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《chap14X—射线》PPT课件
物理与电子信息教研室 岳小萍 3029112 伟大的科学家W.K.Rontgen Radiograph of the hand of Mrs. Rontgen taken on December 22nd, 1895. (Berthas hand with a ring) X 射 线 内容: X射线的性质、X射线的产生、X射线谱、 X射线的吸收规律、X射线在医学上的应 用及X—CT基本原理 §1. X射线的产生 基本条件: 1.有高速运动的电子流 2.有适当的障碍物阻止电子运动 一、装置 1. X射线管 2. 高压电源 几万—几十万伏高压 3. 低压电源 5—10伏 4 .整流电路. 理论和实践证明: 当速度、数量相同的电子轰击阳靶时,产生X光 子的数量和光子能量与靶材料的Z2成正比。 散热方法: 散热片通风冷却 旋转阳极 实际焦点:电子流在靶上 的实际撞击面积 有效焦点:实际焦点在垂 直X射线方向上的投影面积 二、强度和硬度 强度:单位时间,通过垂直X射线方向的单位面 积上的辐射能 W/㎡ 即:I ?光子数?电子数?管电流 医学上,常用管电流的毫安数示X线的强度 一定时间内,通过与射线垂直方向的单位面积的总能量: I=管电流的毫安数×辐射时间 (mA·s) 一、 连续X射线谱 1. 产生机制 轫致辐射 出现在管电压较低时 由于每个电子的速度变化不同、与原子核的距离不同,因此,每个电子的能量损失不同、辐射出的光子能量不同,形成X-ray连续谱。 靶原子 电子 hν (1)强度最大的波长λmax 和强度最小的波长 λmin均随U↗而↘ , 向短波端移动 2. 连续谱特性 (2)各管电压下,强度从 长波开始,逐渐上升,达最大后,快速下 降为零。 相对强度 λ(nm) 20KV 50KV 30KV 40KV (3)短波极限λmin与管电压U的关系 设:管电压为U,电子电量为e ,则电子动能为eU, 即光子具有的最大能量应为 即 将 h = 6.626×10-34 J·S e=1.60×10-19 C c=2.988×108 m 代入,并取kV为电压单位, nm为波长单位, 可得: U↗→λmin↘ 二、标识X射线谱 出现在管电压较高时 1. 产生机制 高速电子与原子内层电子作用,将一部分能量传递给电子,使其从原子中脱出,内层空位由外层电子填充,并在跃迁过程中发出光子,即辐射X射线 靶原子内层电子的跃迁 M K L N Kα Lβ Kβ Kγ Lα Mα 高速电子 2. 标识谱特性 (1)各种元素的标识谱有相似的结构 (3)按Z的顺序比较,Z↗各线系的λ ↘ (4)反映原子内层结构, 对认识原子壳层结构很有 帮助。 (2)电子由不同能级到达同一壳层的空位时,发 生的谱线组成一个线系。每个线系都有一最 短波长边界。 临床应用主要是X射线的连续谱,标识谱是多余的甚至是有害的,常将其滤去 §3. X射线的基本性质 一、电离作用 使分子、原子电离——可诱发各种生物效应 二、荧光作用 使分子、原子处于激发态,回到基态时,发出荧光 X射线透视的基础 三、生物效应 放疗的基础;防护的原因 四、贯穿本领 穿透能力强。X射线透视和摄影的基础 五、光化学作用 使底片感光。医学上利用此进行X线摄影 §4. 物质对X射线的衰减规律 一、单色X射线的衰减规律 实验指出:对单色X射线,通过 物质时的衰减服从指数规律: x I IO ——朗伯定律 I0 I x x I0 :入射光强 x: 物质厚度 μ:线性吸收系数,示物质的吸收本领 (cm-1) I:透射光强 1. 线性吸收系数 μ, (1)与物质种类有关 (2)与物质密度有关,ρ↗,能量损失↗,μ↗ (3)与入射光波长有关,λ ↗ μ ↗ 2. 质量吸收系数 代入朗伯定律得: 式中 xm=ρ·x ——质量厚度 (g·cm2) 单位面积 x 示单位面积,厚度为x的吸收层质量 (cm2/g) 3. 半价层 X射线强度衰减一半时的吸收体厚度(质量厚度) 由 取对数 同理: x I0 /2 I0 x1/2 二、吸收系数与波长λ、原子序数Z 的关系 实验证明:医学常用低能X射线,各种元素的吸收系数近似等于: (1)对一定波长λ 的X射线,Z↗ → μm ↗ (2)对一定物质(Z一定),λ↗ → μm ↗硬度↘ (3)对纯化合物,μm=分子所含各种原子的 μmi之和 骨骼:Ca3(PO4)2
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