导图社区 X射线物理
影像物理第一章。这是一篇关于X射线物理基本框架。的思维导图，里面的知识点包含特征、X射线管、X射线得空间分布等。
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英语词性
生物必修一
X射线物理
X射线的产生
特征
波动性
粒子性
作用
穿透作用
与射线能量有关；被穿透的物质本身的结构和原子性质有关
X射线医学影像学的基础
荧光作用
电离作用
X射线损伤和治疗的基础
热作用
光化学作用
生物效应
放射治疗的基础
X射线管
产生X射线基本条件
电子源
高速电子流
高电压产生的强电场，使电子获得很大的动能
高真空度的空间，使电子在高速运动中不受气体分子的阻挡而降低能量
经受高速电子撞击而产生X射线的靶
阴极
组成
灯丝
灯丝电流（几~几十A）
管电压
加在两极之间的加速电压
管电流（几~几百A）
加速后的电子束流
聚焦罩
调节电流束斑大小和电子发射方向的聚焦电极
灯丝电流一定，管电流随管电压升高而增大，并达到其最大值 管电压一定，管电流随灯丝电流增加而增大
阳极
固定阳极
旋转阳极
有能力在很短的时间内产生高强度的X射线束
功能
接受电子
机械支撑
热辐射体
钨作为靶材料的原因
原子序数较高，使其产生X射线的效率高和产生高能X射线
有效散热
熔点高
X射线管的焦点
实际焦点
直接影响X射线的散热和影像的清晰度
面积大 散热好
面积大 清晰度差
有效焦点
影响因素
靶倾角
规律
管电压一定 有效焦点随管电流增加而增加
管电流一定 有效焦点随管电压增加而减小
其他条件一定
灯丝越大 有效焦点越大
靶倾角越大 有效焦点越大
产生机制
电子与物质相互作用
碰撞损伤
条件：入射电子将能量传递给原子的外层电子
结果：外层电子的不断受激发与再复原使得在X射线管阳极产生了大量的热
辐射损失
特征辐射
电离原子的内层电子
轫致辐射
电离靶原子核
连续X射线 （轫致辐射）
连续X射线发射谱
每条曲线都有一个峰值
曲线在波长增加的方向上无限延展，强度减弱
在波长减小的方向上，存在一个最短波长，成为短波极限（λmin） 短波极限只与管电压有关
特征X射线 （特征辐射）
入射电子动能＞靶原子某一壳层电子结合能
影响X射线 发射谱的因素
靶自身吸收
固有滤过
附加滤过
X射线的空间分布
X射线管的输出
连续X射线输出量
产生效率
X射线强度
概念：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总数与能量乘积的总和
决定因素：①光子数目②光子能量
单能X射线强度
能量不同，但能量完全确定的有限种光子组成的线状谱
连续X射线能谱强度
薄靶周围X射线的空间分布
管电压升高时，X射线最大强度方向逐渐趋向电子束的入射方向，其他方向的强度分布所占比重逐渐减少，X射线的强度分布趋于集中。
特点
管电压较低时--反射式靶
管电压过高--穿透式靶
厚靶周围X射线的空间分布
靶倾角θ愈小，下降程度愈大
愈靠近阳极，X射线强度下降愈多 “足跟”效应
X射线与物质相互作用的类型
光电效应
作用过程
产生条件：入射光子能量＞某一壳层电子结合能
过程：
作用截面
概念：入射光子与物质的一个原子或电子发生一次特定相互作用的“概率”，成为“原子截面”或“电子 截面”符号σ
单位：b（靶恩）
公式
随原子序数的增大，光电效应发生的概率迅速增加
随能量增大，光电效应发生的概率迅速减小
边缘吸收限：光电效应发生的概率突变的地方
光电子的角分布
在0°和180°方向没有光电子，而在某一角度光电子出现概率最大
随入射X射线光子能量增加，角分布逐渐倾向光子入射方向
诊断放射学中的光电效应
利：影像质量好
不产生散射线，大大减少了照片的灰雾
增加吸收差别，表示高对比度的X射线照片
害：增加受检者的吸收剂量
康普顿效应
概念
条件
散射光子和反冲电子的角分布
随着入射X射线光子能量的增大，散射光子和反冲电子的角分布都趋向前方
诊断放射学中的康普顿效应
利：降低受检体吸收剂量
害：散射线
增加受检者的吸收剂量
对医护人员造成辐射
增加照片的灰雾，降低影像对比度
电子对效应
X射线与物质的 其他相互作用过程
相干散射
X射线光子与物质相互作用中唯一不产生电离的过程
光核反应
各种相互作用的相对重要性
X射线在物质中的衰减 （扩散/吸收）
X射线与物质相互作用系数
线性衰减系数
概念：X射线光子与每单位厚度物质发生相互作用的概率。
是光子能量和靶物质原子序数的函数，与入射光子数无关。
原子序数一定
能量越大，μ越小
能量越小，μ越大
能量一定，原子序数越大，μ越大
质量衰减系数
定义：线性衰减系数除以物质密度
X射线在物质中的衰减规律
单能X射线在物质中的衰减
单能
窄束：光子束的照射范围，足以保证与吸收物质作用后产生的散射光子照射不到探测器上
半价层：X射线强度衰减到其初始值一半时所需某种物质的衰减厚度
宽束X射线
含有散射成分的X射线束
B是积累因子，描述了散射光子对辐射衰减的影响，相对的反应了宽束与窄束的差别。
连续X射线在物质中的衰减规律
X射线的强度降低
X射线能谱的宽度变窄
特征X射线没有变化
X射线的平均能量提高
决定因素
X射线本身的性质--X射线光子能量
吸收物质的性质
物质的密度
原子序数
每立方米物质含有的电子
X射线的滤过及其质
滤过
材料
铝当量：一定厚度的铝板与其他滤过材料相比较，对X射线具有相同的衰减效果，则此铝板厚度就是该滤过材料的铝当量。
铝：对低能射线滤过效果好 铜：对高能射线滤过效果好（不单独使用）
质
X射线的硬度，指X射线的穿透物质本领的大小（只与光子的能量有关）
单能X射线的质……光子能量或半价层表示 连续X射线的质……半价层表示或有效能量
X射线在人体内的衰减
人体的物质组成
不透过性：骨骼
中等透过性：软组织
易透过性：气体
化合物的有效原子序数：在相同的照射下，1kg混合物或化合物与1kg单元素物质所吸收的辐射相同时，则此单元素的原子序数就称为混合物或化合物的有效原子序数。
