X线放射物理与防护第二章.pptx
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1、第二章X线的的产生和性生和性质1.第一第一节、X线的的发现 X线是德国著名物理学家伦琴于1895年11月8日发现的。X线的发现在科学史上是个极其重大的事件,它给人类历史和科技发展带来巨大的影响,并由此开创了物理学和影像医学的崭新时代。X线成像技术与后来发展起来的核医学成像、超声成像、X线CT、磁共振成像、热图像、介入性放射学和内镜等技术共同组成现代医学影像学的崭新领域。2.3.第二第二节 X线的基本特性的基本特性X线是电磁辐射谱中的一部分,属于电离辐射,其波长介于紫外线和射线之间,是具有电磁波和光量子双重特性的一种特殊物质。就其本质而言,X线与可见光、红外线、紫外线、射线完全相同,都是电磁波,
2、只不过X线的频率很高,波长很短。X线具有波动性,与可见光一样,具有衍射、偏振、反射、折射等现象。4.X线具有微粒性,X线的波动性可以成功地解释X线的干涉与衍射现象,但却不能解释X线的光电效应、荧光作用、电离作用等,这些只能用X线的粒子性做出圆满的解释。即X线是由一个个微粒即X光子组成的。5.6.X线是一种电磁波,它具有电磁波的共同属性。此外,由于X线的能量大、波长短,它还具有以下几方面的特有性质。(一)物理特性 1X线在均匀的、各向同性的介质中,是直线传播的不可见电磁波。2中性高能光子流,X线不带电,它不受外界磁场或电场的影响。3穿透作用 由于X线波长短,具有较高的能量,物质对其吸收较弱,因此
3、它有很强的贯穿本领。其穿透本领的强弱取决于X线能量、物质密度和原子序数等因素。7.4荧光作用 某些物质被X线照射后,能激发出可见荧光。如磷、钨酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌镉等荧光物质受X线照射时,物质原子被激发或电离,当被激发的原子恢复到基态时,便可放出荧光。透视用的荧光屏,摄影用暗盒中的增感屏,影像增强器中的输入屏和输出屏,测定辐射量的闪烁晶体、荧光玻璃等都是利用荧光特性制造的。X线的发现也是基于它的荧光作用。荧光的强弱与X线的量成正比8.5电离作用 X线虽然不带电,但它具有足够能量的X线光子能够撞击原子中的轨道电子,使之脱离原子产生一次电离。被击脱的电子仍有足够能量,去电离更多的原子。X
4、线的电离作用主要是它的次级电子的电离作用。X线在气体中产生的正、负离子,在电场力的作用下很容易收集起来。通常就是利用空气中电离电荷(或电流)的多少来测定X线的照射量。多种测定X线剂量仪器的探头,如电离室、盖革弥勒计数管等都是根据这个原理制造的。X线的电离作用是放射治疗的基础,但它也可对人体造成损伤。9.6热作用 X线被物质吸收,最终绝大部分都将变为热能,使物体产生温升。测定X线吸收剂量的量热法就是依据这个原理研究出来的。10.(二)化学特性1感光作用 X线和可见光一样,同样具有光化学作用。它可使胶片乳剂感光,能使很多物质发生光化学反应。X线被广泛应用于人体X线摄影和工业无损探伤检查,以及照射量
5、(胶片法)测定等技术中。2着色作用 某些物质,如铅玻璃、水晶等经X线长期大剂量照射后,其结晶体脱水渐渐改变颜色,称为着色作用或脱水作用。11.(三)生物效应特性X线在生物体内也能产生电离及激发作用,也就是使生物体产生生物效应。生物细胞特别是增殖性强的细胞,经一定量X线照射后,可产生抑制、损伤甚至坏死。人体组织吸收一定量X线后,视其敏感程度的不同,而出现种种反应,这个特性可在肿瘤放疗中得到充分应用,它是放射治疗的基础。当然X线对正常人体组织也可能产生损伤作用,故应注意对非受检部位和非治疗部位的屏蔽防护,同时射线工作者也应注意自身的防护。12.第三第三节X线的的产生条件和装置生条件和装置研究研究证
6、明,凡高速明,凡高速带电离子离子桩基物基物质而突然受阻,都而突然受阻,都能能产生生X线。一、一、X线的的产生条件生条件:1.1.电子源子源2.2.高速运高速运动的的电子流子流3.3.阳极靶阳极靶13.三、X线产生装置14.1.1.电子源:子源:电子源能提供所需数量的子源能提供所需数量的电子。子。2.2.高速运高速运动的的电子流:子流:要使要使电子成子成为高速运高速运动的的电子流需要两个条件子流需要两个条件;(1)(1)有一个有一个给电子加速的高子加速的高压场,在高,在高压场的作用下,的作用下,电子子获得足得足够大的大的动能。能。(2 2)有一个高真空的空)有一个高真空的空间,是,是电子在高子在
7、高压场作用下而加作用下而加速运速运动的的过程中,免遭气体分子的阻程中,免遭气体分子的阻挡而降低能量。而降低能量。3.3.阳极靶:阳极靶:一个能一个能经受的住的高速受的住的高速电子撞子撞击而而产生的生的X X射射线的靶。的靶。15.X线管不同的分类1.按焦点分:单焦点,双焦点X线管2.按阳极分:固定阳极,旋转阳极X线管3.按靶物质分:钨靶、钼靶、铼钨合金靶X线管。16.17.18.19.20.21.以旋转阳极X线管来介绍产生X线装置的几个主要部分1.阴极:为电子源,起作用是按照需要提供足额数量的电子,经聚焦加速后撞击阳极而产生x线。阴极由灯丝和集射罩组成,灯丝多有高熔点的钨丝烧制而成。接通电源,
8、灯丝加热,当温度升到一定值时钨原子的轨道电子便脱离原子核的束缚而溢出灯丝表面,形成包饶灯丝的电子云。灯丝电压越高,灯丝温度便越高,每秒蒸发出的电子数目就越多。当在阴极和阳极之间接通高电压(阴极为负、阳极为正)时,在强电场的作用下,蒸发电子奔向阳极便形成了管电流。管电流单位mA。22.2.阳极 又称阳极靶,它是使高速电子突然受阻而产生X线的地方。阳极靶面和散热体两部分组成。通常,是将钨材料靶面焊接在实心或空心铜材料圆柱体上。采用这种结构是因为从阴极飞来的高速电子能,99%以上都在阳极上变为了热能,使阳极产生,很高的温升,这就要求阳极材料既要耐高温,又要散热性能好。以便能及时将热量传递出去,保证阳
9、极靶面不被融化而损坏。钨的原子序数高(Z=74),有利于提高X线产生的效率;其熔点高(3370C),能耐受住高速电子碰撞时产生的热量,但导热性差。铜的原子序数和熔点较低,但导热性能好,故结合两者的优点将阳极靶面做成将钨靶面镶嵌在镶嵌在铜散热体上的结构。23.固定阳极X线管由于焦点面受温的限制,功率不能太大,若功率太大,温度过高,靶面会融化,使靶面凹凸不平,在工作中产生大量的额散射线,影像图像质量,增加了射线的环境污染和防护难度。降低了X线管的使用寿命。、若增大焦点面也会影像影像质量,所以为了解决这个既要焦点小又要功率大的矛盾,就发明了旋转阳极X线管。旋转阳极X线管,做成了一个有梯度的圆盘,可随
10、点击旋转高速旋转,这样,被掌机的靶面就是整个环形圆盘,避免了局部过热,是X线管的热容量大大提高。24.3.管壳,其作用是维持一个高真空度的空间。兵器这固定阳极和阴极的作用。管壳必须有不漏气、耐高温、绝缘性能好及吸收较少等特性。一般再用汗多种化学成分的硬质玻璃制成。4.其他装置:高压发生器、控制台等。25.26.27.本次授课完,谢谢!28.第四第四节 X线的的产生原理生原理(一)电子与物质的相互作用X线是高速电子与靶物质相互作用产生的。电子与物质相互作用的过程,就是电子与物质原子的原子核或核外电子的作用过程。当入射的高速电子从原子核旁经过时,由于受原子核库伦电场的作用,入射电子将连续的损失能量
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