第一章X射线物理课后习题答案

作者:体育博彩  来源:365体育  时间:2019-10-24 17:21  点击:

  第一章X射线物理课后习题答案_理化生_高中教育_教育专区。贵阳医学院 使用教材:医学影像物理学 第3版 主编 吉强 洪洋 第一章 X 射线 产生 X 射线需要哪些条件? 答:这个题目实际上把高速电子轰击靶产生 X 射线这一

  贵阳医学院 使用教材:医学影像物理学 第3版 主编 吉强 洪洋 第一章 X 射线 产生 X 射线需要哪些条件? 答:这个题目实际上把高速电子轰击靶产生 X 射线这一事实在条件上予以 明确。 首先要有产生电子的阴极和被轰击的阳极靶,电子加速的环境条件即在阴 极和阳极间建立电位差, 为防止阴极和阳极氧化以及电子与中性分子碰撞的数量 损失,要制造压强小于 Pa ?4 的真空环境,为此要有一个耐压、密封的管壳。 1-2 影响 X 射线管有效焦点大小的因素有哪些? 答:影响有效焦点大小的因素有:灯丝大小、管电压和管电流、靶倾角。 1-3 在 X 射线管中,若电子到达阳极靶面的速度为 1.5 ? 108 ms-1,求连续 X 射 线谱的最短波长和相应的最大光子能量。 1 答:此题的思路是由动能公式 mv 2 求出电子的最大动能,此能量也是最大 2 的光子能量,从而求出最短波长。但当速度可与光速 c=3 ? 108 ms-1 相比较时,必 须考虑相对论效应,我们可以用下面公式求出运动中电子的质量 me ? m0 1? v / c 2 2 ? 9.11 ? 10 ?31 1 ? (1 / 2) 2 ? 1.052 ? 10 ?30 kg h? max ? 1 1 me v 2 ? ? 1.052 ? 10 ?30 ? (1.5 ? 10 8 ) 2 ? 1.18 ? 10 ?14 J ? 73.8keV 2 2 ?min ? hc h? max ? 0.0169 nm 此题的结果告诉我们,管电压为 73.8KV。反过来,如果知道管电压,求电 子到达阳极靶表面的电子速度时,同样需要考虑相对论效应。 1-4 下面有关连续 X 射线的解释,哪些是正确的? A.连续 X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果; B.连续 X 射线是高速电子与靶物质的原子核电场相互作用的结果; C.连续 X 射线的最大能量决定于管电压; D.连续 X 射线的最大能量决定于靶物质的原子序数; E.连续 X 射线 贵阳医学院 使用教材:医学影像物理学 第3版 主编 吉强 洪洋 正确答案:B、C、E 1-5 下面有关标识 X 射线的解释,哪些是正确的? A.标识 X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果; B.标识 X 射线的质与高速电子的能量有关; C.标识 X 射线的波长由跃迁电子的能级差决定; D.滤过使标识 X 射线变硬; E.靶物质原子序数越高,标识 X 射线的能量就越大。 正确答案:A、C、E 1-6 影响 X 射线能谱的因素有哪些? 答:电子轰击阳极靶产生的 X 射线能谱的形状(归一化后)主要由管电压、 靶倾角和固有滤过决定。当然,通过附加滤过也可改变 X 射线 影响 X 射线强度的因素有哪些? 答:X 射线在空间某一点的强度是指单位时间内通过垂直于 X 射线传播方 向上的单位面积上的光子数量与能量乘积的总和。可见,X 射线强度是由光子数 目和光子能量两个因素决定的。影响 X 射线强度(量与质)的因素很多,主要 有:增加毫安秒,X 射线的质不变、量增加,X 射线强度增加;增加管电压,X 射线的质和量均增加,X 射线强度增加;提高靶物质原子序数,X 射线的质和量 均增加,X 射线强度增加;增加滤过,X 射线的质增加、但 X 射线的量减少,X 射线强度减少;增加离 X 射线源的距离,X 射线的质不变,X 射线的量减少,X 射线强度减少;管电压的脉动,X 射线的质和量均减少,X 射线 原子放出 X 射线前是静止的,为了保持活动不变,当它发射 X 射线时,原 子经历反冲。 设原子的质量是 M, X 射线的能量为 h? , 试计算原子的反冲动能。 答:此题的关键在于利用 X 射线的动量和能量的关系: p ? 根据动量守恒,可知: Mv ? p ? h? c h? 。 c 1 (h? ) 2 这样,原子的反冲动能 Mv 2 ? 2 2Mc 2 1-9 弊? X 射线摄影中,光电效应和康普顿效应对影像质量和患者防护各有何利 答:诊断放射学中的光电效应,可从利弊两个方面进行评价。有利的方面, 2 贵阳医学院 使用教材:医学影像物理学 第3版 主编 吉强 洪洋 能产生质量好的影像,其原因是:①不产生散射线,大大减少了照片的灰雾;② 可增加人体不同组织和造影剂对射线的吸收差别,产生高对比度的 X 射线照片, 对提高诊断的准确性有好处。 钼靶乳腺 X 射线摄影,就是利用低能 X 射线在软组 织中因光电吸收的明显差别产生高对比度照片的。有害的方面是,入射 X 射线通 过光电效应可全部被人体吸收,增加了受检者的剂量。从全面质量管理观点讲, 应尽量减少每次 X 射线检查的剂量。 康普顿效应中产生的散射线是辐射防护中必须引起注意的问题。在 X 射线 诊断中, 从受检者身上产生的散射线其能量与原射线相差很少,并且散射线比较 对称地分布在整个空间, 这个事实必须引起医生和技术人员的重视,并采取相应 的防护措施。另外,散射线增加了照片的灰雾,降低了影像的对比度,但与光电 效应相比受检者的剂量较低。 1-10 0.5cm 的铝将单能 X 射线%, 试求该光子束的 HVL。 答:此题是衰减规律的简单应用。 根据衰减规律 I ? I 0 e ? ?x ,可知: 46.7%I 0 ? I 0 e ?0.5? ,从而求得线 再根据半价层 HVL 与线性衰减系数 ? 的关系: HVL ? ? ? 0.693,得: HVL=0.455cmAl 1-11 质量衰减系数、 质能转移系数和质能吸收系数三者间的区别和联系怎样? 答:X 射线光子与吸收物质发生相互作用时,一般情况下,光子的一部分能 量以散射辐射的方式从吸收体中辐射掉, 另一部分转化为高速电子或正电子的动 能。 质量衰减系数 ? 表示入射 X 射线与物质相互作用的总概率,它包括所有可 ? 能发生的相互作用的概率之和。质能转移系数 ? tr 表示相互作用过程中光子能量 ? 转移给带电粒子的那部分份额的总和。不过,由于光核反应及其它一些过程的发 生概率很小, 因而带电粒子的能量主要来自光电效应、康普顿效应和电子对效应 三个主要过程。传递给带电粒子的能量,其中又有一部分转移成韧致辐射。质能 3 贵阳医学院 使用教材:医学影像物理学 第3版 主编 吉强 洪洋 吸收系数 ? en 表示扣除韧致辐射后,光子交给带电粒子的能量用于造成电离、激 ? 发,从而真正被物质吸收的那部分能量所占的份额。 在数量上它们之间的关系为: ? tr ? Etr , ? ? ? ? h? 1-12 ? en ? Een , ? ? ? ? h? ? en ? ? (1 ? g ) tr ? ? 已知入射光子的能量为 hν , 散射角为 ? ,试求散射光子的能量。并分析低 能入射和高能入射光子在 90?方向上光子散射的情况。电子的静止能量为 me c 2 。 答:由能量守恒和动量守恒,可得,散射光子能量 h? ? 为: h? ? ? h? 1 ? ? (1 ? c o ? s) ? 为入射光子能量 hν 和电子的静止能量 m0 c 2 的比值, me c 2 =0.511MeV。 当 ? ? 900 时, h? ? ? h? h? 。由于 (1 ? ? ) ? ? ,故 h? ? ? =0.511MeV,这说 1?? ? 明,不管入射 X 射线 散射光子的能量最大不超过 0.511MeV。 1-13 X 射线在物质中的衰减规律 I ? I 0 e ? ?x 的适用条件是什么? 答: I ? I 0 e ? ?x 的适用条件是:单能、窄束、均匀物质。 1-14 若空气中各组分的质量百分比为氮 75%,氧 23.2%,氩 1.3%,试计算在 能量为 20keV 光子作用下,空气的质量衰减系数。已知氮、氧、氩的质量衰减 系数分别为 0.36、0.587、和 8.31( m 2 ? kg?1 )。 答:根据混合物或化合物的质量衰减系数公式: 空气的质量衰减系数为: ? ? ? ? ( ) i Pi 来计算。 ? ? i ? ? ? ? ? ( ) N PN ? ( ) O PO ? ( ) Ar PAr ? ? ? ? =0.36×0.75+0.587×0.232+8.31×0.013 =0.514(m2/kg) 4

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