第三章 X線的產(chǎn)生

本質(zhì)第三章

X射線的產(chǎn)生高頻電磁波（1016~1020Hz）波動(dòng)性（λ，f，T）干涉、衍射、偏振粒子性（m，p，E）光子、光電效應(yīng)、熒光、電離作用波粒二象性特性物理特性化學(xué)特性生物特性1、在均勻、各向的介質(zhì)中直線傳播2、不帶電3、穿透本領(lǐng)強(qiáng)4、熒光作用5、電離作用6、熱作用1、感光作用2、著色作用可使細(xì)胞產(chǎn)生抑制、損傷、壞死。生物作用---X射線物理特性穿透作用－－－是X線透視、攝影基礎(chǔ)X線具有強(qiáng)穿透性作用，其穿透能力和光子能量有關(guān)，還和物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)。Z吸收穿透穿透作用－－同時(shí)也是選擇X線防護(hù)材料基礎(chǔ)生物作用---X射線物理特性電離作用－－－是X線損傷、治療基礎(chǔ)X線能導(dǎo)致物質(zhì)原子或分子電離X線氣體電荷電離產(chǎn)生測(cè)量劑量計(jì)電離作用－－－也是測(cè)量X線量基礎(chǔ)生物作用---X射線物理特性熒光作用－－－熒光屏、增感屏基礎(chǔ)X線能導(dǎo)致物質(zhì)原子激發(fā)，在原子躍回基態(tài)時(shí)候發(fā)出可見(jiàn)熒光。光致發(fā)光！生物作用---X射線光化學(xué)作用光化學(xué)作用－－－用于攝影檢查生物效應(yīng)生物效應(yīng)－－－放射治療基礎(chǔ)，同時(shí)也是放射人員防護(hù)原因。能使膠片感光！能使生物細(xì)胞產(chǎn)生生理和病理變化！生物作用一、X線產(chǎn)生的條件高速電子流陽(yáng)極靶高壓電場(chǎng)真空

X射線的產(chǎn)生(1).X-射線管(2).低壓源(5~10v)(3).高壓源(104~105v)

二.裝置

X射線的產(chǎn)生核心部分X射線的產(chǎn)生裝置：X射線管低壓電源E1高壓電源E2X射線產(chǎn)生X射線機(jī)的示意圖X射線管毫安計(jì)E2高壓電源E1低壓電源AK

X射線是在高度真空的X射線管中產(chǎn)生的，是高速電子與陽(yáng)極靶面相互作用的結(jié)果球管陽(yáng)極－－阻止高速電子流陰極－－產(chǎn)生電子旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極固定陽(yáng)極鎢絲球管陽(yáng)極固定球管陽(yáng)極固定球管 由陽(yáng)極、陰極和玻璃殼組成。（一）陽(yáng)極： 由靶面、銅體、陽(yáng)極罩、陽(yáng)極柱組成。

作用：產(chǎn)生X線、散熱、吸收二次電子和散射線。（二）陰極： 由燈絲和集射罩組成。

作用：發(fā)射電子和對(duì)電子聚焦。（三）玻璃殼：

作用：支撐陰陽(yáng)兩級(jí)和保持管內(nèi)真空度。低壓電源和高壓電源低壓電源：主要供給鎢絲，產(chǎn)生電子流高壓電流：主要在陰陽(yáng)兩極間產(chǎn)生高壓，加速電子流三、X線的產(chǎn)生機(jī)制X線譜由兩部分組成1、連續(xù)X線譜2、特征X線譜

X射線的產(chǎn)生1、連續(xù)X射線的產(chǎn)生原理

韌致輻射高速電子進(jìn)入到原子核附近的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域（路程伴隨庫(kù)侖力的變化過(guò)程），電子的速度大小和方向必然變化，以電磁波的形式向外輻射能量，即損失的能量直接轉(zhuǎn)化成X線。由于電子與靶原子核的相對(duì)位置是任意的，電子進(jìn)入靶的初動(dòng)能經(jīng)過(guò)多少次碰撞輻射而完全喪失也不確定，故輻射出的X線波長(zhǎng)連續(xù)分布。連續(xù)X線譜1、連續(xù)X射線的產(chǎn)生原理X線的最短波長(zhǎng)λminλminλminλmin1、連續(xù)X射線的產(chǎn)生原理影響因素a、與靶原子序數(shù)成正比b、與管電流大小成正比c、與管電壓2次方成正比1、連續(xù)X射線的產(chǎn)生原理例1:求管電壓為100KV時(shí)X線的最短波長(zhǎng)和最大光子能量。

解2、特征X射線的產(chǎn)生原理nuclearkLMExcitinginterelectronHighspeedelectron2、特征X射線的產(chǎn)生原理（1）特征X線的產(chǎn)生過(guò)程高速電子進(jìn)入靶物質(zhì)后，其動(dòng)能被靶原子內(nèi)殼層電子獲得，一部分用來(lái)脫離原子核束縛作功（逸出功）；另一部分變成逸出后電子的動(dòng)能。當(dāng)電子逸出后，原子內(nèi)殼層就出現(xiàn)了空位，外殼層電子將向內(nèi)殼層填充，輻射的電磁波（X線）由兩能級(jí)差確定E2-E1=hf212、特征X射線的產(chǎn)生原理（2）特征的激發(fā)電壓

靶原子的軌道電子在原子中有確定的結(jié)合能W。當(dāng)炸彈電子的動(dòng)能大于內(nèi)層電子結(jié)合能時(shí)，才可能使電子逸出造成空位，產(chǎn)生X射線。炸彈電子的動(dòng)能大小完全由管電壓確定U=W/e為最低激發(fā)電壓。Uk

>UL>UM>UNX光子輻射以K系為主。2、特征X射線的產(chǎn)生原理（3）影響特征X射線的因素i為管電流；U為管電壓；Uk為K系激發(fā)電壓；K2和n均為常數(shù)，n約等于1.5~1.7需要指出:特征X線只占很少一部分醫(yī)用X線主要使用連續(xù)輻射部分物質(zhì)結(jié)構(gòu)的光譜分析用特征輻射特征譜線位置(頻率大小)只與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。特征譜線的強(qiáng)度（K系）四、X射線的量與質(zhì)X線量和質(zhì)的定義

X射線的強(qiáng)度

單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)與射線方向垂直的單位面積的X射線能量，叫作X線的強(qiáng)度。使X射線強(qiáng)度增加的方法：1）增加管電流：使單位時(shí)間內(nèi)轟擊陽(yáng)靶的高速電子數(shù)目增多2）增加管電壓：使每個(gè)光子的能量增大X線量X線的量：指X射線束的光子數(shù)。通常以X線管的管電流與X線照射時(shí)間乘積，即毫安秒來(lái)表示X線的量。X線質(zhì)（硬度）X射線的質(zhì)（硬度）是指它的貫穿本領(lǐng)，決定于波長(zhǎng)。波長(zhǎng)愈短的X射線，光子的能量愈大，貫穿本領(lǐng)愈強(qiáng)，它的硬度就愈大，常用于深部治療。X射線的硬度由管電壓控制，管電壓愈高，轟擊陽(yáng)極的電子動(dòng)能就愈大，發(fā)射光子的能量也愈大，X射線愈硬。因此，在醫(yī)學(xué)上通常用管電壓來(lái)衡量X射線的硬度。

X射線按硬度分類名

稱管電壓(kV)最短波長(zhǎng)(nm)主要用途極軟X射線軟X射線硬X射線極硬X射線5～2020～100250以上0.25～0.0620.062～0.0120.005以下軟組織攝影，表皮治療透視和攝影較深組織治療深部組織治療100～2500.012～0.005四、X射線的量與質(zhì)1、影響X線量的因素IU2iZt（1）靶原子Z（2）管電流（3）管電壓（4）投照時(shí)間2、影響X線質(zhì)的因素影響X光子頻率的因素取決于管電壓的大小種類管電壓(kV)最短波長(zhǎng)(?)最大頻率(MHz)應(yīng)用極軟線軟線硬線極硬線5~2020~100100~250250以上2.5~0.620.62~0.120.12~0.05小于0.05(1.2~4.8)1012(4.8~25)1012(25~60)1012

大于601012軟組織攝影及表皮治療透視與照相深部組織治療四、X射線的量與質(zhì)五、X線的產(chǎn)生效率

在X線管中產(chǎn)生X線能量與加速電子所消耗電能的比值叫X線的產(chǎn)生效率

用連續(xù)X線的總強(qiáng)度表示X線的輻射功率(極少的特征X線可忽略)

加速電壓產(chǎn)生的總功率(大部分轉(zhuǎn)換成熱能)

為管電流與管電壓的乘積

X線管產(chǎn)生X線的效率一般不足1%,絕大部分生成熱而使靶面大幅升溫。例2：求鎢(Z=74)靶在管電壓為100kV時(shí)X線的產(chǎn)生效率。加速電壓X線能(%)熱能(%)40kV70kV100kV150kV4MV20MV0.40.60.81.3367099.699.499.298.76430鎢靶在不同電壓值的效率解：X線的產(chǎn)生效率六、X射線強(qiáng)度的空間分布薄靶六、X射線強(qiáng)度的空間分布厚靶足跟效應(yīng)：沿垂向