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X射线的产生和性质.ppt
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1、第二章 X射线的产生和性质 第4、5、6、7节驻马店市卫生学校影像室董战军.第四第四 X X射线的产生原理射线的产生原理.一、电子与物质的相互作用一、电子与物质的相互作用vX X射线是高速运动的带电粒子与靶物质相互作用产射线是高速运动的带电粒子与靶物质相互作用产生的。生的。v从能量的角度看,高速电子与物质相互作用时,其从能量的角度看,高速电子与物质相互作用时,其损失的能量可转换为辐射能(损失的能量可转换为辐射能(E E辐射辐射)、电离能()、电离能(E E电离电离)、热能()、热能(E E热热)。即:)。即:(2-1).一、电子与物质的相互作用一、电子与物质的相互作用v 从入射能量损失的最终结
2、果看,电子在从入射能量损失的最终结果看,电子在碰撞过程中的能量损失可分为碰撞损失和辐碰撞过程中的能量损失可分为碰撞损失和辐射损失两种情况。碰撞损失只涉及原子的外射损失两种情况。碰撞损失只涉及原子的外层电子,这部分能量将全部转换为热能;而层电子,这部分能量将全部转换为热能;而辐射损失则涉及内层电子和原子核。电子与辐射损失则涉及内层电子和原子核。电子与靶原子因碰撞而损失能量的过程,也就是能靶原子因碰撞而损失能量的过程,也就是能量转换的过程。量转换的过程。.二、二、X X射线的产生原理射线的产生原理v电子与靶物质相互作用的过程,入射电子的能量转电子与靶物质相互作用的过程,入射电子的能量转换为换为X
3、X射线光子的能量。射线光子的能量。vX X射线的产生利用靶原子的三个性质:核电场、轨射线的产生利用靶原子的三个性质:核电场、轨道电子的结合能、原子处于最低能量状态的需要。道电子的结合能、原子处于最低能量状态的需要。v高速电子与靶物质相互作用产生的高速电子与靶物质相互作用产生的X X射线由两部分射线由两部分组成:组成:一部分为连续一部分为连续X X射线(轫致辐射):射线(轫致辐射):入射高入射高速电子与物质原子的原子核相互作用时,所产生的速电子与物质原子的原子核相互作用时,所产生的X X射线,称为连续射线,称为连续X X射线;射线;二部分为特征二部分为特征X X射线(标射线(标识射线):识射线)
4、:入射高速电子与靶物质原子的核外电子入射高速电子与靶物质原子的核外电子相互作用时,所产生的相互作用时,所产生的X X射线,称为特征射线,称为特征X X射线。射线。.二、二、X X射线的产生原理射线的产生原理(一)连续(一)连续X X射线射线v1.1.连续连续X X射线的产射线的产 生原理生原理 一个能量一个能量E E电子电子原原子核作用子核作用入射电子会损失能量入射电子会损失能量 ,并改变方向。,并改变方向。损失的能量以损失的能量以X X射线射线光子形式释放出来,光光子形式释放出来,光子的能量子的能量 。.二、二、X X射线的产生原理射线的产生原理(一)连续(一)连续X X射线射线vX X射线
5、光子的能量的大小与入射线光子的能量的大小与入射电子损失的能量大小相等。射电子损失的能量大小相等。v在实际在实际X X射线的产生过程中,射线的产生过程中,是有高速电子撞击阳极靶面的是有高速电子撞击阳极靶面的动能决定的。动能决定的。vX X射线机多是交流电源供电,射线机多是交流电源供电,加到加到X X射线管两端的电压仍然射线管两端的电压仍然是脉动的。是脉动的。v入射电子动能由加在入射电子动能由加在X X射线管射线管两端间电压决定的。最大光子两端间电压决定的。最大光子能量可以用能量可以用X X线管两端电压描线管两端电压描述。述。.二、二、X X射线的产生原理射线的产生原理(一)连续(一)连续X X射
6、线射线v2.2.连续连续X X射线射线的最短波长的最短波长 由第一章的由第一章的(1-31-3)、()、(1-41-4)可知。可知。光子能量与频率光子能量与频率成正比,与波长成成正比,与波长成反比。反比。.二、二、X X射线的产生原理射线的产生原理(一)连续X射线v2.连续X射线的最短波长 由式(1-4)得:将普朗克常数h、光速c代入上式得:.二、二、X X射线的产生原理射线的产生原理光子能量的kev值等于管电压的千伏值,所以有:(2-2)由(2-2)可知,连续X射线的最短波长只与管电压有关,与其他因素无关。把这一求X射线最短波长公式称为Duane-Hunt公式。.二、二、X X射线的产生原理
7、射线的产生原理v3.连续X射线强度及影响因素 最强波长是最短波长的1.5倍,即:平均波长是最短波长的2.5倍,即:.二、二、X X射线的产生原理射线的产生原理v实验证明,连续X射线强度(I连)与管电流(i)、管电压(V)、靶物质序数(Z)有关。即:(2-5)式(2-5)中,常数K11.110-91.410-9;对于诊断用X射线:n=2。.由式(2-5)可知,诊断用X射线的强度与管电流和靶物质原子序数成正比,与管电压的n次方成正比。.例例1 1:求管电压为:求管电压为100KV100KV时,产生连续时,产生连续X X射线的最射线的最短波长、最强波长、平均波长和最大光子能量。短波长、最强波长、平均
8、波长和最大光子能量。解:由Duane-Hunt公式可求出:最短波长:最强波长:平均波长:2.50.0124nm=0.031nm1.50.0124nm=0.0186nm1.24/1000.0124nm.二、特征X射线v1.特征X射线的产生原理v入射电子靶原子核外轨道电子作用跃迁。电子跃迁释放出能量(=h),等于电子跃迁前(Eb)后(Ea)原子两能级之差。即:Eb-Ea.二、特征X射线v由于这个光子能量等于原子两能级之差,而与入射电子能量大小无关,所以释放出的光子能量具有原子的特征,故这时产生的X射线称为特征X射线。v由于每一个原子的能级都不相同,跃迁产生的光谱与每一种原子相对应的,所以光谱可以用
9、来识别原子。如下图.外层电子由于能级太小,只能产生紫外线或可见光等低能级能量范围的光子。.特征X射线的产生的原理 X-ray 基态基态 受激态受激态 基态基态 跃迁跃迁 激发激发.二、特征X射线v2.2.特征特征X X射线的激发电压射线的激发电压靶原子的轨道电子在原子中具有确定的结合能。靶原子的轨道电子在原子中具有确定的结合能。入射电子动能完全有管电压决定。入射电子动能完全有管电压决定。不同的靶材料,产生各系特征不同的靶材料,产生各系特征X X射线,均对应一组最低的管射线,均对应一组最低的管电压值。电压值。这些被确定的最低管电压值称为这些被确定的最低管电压值称为激发电压激发电压。以钨原子为例,
10、以钨原子为例,钨的钨的K K电子结合能为电子结合能为69.51keV69.51keV,那么钨的,那么钨的K K系激发电压就是系激发电压就是69.51KV69.51KV。如果低于此激发电压,将不会。如果低于此激发电压,将不会产生钨的产生钨的K K系特征系特征X X射线。但可产生其他系的特征放射(如射线。但可产生其他系的特征放射(如下表)。下表)。其它各系由于能量低被吸收,只有其它各系由于能量低被吸收,只有K K系放射才是重要的。系放射才是重要的。.表表2-12-1.二、特征X射线v3.影响特征X射线的因素 K系特征X射线强度(I特)可用下式表示:式(2-6)中,i为管电流;V为管电压;Vk为K系
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