放射物理与防护全套课件

方成正比。
3、X线的质 X线的质又称线质，它表示X线的硬度，即穿透物质本领的
大小。X线质完全由光子能量决定，而与光子个数无关。 在实际应用中是以管电压和滤过情况来反映X线的质。这
是因为管电压高、激发的X线光子能量大，即线质硬；滤过
板厚，连续谱中低能成分被吸收的多，透过滤过板的高能成 分增加，使X线束的线质变硬。在滤过情况一定时，常用管 电压的千伏值来粗略描述X线的质。 在工作中描述X线质除千伏值外，还用半价层、半值深度等 物理量来表示X线质。
I连 = K1 I Z Un
(三)标识 (特征)X线 1．标识X线的产生的原理
基态 →
↑
受激态
激发
X - ray
↗ → 基态
↑ 跃迁
2．特征X线的激发电压 靶原子的轨道电子在原子中具有确定的结合能，只有当
入射高速电子的动能大于其结合能时，才有可能被击脱造 成电子空位，产生特征X线。
3．影响特征X线的因素 ： KV MAS
4.连续X线和特征X线的比例大小.
五、X线的量与质
习惯上常用X线强度来表示X线的量与质。所谓X线 强度是指在垂直于X线传播方向单位面积上，在单位时 间内通过光子数量与能量乘积的总和。可见X线强度(I) 是由光子数目(N)和光子能量(hv)两个因素决定的。
即：
I = N hv
1、X线的量 在实际放射工作中，作为一种简便方法， 一般是用管电流(mA)和照射时间(s)的乘积来反映X线的 量，以毫安秒(mAs)为单位。
↗
基态 → 受激态 → 基态
↑ 激发
↑ 跃迁
当原子从基态 到受激态再回到基态 时，它将发射（或吸收）具有一定频 率的单色光子，其频率为 ：
E2 – E1 υ = ---------
h
四、同位素
凡其有相同的质子数（原子序数）和不同的中子 数的同一类元素称为同位素(isotope)。几乎所有元素 都有同位素。
原子的质量和体积都极其微
小，一个氢原子的质量是 1.6735×10-27 kg ， 较 重 的 铀 原 子也只有3.951× 10-25 kg。原子 的直径为10-10 m数量级，如果 把1亿个原子挨个排成一行，它 的长度仅有lcm。
原子核比原子还要小，核半径仅为原子半径的万分 之一到十万分之一，原子核的几何截面积仅为原子的 几千亿分之一。假设原子有一座10层楼那么大，原子 核只有樱挑那么小。由此可见，原子内有一个相对来 说很大的空间，核外电子就像几粒尘埃一样在这个庞 大的空间里绕核旋转。由于原子的这种“空虚”性， 一个高速电子或X线光子可以很容易地穿过许多原子后， 才会与某个原子发生碰撞。
制，低能成分被管壁吸收的缘故。射线的最大强度都 呈现在相同的光子能量处。
2）管电流的影响： 在一定管电压下同种靶物质和相同的照射时间，X线的量
与管电流成正比， 管电压一定时，X线管的管电流的大小反
应了阴极灯丝发射电子的情况，管电流越大表明阴极发射的 电子越多，因而电子撞击阳极靶产生的X线的量也越大：发 射出的X线的强度也就越大(质不变，量增加)。
4、影响X线质的因素 1）管电压（千伏值）的影响 X线的质仅取决于管电压的千伏值。无论何种靶物质，在
2、连续X线的最短波长、最强波长、平均波长及最大光子 能量。
最短波长：
最强波长：
λ最强 = 1.5 λmin
平均波长 λ平均 = 2.5λmin
最大光子能量 = hvmaX
3．影响连续X线的因素:
连续X线的总强度(I连)与管电流(i)、管电压(U)、靶原 子序数(Z)的关系可用下面公式近似表示出来:
使电子脱离轨道形成自由电子。失去电子的原子带正电， 与前者形成正、负离子对，这一过程称为电离。它是电离 辐射的主要机制，也是某些放射性探测器测量射线的物理 基础。
高速电子与原子的外层电子作用时，可以使原子电离而 损失部分能量△E。 当入射电子的能量损失大，并且大于 外层电子的电离能时，则靶原子被电离，其外层电子脱离 靶原子并且具有一定的动能，如果电离出的电子动能大于 100eV，则称此电离出的电子叫δ电子。δ电子是电离电 子中能量较高的那一部分，它与入射电子一样可以使原子 激发或电离，也可以与原子核和内层电子相互作用而逐渐 损失能量。
二、原子核及核外轨道电子
原子核由质子和中子所组成，通常又把质子和中子 统称为核子。每个质子带1个单位的正电荷，中子不带 电呈中性。因此，原子核所带电荷数由质子数决定。 核电荷数用Z表示。即
核电荷数(Z)=核内质子数=核外电子数
其中X表示原子，A为质量数；Z为质子数(即原子序数)
质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)
通常每个轨道上只有一个电子，由于 其运行受到多个参数的影响，故参数 相近的电子近乎在同样的空间运行， 这个容纳多个轨道的空间范围称为电 子层。距原子核由近及远依次可分为 K、L、M、N、O……层。各层轨道 电子均有特定的能量。
三、原子能级 (P5) 各层轨道电子均有特定的能量。这是因
为核外带负电的轨道电子处于带正电的核 电场中，具有负电势能；轨道电子绕核运 动具有动能，这两部份能量的代数和，就 是该壳层电子在原子中的总能量。
放射物理与防护
Radiological Physics and Radiation Protection
第一章 物质结构 一、原子的基本状况
目前已知的地球元素有107种，其中93种 是地球上天然存在的，15种是人造元素。
任何原子都是由小而致密的原子核和核外 高速绕行的电子所组成的。一个原子就如 同太阳系一样，它的核如同太阳，核外电 子如同行星，沿一定轨道绕原子核旋转。 原子核带正电荷，核外电子带负电荷。在 正常情况下，原子核所带正电荷量与核外 电子所带负电荷量相等。因此整个原子对 外呈现中性。
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。
二、X线的产生条件
电子源 使电子在某个空间高速运动 靶
三、X线产生装置
四、X线产生原理 （一）电子与物质的相互作用
1、电离 电子通过物质时，与其原子核外的轨道电子发生作用，
原子核对核外电子有很强的吸引力， 离核最近的K层电子所受引力最大。 显然，要从原子中移走K电子所需能 量也最多，外层电子受核的引力较小， 移走外层电子所需能量也较少。通常 把移走原子中某壳层轨道电子所需要 的最小能量，称为该壳层电子在原子 中的结合能。
基态 ：原子处于最低能量状态，电子运பைடு நூலகம்时如既 不向外界辐射也不向外界吸收能量，处于基态的原子最稳 定。
只要知道上述3个数中任意2个，就可推算 出另1个的数值来。如钨原子核内有74个质子， 质量数为184，则中子数为：
N = A – Z = 184 – 74 =110 碘的原子质量数为131，核内具有53个质 子，则中子数为： N = A – Z = 131 – 53 = 78
核外轨道电子 核外电子按一定轨道高速绕核运行。
2、激发 高速电子通过物质时，作用于轨道电子，轨道电子获得
能量从低能态轨道跃迁到高能态轨道，这种现象称为激发。 此时原子处于受激态，不稳定。当该电子退激时（跃迁）， 获得的能量将以光能或热能的形式释出。外层轨道电子受激 退激时产生热能，内层轨道电子受激退激时产生射线。
3、散射 电子受到物质原子核库仑电场的作用而发生方向偏折，称
电子在不连续的轨道上运动,原子所具有 的能量也是不连续的,这种不连续的能量 状态称为原子的能级.
电子在不同轨道上的能量大小与其所
在的轨道数有关，内层轨道的能级低， 外层轨道能级高。正常情况下，电子先 填满内层轨道，然后依次向外填充，这 时原子处于最低能量状态（能量最低原 理）。 当内层轨道电子从外界得到能量 时会转移到能量较高的外层轨道上去,此 时的原子处于不稳定状态(受激态),根据 能量最低原理,内层轨道空位立刻有外层 电子填充并释放能量.
管电压一定时，X线管的管电流的大小反应了阴极灯
丝发射电子的情况。管电流大，表明单位时间撞击阳极 靶的电子数多，由此激发出的X线光子数也正比地增加； 照射时间长，X线量也正比地增大。所以管电流和照射 时间的乘积能反映X线的量。
2、影响X线量的因素 1）靶原子序数的影响：在管电压、管电流、投照时
间相同的情况下，阳极靶的原子序数愈高，X线的量愈 大。从图56中可见，曲线的两个端点都重合。其高能 端重合，说明了X线谱的最大光子能量与管电压有关而 与靶物质无关；低能端重合是因为X线管固有滤过的限
受激态：电子吸收了一定大小的能量后（某两个能 级差的能量），电子跳跃到一更高的能级轨道上，此时原 子不稳定，称受激态。
跃迁：外层轨道电子或自由电子填充空位，同时放出一个 能量为hv的光子。（该光子的能量大小取决于两轨道之间 的能级差）
电离：电子吸收了足够大的能量而摆脱原子核的束缚而成 为自由电子。
hv
散射。散射对测量及防护都有一定程度的影响。
4、韧致辐射 电子在介质中受到阻滞、急剧减速时，将部分能量转化为
电磁辐射(即X射线)，称为韧致辐射，又称连续辐射。
（二）连续X线 对X线管发出的X线进行光谱分析，发现它由两种成分组
成，一种X线谱是连续的，称为连续X线；另一种则是线状 的，称为特征X线。可见X线是由这两种成分组成的混合射 线。
原子核的衰变：放射性同位素原子核不稳定，能自发地 放出α、β、γ射线而变成另一种元素 的现象。
α射线：由α粒子组成， α粒子是有2个质子和2个中 子组成的带2个正电荷的氦核。
β射线：由β粒子组成， β粒子就是从原子核内释放 出的带一个负电荷的电子。
γ射线：由γ光子组成，它是在原子核衰变时从核内释 放出的不带电的高能量光子。
且每个电子与靶原子作用前具有的能量也不同，所以各 次相互作用对应的辐射损失也不同，因而发出的X线光子 频率也互不相同。大量的X线光子组成了具有频率连续的 X线光谱。