，也就是使生物體產(chǎn)生生物效應(yīng)，分為確定性效應(yīng)和隨機(jī)效應(yīng)。X線(xiàn)照到生物機(jī)體時(shí)，可使生物細(xì)胞受到抑制、破壞甚至壞死，致使機(jī)體發(fā)生不同程度的生理、病理和生化等方面的改變。二、X線(xiàn)的基本特性（三）生物特性二、X線(xiàn)的基本特性87第三節(jié)X線(xiàn)的產(chǎn)生條件與裝置第三節(jié)1.要有一個(gè)電子源，一般稱(chēng)為陰極。

2.要有一個(gè)能經(jīng)受起高速電子撞擊而產(chǎn)生X線(xiàn)的靶，即陽(yáng)極。

3.要有高速電子流。一、X線(xiàn)的產(chǎn)生條件一、X線(xiàn)的產(chǎn)生條件891.陰極（cathode）2.陽(yáng)極(anode)又稱(chēng)陽(yáng)極靶面，分固定和旋轉(zhuǎn)兩種3.管電壓與管電流

4.管殼二、X線(xiàn)的發(fā)生裝置二、X線(xiàn)的發(fā)生裝置90二、X線(xiàn)的發(fā)生裝置X線(xiàn)機(jī)基本線(xiàn)路圖二、X線(xiàn)的發(fā)生裝置X線(xiàn)機(jī)基本線(xiàn)路圖91第四節(jié)X線(xiàn)的產(chǎn)生原理第四節(jié)（一）電離

原子的外層價(jià)電子或內(nèi)層電子在高速電子作用下完全脫離原子軌道，使原子變成離子。

電離過(guò)程中向外發(fā)射的光譜有兩種：一部分光能幾乎全部被周?chē)铀?，轉(zhuǎn)化為熱。另一種是內(nèi)層電子完全脫離軌道，使原子處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)原子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生標(biāo)識(shí)X線(xiàn)，即特征X線(xiàn)。一、電子與物質(zhì)的相互作用（一）電離一、電子與物質(zhì)的相互作用93（二）激發(fā)

高速電子或二次電子撞擊原子外層電子，由于作用較弱，不足使其電離，僅將電子推入更高能級(jí)的空殼層，使原子處于激發(fā)態(tài)，這種作用叫激發(fā)。（三）彈性散射

高速電子受原子核電場(chǎng)的作用而改變運(yùn)動(dòng)方向，但是能量不變，稱(chēng)為彈性散射。一、電子與物質(zhì)的相互作用（二）激發(fā)一、電子與物質(zhì)的相互作用94（四）軔致輻射

高速電子在原子核的電場(chǎng)作用下，速度突然變小時(shí)，它的一部分能量轉(zhuǎn)變成電磁波發(fā)射出來(lái)，這種情況叫軔致輻射。一、電子與物質(zhì)的相互作用（四）軔致輻射一、電子與物質(zhì)的相互作用95（一）連續(xù)X線(xiàn)的產(chǎn)生原理

物理過(guò)程：連續(xù)X線(xiàn)是由波長(zhǎng)連續(xù)變化的譜線(xiàn)組成的，是高速電子與靶原子核發(fā)生相互作用發(fā)生軔致輻射的結(jié)果，是電子的動(dòng)能直接轉(zhuǎn)化來(lái)的。二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理（一）連續(xù)X線(xiàn)的產(chǎn)生原理二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理96

連續(xù)譜的特點(diǎn)：連續(xù)譜線(xiàn)的強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化而變化，在某波長(zhǎng)上有一個(gè)強(qiáng)度極大值，這個(gè)極大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱(chēng)為連續(xù)X線(xiàn)的最短波長(zhǎng)。

根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒定理，假設(shè)高速電子撞擊靶時(shí)，電子能量中有p部分消耗于陽(yáng)極各種不同過(guò)程的激發(fā)，則二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理連續(xù)譜的特點(diǎn)：連續(xù)譜線(xiàn)的強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化而變化，在某波97

電子與物質(zhì)的相互作用位置鎢在較低管電壓下的連續(xù)X線(xiàn)譜二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理電子與物質(zhì)的相互作用位置鎢在較低管電壓下的連續(xù)X線(xiàn)譜二98

光子能量的最大極限

也只能等于入電子在X線(xiàn)管加速電場(chǎng)中所獲得的能量

，即

連續(xù)X線(xiàn)的最短波長(zhǎng)只與管電壓有關(guān)，與其它因素沒(méi)有關(guān)系。二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理光子能量的最大極限也只能等于入電子99

（二）影響連續(xù)X線(xiàn)的因素

陽(yáng)極靶的物質(zhì)原子序數(shù)的影響

管電流的影響

管電壓的影響

二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理（二）影響連續(xù)X線(xiàn)的因素二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理100

在上述討論中，所涉及的管電壓為恒定電壓，對(duì)于脈動(dòng)電壓，產(chǎn)生的X線(xiàn)最短波長(zhǎng)只與管電壓的峰值有關(guān)。當(dāng)峰值電壓與恒定電壓相同時(shí)，脈動(dòng)電壓產(chǎn)生的X線(xiàn)的平均能量顯然要低，三相的X線(xiàn)譜線(xiàn)明顯比單相譜線(xiàn)的X線(xiàn)能量強(qiáng)，并且譜線(xiàn)向高能量方向偏移。在相同管電流時(shí)，脈動(dòng)電壓產(chǎn)生的X線(xiàn)強(qiáng)度也低。二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理在上述討論中，所涉及的管電壓為恒定電壓，對(duì)于脈動(dòng)電壓101連續(xù)X線(xiàn)的總強(qiáng)度：經(jīng)驗(yàn)公式：最強(qiáng)波長(zhǎng)：平均波長(zhǎng)：二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理連續(xù)X線(xiàn)的總強(qiáng)度：經(jīng)驗(yàn)公式：最強(qiáng)波長(zhǎng)：平均波長(zhǎng)：二、兩種X線(xiàn)102

1.物理過(guò)程特征

特征X線(xiàn)是由譜線(xiàn)分立的線(xiàn)狀譜線(xiàn)構(gòu)成，是高速運(yùn)動(dòng)的電子與內(nèi)層電子發(fā)生作用的結(jié)果，是由電子的動(dòng)能間接得來(lái)的，它與靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。

（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理1.物理過(guò)程特征（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、兩種X103

1.物理過(guò)程特征

事實(shí)上,不同靶材料都有自己特定的線(xiàn)狀光譜，它表征靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)特性，而與其它因素?zé)o關(guān)。通常把這種輻射稱(chēng)為特征輻射，也稱(chēng)為標(biāo)識(shí)輻射，由此產(chǎn)生的X線(xiàn)稱(chēng)為特征X線(xiàn)。（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理1.物理過(guò)程特征（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、兩種X線(xiàn)的1042.特征X線(xiàn)的激發(fā)電壓

靶原子的軌道電子在原子中具有確定的結(jié)合能，只有當(dāng)入高速電子的動(dòng)能大于其結(jié)合能時(shí)，才有可能被擊脫造成電子空位，產(chǎn)生特征X線(xiàn)。入電子的動(dòng)能完全由管電壓決定，因此，管電壓

必須滿(mǎn)足下式的關(guān)系（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理2.特征X線(xiàn)的激發(fā)電壓（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、105靶材料原子序數(shù)激發(fā)電壓（kV）K系L系鋁（Al）131.560.09銅（Cu）298.980.95鉬（Mo）4220.002.87錫（Sn）5029.184.14鎢（W）7469.5112.09鉛（Pb）8288.0015.86

表

幾種靶材料產(chǎn)生K、L系特征放的激發(fā)電壓二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理靶材料原子序數(shù)激發(fā)電壓（kV）K系L系鋁（Al）131.561063.影響特征X線(xiàn)強(qiáng)度的因素

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明：K系的特征X線(xiàn)的強(qiáng)度

可用下式表示

K系的特征X線(xiàn)的強(qiáng)度與管電流成正比，管電壓大于激發(fā)電壓時(shí)才發(fā)生K系放射，并隨著管電壓的升高K系強(qiáng)度迅速增大。（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理3.影響特征X線(xiàn)強(qiáng)度的因素（二）特征X線(xiàn)產(chǎn)生原理二107鎢靶在較高管電壓下產(chǎn)生的特征X線(xiàn)二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理鎢靶在較高管電壓下產(chǎn)生的特征X線(xiàn)二、兩種X線(xiàn)的產(chǎn)生原理108第五節(jié)X線(xiàn)的量與質(zhì)第五節(jié)1.X線(xiàn)的量

量就是X光子的數(shù)目。設(shè)在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位橫截面積上的X光子數(shù)目為N，若每個(gè)光子的能量為hν，則單色X線(xiàn)強(qiáng)度一、概念及其表示方法1.X線(xiàn)的量一、概念及其表示方法110

對(duì)于波長(zhǎng)不同的，但能量完全確定的

，

，……有限種X光子組成的復(fù)色X線(xiàn)，其強(qiáng)度為：

對(duì)于波長(zhǎng)由

到

的連續(xù)X線(xiàn)譜，對(duì)應(yīng)的X線(xiàn)光子能量由

到零，其強(qiáng)度：一、概念及其表示方法對(duì)于波長(zhǎng)不同的，但能量完全確定的，111

2.X線(xiàn)的質(zhì)

X線(xiàn)的質(zhì)又稱(chēng)線(xiàn)質(zhì)，它表示X線(xiàn)的硬度，即穿透物質(zhì)本領(lǐng)的大小。X線(xiàn)的質(zhì)完全由光子能量決定，而與光子個(gè)數(shù)無(wú)關(guān)。

一、概念及其表示方法2.X線(xiàn)的質(zhì)一、概念及其表示方法112

半價(jià)層是指線(xiàn)數(shù)衰減到初始強(qiáng)度的一半時(shí)，所需吸收體的厚度。X線(xiàn)對(duì)不同物質(zhì)的穿透能力不一樣，因此對(duì)于同一束X線(xiàn)來(lái)講，描述半價(jià)層可用不同標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不同厚度來(lái)表示。診斷用X線(xiàn)通常用鋁作為表示半價(jià)層的物質(zhì)，半價(jià)層的值愈大表示X線(xiàn)的質(zhì)愈硬。一、概念及其表示方法半價(jià)層是指線(xiàn)數(shù)衰減到初始強(qiáng)度的一半時(shí)，所需吸收體的厚113（一）影響X線(xiàn)量的因素

在管電壓、管電流、投照時(shí)間相同的情況下，陽(yáng)極靶的原子序數(shù)愈高，X線(xiàn)的量愈大；

在一定管電壓下同種靶物質(zhì)的X線(xiàn)的量與管電流成正比；

在一定管電流下同種靶物質(zhì)的X線(xiàn)的量與管電壓的平方成正比；二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素（一）影響X線(xiàn)量的因素二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素114（一）影響X線(xiàn)量的因素

二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素（一）影響X線(xiàn)量的因素二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素115

二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素二、影響X線(xiàn)量和質(zhì)的因素1