X射线物理

X射线物理第一章思维导图，包括X射线的产生、X射线的空间分布、X射线与物质相互作用的类型、X射线在物质中的衰减(扩散/吸收)和X射线在人体内的衰减。

X射线物理第一章

• 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
      • 真空空间
    • 阴极
      • 组成
        • 灯丝
          • 灯丝电流
          • 管电压
            • 加在两极之间的加速电压
          • 管电流
            • 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
          • 实际焦点
          • 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
    • 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
  • X射线的空间分布
    • 薄靶周围X射线的空间分布
    • 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：光子通过物质是与轨道电子相互作用，把能量全部传递给电子，光子消失，获得能量的电子挣脱原子束缚成为自由电子；原子的电子轨道出现空位而处于激发态后发射特征X射线回到基态
    • 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
    • 作用过程
      • 概念：光子和处于静止的“自由”电子之间的弹性碰撞
      • 过程：当入射X射线光子和原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一部分能量，并改变运动方向，电子获得能量而脱离原子
    • 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
    • 作用过程
      • 过程：当X摄像光子从原子核旁边经过时，在原子核库伦仓场的作用下形成一堆正负电子
• 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。
      • 规律
        • 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
      • 条件
        • 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
      • 公式
      • 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
        • 公式
        • 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
      • 特点
        • 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
        • 固有滤过
          • 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。
        • 附加滤过
          • 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）
          • 作用
            • X射线的强度降低
            • X射线能谱的宽度变窄
            • X射线的平均能量提高
      • 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
  • 人体的物质衰减
    • 骨＞肌＞脂＞空气