物质对X射线的吸收与X射线波长有关

作者:体育博彩  来源:365体育  时间:2019-09-22 11:17  点击:

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  十三、X射线 山东大学精品课程 医学物理学 ? 1895年伦琴发现了 X 射线,劳厄用晶体衍射实验, 证明 X 射线是一种波长较短的电磁波。 ? X 射线的发现,对物质微观结构理论的深入研究和 技术上的应用都有重大意义。 ? X 射线在医学诊疗中也有着广泛的应用,它与近代 科技相结合,更成为现代医学不可缺少的工具。 医学物理学 一、X 射线.电离作用 —— 气体分子在 X 射线照射下,将电离 成离子对,而成为导电体。 对有机体可诱发各种生物效应;电离作用可用于测量 X 射线强度; 治疗某些疾病(癌细胞电离后,代谢功 能差)。 2. 荧光作用 —— X 射线照射某些物质,能使其发出 荧光(如:ZnSO4、铂氰化钡、钨酸钙、磷等物 质);用它们涂在纸板上就构成荧光屏。 医学物理学 3.光化作用 —— X 射线可使物质发生光化反应,(如 照相底版感光,记录 X 射线. 贯穿本领 —— 物质对 X 射线的吸收与 X 射线波长 有关,也决定于物质的原子序数或密度。人体密度 不同(或 Z 不同),X 强度有空间强弱分布,用于 透视照相。 5.生物效应 —— X 射线在生物体内产生电离和激发, 破坏或改变生物功能。故有治疗作用或损坏作用, 也正是要对 X 射线进行防护的原因。 医学物理学 医学物理学 二、X射线的发射和发射谱 (X-ray emission and emission spectrum) A-阳极(靶) K-阴极 K由钨丝制成,当钨丝通 电加热时产生热电子。热 电子受 A、K 之间电场的 作用高速撞击阳极 A,发 射出X射线 。 X 射线 冷却液 电子 K A 真空管 X射线中有两类辐射,轫 X射线管示意图 致辐射(连续谱)和标识辐射(线状谱)。 轫致辐射 高速电子受到靶的制动使运动速度变化 而发射的电磁波。 医学物理学 1、连续谱机制: 轫致辐射 —— 高速电子撞击钨靶重原子时,该电子损 失动能、并偏转,同时一部分动能转化为一个 X 光子 的能量辐出去。 h? ? Ek ? Ek ? 医学物理学 电子被高压加速所获得的动能为 K = eU U是阳极与阴极之间的电势差。 轫致辐射的X射线中包含各种波长成分,即连续谱。 短波长(短波极限) ?0 与电子全部动能转变为光子能量 Kβ 相对应,即 K ? h? 0 ? hc ?0 或 hc ?0 ? eU 相 对 10 强 度 6 Kα 50 kV 40 kV ? 0 是与?0 相对应的轫致辐射频率。 右图表示在不同加速电压下钨靶 发出的X射线.06 0.10 波长/nm 短波极限? min随管电压 增加而向短波方向移动。 蓝移 短波极限与阳靶的物质 种类无关 医学物理学 2、线状谱机制: 当加速电压超过某临界值时,X射线中,还包含线状 谱,即标识辐射。 相 对 强 10 度 6 35 kV Kα 50 kV Kβ 标识x射线谱的波长取决于 阳靶的材料,可以作为识别 这种元素的标记。 图中点线 kV加 速电压下 ,钼靶发出的两条 标识谱线K?和 K?叠加在连续 谱上的情形。 40 kV 2 30 kV 20 kV 0.02 0.06 0.10 波长/nm 医学物理学 ?标识谱:内层电子获能后,向外逃逸,产生空穴;外 层电子向该空穴跃迁时,发出线状 X 射线谱。 医学物理学 实验表明,大多数元素的标识谱都包含两个线系, 即K线系和L线系,原子序数大的元素会出现更多的 线系,它们是M线系和N线系。如图所示。 对K?谱线的频率,莫塞莱 (H.G.J.Moseley)总结出经 验公式 n 5 4 M? M? L? L? L ? O N M 3 2 ? K? 1 1 ? Rc( Z ? 1) ( 2 ? 2 ) 1 2 2 L 式中R是里德伯常量,Z是原子序 数。这一规律称为莫塞莱定律。 1 K ? K? K? K? K 莫塞莱定律提供了精确测量Z的方法。 医学物理学 三、强度和硬度 ? 1、强度 —— 单位时间内垂直通过单位面积的辐射 能,X 光强度正比于高速电子流的数目。 I ? ? Nh? ? N1 h? 1 ? N 2 h? 2 ? N 3 h? 3 ? ? ? N n h? n i ?1 n 强度 表示x射线的量,它与单位时间内打在靶上的电 子数成正比,电子数越多,转变为光子也就越多.保持 一定的管电压,通过调节管电流来控制x射线的强度. 医学物理学 2、硬度——X射线贯穿物质的能力。 贯穿本领决定于 X 射线的波长,X光子的 频率越高,X光子能量越大,贯穿本领越 大,X射线越硬. 当管电压增加时,X光子的能量也增加了,X 射线的硬度增 加了. 可通过调节管电压来控制X射线的硬度。 ?min 医学物理学 1 ? kV 3、滤波: ? 长波 X 射线易被物质吸收,短波 X 射线可透过,故 X 射线在贯穿过程中,越来越硬( X 射线的硬化)。 ? 常用铜、铝过滤长波 X 射线,使 X 射线频率区变窄。 ? 铝可吸收铜的标识 X 射线谱,故用铜板前、铝板后 方法去滤除 X 射线的长波段射线。 医学物理学 四、X 射线.吸收 —— X 线通过某物质后其强度的减弱过程。 实验表明,单能X射线通过物质时的吸收规律与 可见光相同,也服从指数衰减规律: I ? I 0e ? ?d 其中?为线性吸收系数, 医学物理学 ?与Z、?近似地适合下式: μ = kZ λ 结论: 4 3 k是比例常数 1)长波X射线比短波X射线更容易被吸收。在浅表 治疗时,应使用低能X射线,在深部治疗时,则使用 高能X射线)原子序数越高的物质,吸收本领越大。骨的成分 Ca、P的原子序数比肌肉主要成分H、O、C的原子序 数高,因而骨的吸收系数比肌肉组织大得多。透视时, 会出现骨骼的明显阴影。患者吞服钡盐也是因钡的原 子序数高,吸收本领大,可显示出胃肠的阴影。铅的 原子序数很高,被广泛用做X射线的防护材料。 医学物理学 ? 临床上常用质量吸收系数μm和质量厚度dm,以消除 密度的影响。 ?m ? 质量吸收系数 ? ? ?m ? , ? d m ? 质量厚度 ? ? ? ? ? x ? ( ) ? (? ? x ) ? 于是X射线的吸收规律可写为 d m ? x? I ? I 0e 医学物理学 ? ? m ?d m 五、半价层: 1、定义 —— 射线强度衰减一半所经过的物质厚度, ? ? ?d ( 1 ) I0 2 ? I 0e 2 ? d( 12 ) ? ln 2 ? ? 0.693 ? d( 12 )m ? 医学物理学 0.693 ?m 半价层与线性或质量吸收系数成反比。利用换底公式 可得 d 1 I ? I0 ( ) 2 d1 2 X射线通过一个半价层厚度后强度减为入射强度的 1/2,通过二个半价层强度减为1/4,通过N个半价层强 度减为1/2N 。 由于在物质中X射线的长波成分比短波成分衰减得快 ,当连续X射线通过金属铝、铜做成滤过板后,长波 成分被强烈吸收,这样得到的X射线不但硬度高,而 且射线谱的范围变窄,可以适应医疗上的不同需要。 医学物理学 六、X射线.治疗应用 肿瘤的X射线治疗是放射治疗的重要组成部分,X射 线的激发与电离作用是X射线治疗肿瘤的物理基础。 足够的能量沉积在细胞内时,就会破坏它们的再生能 力,从而达到治疗肿瘤的目的。 2.诊断 1.透视和摄影 数字X射线摄影技术可提供更高的影像对比度,更合理地降 低病人的受线量,更有效地组织影像检查流程。 2. 造影检查 钡餐显示胃肠 、有机碘显示动脉影像、数字减影血管造影 医学物理学 3.软X射线的应用 乳腺摄影,具有对比度高和清晰度好等特点,为乳腺 的良性病变和乳腺癌的早期诊断提供了良好的手段。 4.计算机断层成像技术 CT具有非常高的 密度分辨率,可 准确测量各组织 的X射线衰减系 数 μ ,并通过 各种计算进行定 量分析。 医学物理学 普通X射线摄影,结构互相重叠,不能观察到内部的细节。而断 层摄影的二维断层图像,不存在结构影像重叠问题,同时利用 图像三维重建技术,还可显示人体的三维结构。 医学物理学

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