X射线的基础知识
X射线机基础知识
X射线机基础知识一、概述:1895年11月8日,德国物理学家伦琴在研究阴极射线管中气体放电实验时,偶然发现了X射线。
很快X射线就应用于医学成像,开创了一种内脏器官无创伤影像诊断方法。
X射线是一种波长极短,能量很大电磁波,它除了具有可见光的一般性质外,还具有自身的一些特性,即穿透作用、电离作用、感光作用、荧光作用及生物效应等。
X射线在医学上的应用有三个方面的内容,即X射线诊断、X射线治疗及X射线防护。
用于诊断的X射线机称为诊断X射线机,可以作透视、摄影检查。
X射线透视主要依据的是X射线的穿透作用,差别吸收及荧光作用;X射线摄影依据的是X 射线的穿透作用,差别吸收及感光作用。
X射线摄影检查又可以分为普通摄影、滤线器摄影、断层摄影等几种方法。
二、X射线机高压部件简介(一)X射线管X射线产生需要三个条件:(1)电子源;(2)高速电子流;(3)靶。
X射线管就是据此设计制造的产生X射线的核心器件。
X射线管主要由阴极、阳极和玻璃壳三部分组成,阳极和阴极封装在高真空度的玻璃壳内。
阴极(钨丝)在高温下可发射足够数量的电子,这些电子在阴阳两极高压作用下被加速成为高速电子流。
当高速电子撞击钨靶时,电子动能转换为两部分能量:其中不到1%能量转换为X 射线能量;而99%以上能量转换为阳极热量,加速了阳极靶面的温升。
X射线管分为固定阳极X射线管和旋转阳极X射线管,两者结构区别主要体现在阳极上,前者主要由钨靶面和传热的铜体构成,后者主要由靶面、转子、转轴、定子及轴承组成。
旋转阳极X射线管分为低速管(3000转/分)和高速管(9000转/分)两类。
为减少磨损和防止共振,旋转阳极X射线管一般都有制动装置。
X射线管放置在X射线管管室中,两者之间充满了用于绝缘和冷却的变压器油。
(二)高压发生器高压发生器的主要作用是供给X射线管阴、阳两极直流高压和灯丝加热电压。
其主要由高压变压器、灯丝变压器、高压整流器、高压交换闸、变压器油及封装以上部件的箱体组成。
X射线的基础知识
二．X射线的基础知识2.1X射线的产生任何具有足够动能的带电粒子射到金属材料上就会产生X射线。
X射线管主要由灯丝（阴极）和金属（阳极）组成，如图2.1所示。
灯丝为螺旋状，一般由钨丝制成。
当灯丝通电加热后，发射热电子。
金属阳极统称为靶，其接高压变压器，形成一个高压场，使电子流以极高速度撞击靶，在撞击点上产生X射线，向四周辐射。
其强度分布在与靶面约成6 处为最强，故在管壁上按此角度开辟窗口使X射线透过。
由于仅有百分之几的电子动能转化成X射线光能，而大部分撞击靶的电子动能被转变为热能。
因此，靶内部需通水进行冷却，以免靶受热熔化。
图2.1 X射线的产生常用的X射线发生器有两类，一类是封闭X射线管；另一类是转靶X射线管。
封闭X射线管中的靶是固定不动的，故也称作固定靶，如图2.2所示。
其实际使用功率一般在2kW左右。
（a）示意图（b）实物图2.2封闭X射线管的示意图和实物外观图由于封闭X射线管的本身结构所限制，其功率难以再增大。
因此研制了能使靶旋转的X射线管，转靶如图2.3所示，其产生X射线的原理与封闭X射线管相同。
靶为中空的圆柱体，内部通水进行冷却。
工作时，靶围绕轴高速旋转，使靶面上受到电子轰击的部位在不断地迅速移动，受热面积不固定在一个点上，而是一个面，因而可使冷却效率大大提高，从而大幅度地提高了X射线管的功率。
当前，在我国使用的转靶X射线管的功率为12 kW或18kW。
（a）示意图（b）实物图2.3 转靶的示意图和实物外观图根据X射线产生的原理和X射线管的结构，可以开辟两个以上的X射线窗口，如图2.4所示（图中的圆柱体为靶），将其中一个窗口专门用于X射线衍射。
其它窗口（如：点焦点）可用于纤维附件（测试取向度），或用于高温、低温附件（测试相变）和小角散射等，使X射线衍射仪具有一机两用或一机多用的功能。
图2.4 X射线窗口2.2 X 射线的性质X 射线是一种本质上与可见光相同的电磁波，电磁波的分类如图2.5所示。
X线的基础知识
X线的检查方法
（二）特殊摄影检查
体层摄影 通过特殊装置的操作获得某一选定层面上组织结构的影像，而 不属于该选定层面的结构则在投影过程中被模糊掉。多用于了 解病变内部结构。 荧光摄影 是将被检查部位的阴影显示于荧光屏上，再以照相机将荧光屏 上的 影像摄成缩小的照片。多用于大量的肺部集体检查。 放大摄影 是根据摄影学原理，将检查部位和X线片之间的距离增加，使 投照的影像扩大，但较模糊失真。多用于动态器官的检查。 记波摄影 利用特殊装置使动态器官成为波形加以观察。多用于动态器官 的检查。 高千伏摄影 用高于120KV管电压进行摄影。可在致密影像中显示出被隐蔽 的病变。 软X线摄影 是用钼靶、铜靶或铬靶X线管用低的管电压以产生软X线进行摄 影。多用于乳腺摄影。
X线影像形成的原理
X线之所以能使人体在荧光屏上或胶 片上形成影像，因为其具备了以下 三个基本条件： X线具有一定的穿透力 这样才能穿 透被照射的组织 被照射的组织结构必须存在着密度 差异 这样在穿透过程中被吸收后剩 余下来的X线才会有差别 这个有差别的剩余X线仍是不可见的， 必须经过显像过程
X线的特性—物理特性
穿透性
X线波长很短，具有很强的穿透力，能穿 一般可见光不能穿透的各种不同密度的物质，并在穿透 过程中受到一定程度的吸收。
荧光效应
X线能激发荧光物质，使之产生肉眼可见的荧光。
电离效应
当X线通过任何物质而被吸收时，都将产生电离作用 使组成物质的分子分解成为正负离子。如通过空气则 其所产生的正负离子量与空气所吸收的X线呈正比， 所以可利用测量电离的程度来计算X线的量。
不同密度组织（厚度相同）与X线成像的关系
X射线的基本知识
X射线的基本知识一、X射线的发现1895年德国物理学家伦琴(W．C．R?ntgen)在研究阴极射线管中气体放电现象时，用一只嵌有两个金属电极(一个叫做阳极，一个叫做阴极)的密封玻璃管，在电极两端加上几万伏的高压电，用抽气机从玻璃管内抽出空气。
为了遮住高压放电时的光线(一种弧光)外泄，在玻璃管外面套上一层黑色纸板。
他在暗室中进行这项实验时，偶然发现距离玻璃管两米远的地方，一块用铂氰化钡溶液浸洗过的纸板发出明亮的荧光。
再进一步试验，用纸板、木板、衣服及厚约两千页的书，都遮挡不住这种荧光。
更令人惊奇的是，当用手去拿这块发荧光的纸板时，竞在纸板上看到了手骨的影像。
当时伦琴认定：这是一种人眼看不见、但能穿透物体的射线。
因无法解释它的原理，不明它的性质，故借用了数学中代表未知数的“X”作为代号，称为“X”射线(或称X射线或简称X线)。
这就是X射线的发现与名称的由来。
此名一直延用至今。
后人为纪念伦琴的这一伟大发现，又把它命名为伦琴射线。
X射线的发现在人类历史上具有极其重要的意义，它为自然科学和医学开辟了一条崭新的道路，为此1901年伦琴荣获物理学第一个诺贝尔奖金。
科学总是在不断发展的，经伦琴及各国科学家的反复实践和研究，逐渐揭示了X射线的本质，证实它是一种波长极短，能量很大的电磁波。
它的波长比可见光的波长更短(约在0．001～100nm，医学上应用的X射线波长约在0．001。
～0．1nm之间)，它的光子能量比可见光的光子能量大几万至几十万倍。
因此，X射线除具有可见光的一般性质外，还具有自身的特性。
二、X射线的性质(一)物理效应1．穿透作用穿透作用是指X射线通过物质时不被吸收的能力。
X射线能穿透一般可见光所不能透过的物质。
可见光因其波长较长，光子其有的能量很小，当射到物体上时，一部分被反射，大部分为物质所吸收，不能透过物体；而X射线则不然，咽其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，表现出很强的穿透能力。
X线的基础知识
X线的防护
一.放射防护的三原则 1.实践的正当化； 2.放射防护最优化； 3.个人剂量的限值。
X线防护的目的在于防止发生有害的确定性效应，并将随 机性效应的发生率限制到认为可以接受的水平。
X线的防护
二.外照射防护的一般措施 1.时间防护：时间防护是指在不影响工作质量的前提下， 尽量缩短人员受照射的时间。因为受照剂量与时间成正 比，缩短受照时间，即可达到降低剂量的目的。 2.距离防护:是指在不影响工作质量的前提下，尽量延长 受照人员到X线球管和散射体的距离。对于点状源，若不 考虑空气对X线的吸收，X线按距离的平方反比衰减。 3.屏蔽防护：是指在放射源和人员之间，放置能有效吸收 放射线的屏蔽材料，从而衰减或消除射线对人体的危害。
2.随机性效应：被认为无剂量阈值，其受损的严重程度与 受照剂量的大小无关。
二.影响辐射损伤的因素 ㈠与电离辐射有关的因素 1.辐射种类；2.吸收剂量：3.剂量率；4.分次照射；5.照射 部位；6.照射面积；7.照射方式。
电离辐射对人体的伤害
㈡与机体有关的因素 1.种系：不同种系的生物对辐射的敏感性差异很大。总的 趋势是种系衍化愈高，组织结构愈复杂，辐射敏感性愈 高。 2.个体及个体发育过程：同一种系由于个体的原因，辐射 敏感也不同。同一个体不同的发展阶段，辐射敏感也不 同。 3.不同组织和细胞的辐射敏感性：人体对辐射的高度敏感 组织有：淋巴组织、胸腺、胃肠上皮、性腺和胚胎组织 等；中度敏感组织：感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮、 唾液腺和肾、肝、肺的上皮细胞等；轻度敏感组织：中 枢神经系统、内分泌腺、心脏等；不敏感组织：肌肉、 软骨、骨组织和结缔组织等。
对屏蔽材料的要求：防护性能、结构性能、稳定性能、 经济成本。常用的屏蔽材料有铅、铁、砖、混凝土和水 等。把达到一定屏蔽效果材料的单位，称为屏蔽材料的 铅当量。单位：毫米铅（mmPb）。X线机房的主防护应 有2mmPb,副防护达到1mmPb。
x射线基础知识
X射线管
• （4） 高速电子转换成X射线的效率只有1%，其余99%都 作为热而散发了。所以靶材料要导热性能好，常用黄铜或 紫铜制作，还需要循环水冷却。因此X射线管的功率有限， 大功率需要用旋转阳极 （5） 焦点——阳极靶表面被电子轰击的一块面积，X射 线就是从这块面积上发射出来的。焦点的尺寸和形状是X 射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯丝的形状， 螺形灯丝产生长方形焦点 X射线衍射工作中希望细焦点和高强度；细焦点可提 高分辨率；高强度则可缩短暴光时间
旋转阳极
加速器中可以引出X射线
加速器中可以引出X射线
•
加速器中可以引出X射线
加速器中可以引出X射线
X射线谱-------- 连续X射线谱 连续X
• X射线强度与波长的 关系曲线，称之X 关系曲线，称之X射 线谱。 线谱。 • 在管压很低时 ， 小 20kv 于 20kv 的 曲 线 是 连 续变化的 ， 故称之 连续X射线谱， 连续X射线谱，即连 续谱。 续谱。
小结
连续谱 (软X射 软 射 线) 特征谱 (硬X射 硬 射 线) 谱图特征: 高速运动的 谱图特征: 是衍射分析的 背底; 粒子能量转 强度随波长 背底; 换成电磁波 连续变化 是医学采用的 高能级电子 回跳到低能 级多余能量 转换成电磁 波
仅在特定波 长处有特别 强的强度峰 衍射分析采用
莫色莱定律
对连续X射线谱的解释1
• 根据经典物理学的理论，一个带负电荷的 电子作加速运动时，电子周围的电磁场将 发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁 波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量 的电子射到阳极上的时间和条件不可能相 同，因而得到的电磁波将具有连续的各种 波长，形成连续X射线谱。
对连续X射线谱的解释2
二、X线基本知识_医学影像检查技术学本科课件
（二）增感屏的种类 增感屏可分为钨酸钙和稀土两大类。 1.钨酸钙屏：这类增感屏使用已久，以增 感速度的不同又分为：①低速增感屏②中 速增感屏③高速增感屏④超高速增感屏、 高电压增感屏、一次多层摄影增感屏等。 钨酸钙屏是在X线激发下，转换成蓝色 谱段可见光，对感蓝胶片敏感，亦称蓝敏 胶片用增感屏。
（二）增感屏的种类
六、光学密度与感光效应
（一）光学密度 胶片中的感光乳剂（卤化银）在光（或 辐射线）作用下致黑的程度称为照片的密度， 又称光学密度或黑化度。 光学密度是由于胶片上乳剂感光后，光 量子被卤化银吸收，经过化学处理，使卤化 银还原，构成黑色金属银的影像。吸收光线 越多，卤化银沉积越多，照片就越黑；反之， 卤化银沉积越少，照片越透明。
2、增感速度 增感速度是各种增感屏之间增感率的 比较。影响增感速度的因素： ①荧光 颗粒的大小；②荧光体层厚度；③不 同类型的荧光物质；④温度对增感速 度的影响。
3、荧光体的光扩散 增感屏的结晶体颗粒在受到X线照射后， 每个晶体均成为一个发光光源向外散射 荧光，使影像清晰度降低，称为“荧光 的光扩散”。此现象与荧光结晶体颗粒 大小及涂布厚度有关，结晶颗粒越大， 涂布厚度越厚，则荧光的光扩散现象也 越显著。
4、余辉现象 当X线照射停止时，增感屏上仍然继续 有荧光作用存在，这种荧光的继续滞留 称为“余辉”。
5、分辨率 是表示增感屏能清晰反映影像细节的最大 能力的指标。由于增感屏的材料和荧光性 能的制约，增感屏分辨率远低于胶片分辨 率，故对X线照片影像质量影响较大。其次， 采用不同荧光颗粒的增感屏，其分辨率也 有差异，选用时应加以注意。
（二）化学效应
2.着色作用 某些物质如铂氰化钡、增感屏、铅玻 璃、水晶等，经X线长时间照射后，其结 晶体脱水渐渐改变颜色，发生脱水、着色， 称为着色作用（脱水作用）。
关于x线的科普知识
关于x线的科普知识
关于x线的科普知识如下：
X线，又称X射线，是一种穿透物质的能力。
X线具有波长很短（约几个埃）的电磁辐射，一般以可见光千分之一秒以下的速度传播，它的穿透能力取决于其波长和电离物质的能力。
X线在穿透物质时被物质吸收并损失大部分能量，穿透距离有限。
不同物质的密度和厚度不同，X 线的穿透能力也不同。
在医疗上，常利用X线的穿透本领协助诊断疾病。
此外，X线也可用于工业探伤和食品检测等。
对于不同的人体部位，X 线的表现也有所不同。
对骨骼和含气量多的器官（如肺）表现明显，对脂肪和含水组织起主要作用的表现为吸收形成不同的灰度级差异，是图像形成的基础。
希望以上信息对您有所帮助，如果您还有其他问题，欢迎告诉我。
第16章X射线
一、 X射线的的产生装置
受阻辐射
1. X射线产生方法
同步辐射 受激辐射
受阻辐射产生X射线必须具备的两个基本条件： （1） 有高速运动的电子流； （2） 有阻止电子运动的障碍物—阳极靶；
2. X射线产生装置原理图：
（1）X射线管； （2）整流电路； （3）低压电源； （4）高压直流电源；
m KZ 3 , 3.5
(3)物质的原子系数愈大，对X射线的吸收本领愈强. (4)X射线的波长愈长, 愈容易被吸收。
5. X射线的滤过和硬化
固有滤过: 过滤窗 附加滤过: 总强度减小, 软X射线被吸收较多,短波成 分相对增加,平均硬度提高,波长范围变窄,波长分布 均匀化, 强度分布均匀化, 能量更有效, 线质变硬了.
点可看作一
氯个新离的子波源， 向 入C外 射l辐 的射X 与射 钠线 电同 磁离频 波子率 ，的 称 为N散a＋射波。
X 射X线射 线
散射波干涉
晶体点阵的散射原波子或可离以子相中互的干电涉子在。
外场作用下做受迫振动。
晶体包点括阵 中的面每中一点阵阵 点 个可 新散看 的射波作 波干一源涉， 向外辐和射与 入射面的间X点阵射 线 电同 磁散频 波射波率 ，干的 称涉 为散射波。
4. 光化学作用(感光作用): X射线照射胶片后能使胶片的感光乳剂中的溴化
银变成感光的溴化银, 经显影剂的化学处理后还原成 黑色的银, 构成了X线影像. 这样在X线片上就显示出 黑白影像，达到诊断目的.
5. 穿透本领: 波长短, 能量大, 对物质具有很强的穿透 能力; 透视、摄影和X-CT；
电离效应——X线治疗的基础
第四节 物质对X射线的衰减规律
低能粒子产生的X射线与物质相互作用的 主要形式为
05-x射线基础知识介绍
底 片
劳 厄 斑 点
晶体可看作三维 立体光栅。
1912年，德国学者劳埃第一次成功地进行了X射线通过 CuSO4· 5H2O晶体作为天然光栅发生 衍射的实验。
X 射 线 管
铅 屏
单晶体
底 片
劳 厄 斑 点
晶体可看作三维 立体光栅。 根据劳厄斑点的 分布可算出晶面间距， 掌握晶体点阵结构。
1913年英国的布拉格父子，提出了另一种精确 研究 X 射线的方法，并作出了精确的定量计算。由 于父子二人在X射线研究晶体结构方面作出了巨大贡 献，于1915年共获诺贝尔物理学奖。
单晶体
底 片
1912年，德国学者劳埃第一次成功地进行了X射线通过 CuSO4· 5H2O晶体作为天然光栅发生 衍射的实验。
X 射 线 管
铅 屏
单晶体底 片劳 源自 斑 点1912年，德国学者劳埃第一次成功地进行了X射线通过 CuSO4· 5H2O晶体作为天然光栅发生 衍射的实验。
X 射 线 管
铅 屏
1912年，德国学者劳埃第一次成功地进行了X射线通过 CuSO4· 5H2O晶体作为天然光栅发生 衍射的实验。
X 射 线 管
1912年，德国学者劳埃第一次成功地进行了X射线通过 CuSO4· 5H2O晶体作为天然光栅发生 衍射的实验。
X 射 线 管
铅 屏
1912年，德国学者劳埃第一次成功地进行了X射线通过 CuSO4· 5H2O晶体作为天然光栅发生 衍射的实验。
晶体是由彼此相互平行的原子层构成。这些原子 层称作晶面。X射线会在不同的晶面上反射。
2d sin k
A E B
d
• 与X射线及晶体衍射有关的诺贝尔奖获得者
1901 1914 1915 1917 1924 1937 1954 1962 1962 1964 1985 1986 1994 物理 伦琴Wilhelm Conral Rontgen 物理 劳埃Max von Laue 亨利.布拉格Henry Bragg 物理 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg. 物理 巴克拉Charles Glover Barkla 卡尔.西格班Karl Manne Georg 物理 Siegbahn 戴维森Clinton Joseph Davisson 物理 汤姆孙George Paget Thomson 化学 鲍林Linus Carl Panling 肯德鲁John Charles Kendrew 化学 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz 生理 Francis H.C.Crick、JAMES 医学 d.Watson、Maurice h.f.Wilkins 化学 Dorothy Crowfoot Hodgkin 霍普特曼Herbert Hauptman 卡尔Jerome Karle 鲁斯卡E.Ruska 物理 宾尼希G.Binnig 罗雷尔H.Rohrer 布罗克豪斯 B.N.Brockhouse 物理 沙尔 C.G.Shull 化学 X射线的发现 晶体的X射线衍射 晶体结构的X射线分析 元素的特征X射线 X射线光谱学 电子衍射 化学键的本质 蛋白质的结构测定 脱氧核糖核酸DNA测定 青霉素、B12生物晶体测 定 直接法解析结构 电子显微镜 扫描隧道显微镜 中子谱学 中子衍射
X射线物理学基础
第一章X射线物理学基础【教学内容】1．X射线的发觉。
2．X射线的本质。
3.X射线的产生与X射线管。
4．X射线谱。
5.X射线与物质的彼此作用。
【重点把握内容】1.X射线的粒子性与波动性。
2.X射线的产生与X射线管的大体构造。
3•持续X射线和特点X射线谱特点及产生的机理。
4.X射线与物质的的彼此作用而产生的散射和吸收。
【了解内容】1.X射线发觉。
2.X射线的平安防护。
【教学难点】1．X射线的散射与干与。
2．X射线的吸收。
【教学目标】1•了解X射线的本质、特点。
2.把握X射线的产生和X射线谱特点。
3．把握X射线与物质的彼此作用有关知识。
4.培育能依照不同的需要选择对不同类型的X射线及在关实验条件的能力。
【教学方式】1．以课堂教学为主，通过量媒体教学手腕，增强教学成效。
并通过部份习题，增进学生对X射线本质的明白得。
2.安排一次对X射线衍射仪的参观，使学生对X射线的产生和大体装置有一个初步的感性熟悉。
一、X射线的发觉X射线发觉于19世纪末期，并在上个世纪之交掀起了一场X射线热。
它的发觉及其本质的确信在物理学上具有划时期的意义。
代表着经典物理学与近代物理学的转折点。
1895年11月8日，德国物理学家伦琴（照片）在研究真空管的高压放电现象时，偶然发觉凳子上镀有氰亚铂酸钡的硬纸板会发出荧光。
这一现象当即引发的细心的伦琴的注意。
他认真分析一下，以为这可能是真空管中发出的一种射线引发的。
连续数日呆在实验室中不回家。
他试着用各类手、纸板、木块去遮挡，但都无法挡住这种射线。
于是，一项伟大的发觉诞生了。
由于那时对这种射线的本质和特性都不了解，故称之为X射线。
其实在此之前，也有人注意到，放在高压管周围的照相底片有时会发生雾点。
但他们以为这是一种偶然现象。
没有引发重视。
伦琴发觉，不同物质对X射线的穿透能力是不同的。
他用X射线拍了一张其夫人手的照片（照片）。
1896年1月23日。
伦琴在自己的研究所第一次作关于X 射线发觉的报告时，现场再次拍了维尔兹堡闻名的解剖学教授克利克尔的一只手的照片，克利克尔教授带头向伦琴欢呼三次，并建议将这种射线称为伦琴射线。
X射线的产生-基础知识
生物医学工程 袁文迪
二， 康普顿效应
1. 作用过程：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 部分内能量，并改变运动方向，电子获得 能量而脱离原子，这个过程称为康普顿效
应（Compton effect）（图）
损失能量后的X射线光子成为散射光子，获得 能量的电子称为反冲电子。
生物医学工程 袁文迪
碰撞损失 辐射损失
约等于
816MeV Ek*Z
• Ek高速电子的动能（以MeV单位） • Z是靶物质的原子序数
• 100KV的管电压下，电子撞击在钨靶，只有99% 的能量以碰撞损失，只有1%的能量产生X射线。
• 阳极产生的热量与X射线管电流的增加成正比， 但是X射线产生的效率与管电流的大小无关，也 就是说不管选择什么挡位毫安曝光，X射线产生 的效率是一样的。
（图）
生物医学工程 袁文迪
生物医学工程 袁文迪
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2.光电子的角分布（图）
3.诊断放射学中的光电效应 有利方面： • 不产生散射线，大大减少照片灰雾 • 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 不利方面：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。 钼靶乳腺X摄影就是利用低能X射线在软组织中因
生物医学工程 袁文迪
二，标识X射线 高速电子与内层电子发生作用 • 如果高速电子没有与靶原子的外层电子作用，
而是与内层电子发生作用，就会产生标识X射线。 （图）
生物医学工程 袁文迪
生物医学工程 袁文迪
三，连续X射线 韧致辐射是辐射损失的一种，它是产生 连续X射线的机制
• 经典的电磁学认为：当一个带电体在外电场中速度变 化时，带电体将向外辐射电磁波。当高速电子穿过靶 原子时，若它能完全避开电子轨道就有可能非常的接 近原子核，并且受其影响。由于电子与原子核之间的 静电吸引，高速电子越接近原子核越受其影响，原子 核有很多质子，又与电子之间的距离很近，所以它们 之间的电场非常强，当电子经过原子核时就会慢下来 并改变其原有的轨迹。此时电子将向外辐射能量，这 种电磁波称为X射线光子（X线）。这就是韧致辐射 （图）
X射线物理基础
X射线物理基础一、X射线的基本概念X射线是一种高能电磁辐射，其波长比可见光还要短，但比γ射线稍长。
X射线是由被高速电子撞击产生的极短波长的电磁辐射。
X射线的波长范围在0.01~100纳米之间，因此具有穿透性很强的特点。
X射线辐射主要有三种过程，即散射、吸收和透射。
散射是指X射线在物质中的原子内外发生方向改变；吸收是指物质中的原子吸收掉X射线；透射是指X射线穿过物质而不被物质吸收。
二、X射线的产生和基本特性X射线的产生有两种方式，即广义上的X射线和特殊的X射线。
广义上的X射线产生是指将一束高能电子流来轰击具有特殊构造和材料的靶，使靶发射出X射线，这种方式就是X射线机所采用的。
特殊的X射线产生是指利用原子残余成分核能级跃迁所放出的特殊X射线。
X射线的基本特性有以下几点：1.X射线是一种电磁波，不带电，可以穿透很厚的物质，其波长短，频率高，能量较大。
2.X射线的强度随着入射电子的能量增加而增加，随着靶材的原子序数增加而增大。
3.不同的物质具有不同的透射性，而透射系数与射线的能量相关。
4.X射线具有强的杀菌和破坏生物细胞等作用。
三、X射线在医学中的应用X线是医学中常用的诊断性工具，应用广泛，可以用于检测人体内各种骨头、器官等部位情况。
常见的X线检查有：1.骨密度检查：用于测定骨的密度，并检测是否存在骨质疏松等问题。
2.胸部X线检查：用于检测肺、心脏等部位疾病的情况。
3.腹部X线检查：用于检测腹部器官如胃、肠、肝、脾、胰等的情况。
4.骨骼成像：用于检查骨骼不良变化的情况，如骨折等。
5.普通X线检查：用于全身各个部位的检查。
四、X射线的剂量安全问题X射线的安全问题是医学工作者非常关注的问题，因为如果剂量过大，就会对身体造成损害。
常见的X射线安全问题包括以下几点：1.剂量选择问题：不同的检查需要选择适当的剂量，大剂量的X射线会对人体健康造成不良影响。
2.暴露时间问题：X射线检查中，暴露时间过长会使剂量增加。
3.距离问题：医学工作者需要尽量离患者远一些，以避免吸收额外的X射线。
X射线基础知识
2d sin n
λ 固定， θ → d 测晶体结构（X射线衍射仪）
d 固定， θ→λ 分光
1913年 莫塞莱发现了X射线波长与原子序数间的关系
λ~Z（原子序数）——元素分析基础
→X射线光谱分析及X射线荧光分析法
1948年 第一台X射线荧光光谱仪——元素分析仪
思考：为什么X射线出现晶体衍射，紫外、可见未出现？
相干：方向改变，ν2=ν1
非相干：方向改变，ν2 <ν1
hv2 hv1
电子
重原子，电子结合牢固
电子结合松弛
hv2 hv1
电子
e-(反冲电子) 电离
4、衍射
晶体对X射线起衍射光栅的作用——波长色散
晶体衍射
2d sin n
结构分析 X射线衍射仪 WDX（-XRF）
d：晶面距离； θ：衍射角；n：衍射级次 已知λ：θ→ d
特征谱的特点
A、V﹥V临 → 特征谱（入射电子能量≥电子结合能）
B、同种元素 V临k﹥V临L﹥V临M C、同壳层 Z越大，电子结合能En越大， V临越大 D、遵守莫塞莱定律
1
KR( Z )
2
1 1 K 2 2 n1 n2
定性分析的基础
R为里德堡常数，σ 为屏蔽常数：K系： σ =1 Z↑，Δ En↑
（3）检测器
① 正比计数器:
一种充气型检测器
阴极：圆柱形金属壁 窗口：Be（或聚酯） 内充气体：Ar(90%)+CH4(10%) Ar hv(x) Ar++e e(初级定量电子） 阳极 +Ar 碰撞 Ar——Ar++e 多级电离电子 雪崩（1初级电子→103-105多级电子） 例：Cukα：hv：8040eV，Ar电离能：26.4eV 8040/26.4=304(初级电子）雪崩 304*(103-105)电子 脉冲
X线基础知识及临床应用
X线基础知识及临床应用概述：X线是一种常用于医学诊断的照射射线，具有较高的穿透力和成像能力。
本文将介绍X线的基础知识，包括X线的产生原理、成像机制以及常见的临床应用。
一、X线的产生原理：X线是通过高速电子撞击金属靶产生的一种电磁波。
具体来说，当高能电子与金属靶发生碰撞时，其能量将转化为X射线。
X射线由不同能量的光子组成，能够穿透人体组织，形成影像。
二、X线的成像机制：X线成像主要依靠X线在人体组织中的吸收和散射来形成影像。
当X射线穿过人体时，不同组织对X射线的吸收程度不同，形成不同的灰度。
这些灰度经过感光片或数字传感器后，形成X线影像。
三、常见的临床应用：1. X线透视：X线透视是通过X射线透过人体进行观察，用于检测骨骼、关节和内脏器官等方面的问题。
比如，X线透视可以诊断骨折、关节脱位、内脏器官肿瘤等疾病。
2. X线摄影：X线摄影是通过将X射线照射到特定部位，获取横断面或正面影像。
常见的X线摄影包括胸部X线摄影、腹部X线摄影等。
这些摄影技术可用于检测肺炎、胃肠道疾病等。
3. CT扫描：CT扫描是一种结合了X射线和计算机技术的影像诊断方法。
CT扫描通过连续的X射线照片，构建出人体的横断面影像。
CT扫描在诊断骨折、肿瘤和脑部疾病等方面具有广泛应用。
4. 造影剂：在某些情况下，医生使用造影剂来增强X线影像的对比度。
造影剂是一种能够吸收X射线的物质，常用于血管造影、尿路造影等检查。
5. 低剂量CT扫描：低剂量CT扫描是一种减少辐射剂量的CT扫描技术。
它采用更低的X射线剂量进行扫描，既保证了影像质量，又减少了患者的辐射暴露。
结论：X线是一种既常见又重要的医学影像学技术。
通过了解X线的基础知识和临床应用，我们能够更好地理解X线在医学领域的作用。
未来，随着科技的不断进步，X线技术也将不断发展，为医学诊断提供更多的可能性和精确性。
X射线基础知识
数字影像系统基础术语
• • • • • • • • • • DR（数字摄影系统） CR（计算机摄影系统） IP板 WORKLIST登录工作站 ACQUIRE采集工作站 REPORT诊断工作站 PACS（图象存储与传输系统） DICOM标准（医学影像数字传输协议） HIS（医院信息系统） RIS（放射信息系统）
系统部件基础术语
• • • • • • • • • • • • X-Ray Generator X线高压发生器 X-Ray Tube Assembly X线管组件 Collimator 限束器 HV-Cable 高压电缆 Radiography Table 摄影床 Diagnose Table 诊断床 Standby 立式摄影架 Ceiling 吊架 C-arm C形臂 I.I (Image Intensifier)影像增强器 CCD Camera CCD摄象机 X-Ray TV X线电视系统
X射线基础知识
万东医疗© 2009
大纲 1 X射线发现与发展 2 X射线的产生和性质 3 X射线与物质的作用与成像 4 X射线的防护 5 X射线基础术语 6 讨论
1 X射线发现与发展
人类研究微观世界的“三大发现 ”
• X射线的发现 • 放射性的发现 • 电子的发现 1895年伦琴 1901年诺贝尔物理奖 1896年贝克勒尔（铀） 1898年居里夫妇 （钋、镭） 1903年诺贝尔物理奖 1897年汤姆生 1906年诺贝尔物理奖
TX
XS XDS ZC
图象
限束(器) X射线探测器系统 诊(断)床
TX-DSI1000
XS1-2 XDS3000 ZC25SY-2
ZZ
支柱
ZZ-5
系统构成
表4 新东方1000医用诊断X射线机系统构成 部件名称 高压发生器 部件型号 GFS501-1 1 数量 万东 制造商
Xray基础知识
A
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产生X射线的机理
X-ray 产生方式
电离与激发(热辐射): 靶原子的外层轨道电子
受激跃迁并辐射出红外线.轰击电子时 99% 以上能量以此形式消耗.
管电压脉动系数为100%. 射 出大量有害X射线.
单相电路只取三相系统中的
一相,负载功率较大时, 造成 供电系统严重不平衡.
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高压发生器的原理
双三相六波桥式整流电路
管电压脉动系数为13.4%.
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高频高压发生器的原理 高频逆变的基本原理
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X射线的防护
辐射损伤机理
X射线能引起构成机体细胞, 组织的原子或分子电离. 影响辐射损伤的因素: 辐射性质; 射线剂量; 剂量率; 照射方式; 受照
部位; 环境因素
实际工作中的防护
限制曝光时间, 曝光剂量 做好个人屏蔽与防护
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阳极效应（Heel Effect）
Target Angle角度愈小、将会有愈多之X-Ray被Anode本身吸收， 造成愈接近阳极靶之X-Ray能量 愈低，而愈接近阴极灯丝之X-Ray 能量愈高，此即为阳极效应，
且会在X-Ray Film上产生不同 的浓度。
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XRD基础知识
式中：e为电子电荷，e=1.662 1892×10-19C； V为电子通过两极时的电压降V。
管电压与短波限的关系
管电压， V/kV 短波限， λ0/nm
20
30
40
50
0.062
0.041
0.031
0.025
X射线的强度
X射线的强度是指行垂直X射 线传播方向的单位面积上在 单位时间内所通过的光子数 目的能量总和。 常用的单位 是J/cm2.s。
X射线的本质
X射线的本质是电磁辐射，具有波粒二像性。
波动性
X 射 线 的 波 长 范 围 ： 0.001~10nm （ 聚 合 物 衍 射 0.05～0.25nm ） 表现形式：X射线以一定的频率和波长在空间传播， 在传播过程中能发生干涉、衍射现象。
粒子性 特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一 定的质量、能量和动量。 表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如 光电效应；二次电子等。 波动性与粒子性的联系
在劳厄等发现X衍射不久，W.L.布拉格
(Bragg )父子对劳厄花样进行了深入的研 究，提出花样中的各个斑点可认为是由 晶体中原子较密集的一些晶面反射而得 出的，并导出了著名的布拉格定律。
布喇格父子(W.H.Bragg, W.L.Bragg)对伦琴射 线衍射的研究
d O φ . d A. φ. . B C φ
加速运动的电子会辐射电磁波。在电子同步加速器 中，将电子加速到数千兆电子伏特，并使其在电子 储存环的强大磁场偏转力的作用下做圆周运动，在 圆周的切线方向产生包括从红外至硬X射线各个频 段的辐射，这种辐射简称为同步辐射，这种辐射包 括了波长为0.01~40nm的连续X射线。 主要特点：强度高，X射线的强度为常规X射线机 的103~104倍。衍射实验所需暴光时间短， 准直性好， 发散度小，稳定性好。
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靶材料
元素 Cr 序数 24
特征X射线波长
Kα 2.2907 Kβ 2.0849
Fe
Ni Cu Mo W
26
28 29 42 74
1.9373
1.6592 1.5418 0.7107 0.2106
1.7566
1.5001 1.3922 0.6323 0.1844
X射线管产生X射线的特点：当高速电子束轰
击金属靶时会产生两种不同的X射线。
一种是连续X射线，另一种是特征X射线。
特征X射线 X射线衍射分析
连续X射线
X射线荧光光谱分析
特点：
不同波长的X射线的叠加 从某一最小值开始
产生机理：
快速移动的电子在靶面突然停止而产生。电
子的动能的一部分变为热能，一部分变为一 个或几个X射线量子。
邓宇佳
☼
☼
X射线的发现
X射线的性质
☼
X射线的产生
☼ 连续X射线 ☼ 特征X射线 ☼ 莫塞莱定律
1895年伦琴（W.C. Roentgen）研究阴极射 线管时，发现阴极管能放出一种有穿透力 的肉眼看不见的射线。由于它的本质在当 时是一个“未知数”，故称之为X射线。 1896年，伦琴将他的发现和初步的研究结 果写了一篇论文，发表在英国的《Nature》 杂志上。 这一伟大发现很快在医学上获得了应用— —X射线透视技术。 1901年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴因X 射线的发现而获得第一个诺贝尔物理学奖。
产生途径
X射线荧 X射线管 光 放射性 同位素 衰败 同步加 速器辐 射
阴极：如同一般的灯丝，一般用钨丝做成，用于产生大量的电子。 阳极：又称靶，由不同的金属组成，从阴极发出的电子高速向靶撞击，产生X射线， 不同金属制成的靶产生的X射线是不同的。 冷却系统：当电子束轰击阳极靶时，其中只有1%能量转换为X射线，其余的99% 均转变为热能。 焦点：指阳极靶面被电子束轰击的面积。 窗口：X射线射出的通道，窗口一般用对X射线穿透性好的轻金属铍密封，以保持 X射线的真空。一般X射线管有四个窗口。
波动性表现在它以一定的波长和频率在空间
传播。
粒子性表现由大量的不连续的粒子流构成的。
它具有一定的能量和动量。
hc
能量： hv
动量： p
h
① 肉眼能观察到，但可使照相底片感光、荧
光板发光和使气体电离； ② 能透过可见光不能透过的物体； ③ 射线沿直线传播，在电场与磁场中不偏转， 在通过物体时不发生反射、折射现象，通过普通 光栅亦不引起衍射； ④ 射线对生物有很强的生理作用。
例如：Cu的特征谱线波长为：Kα1 1.54056Å，Kα2 1.54439Å，Kβ1 1.39222Å，... 对于Cu靶，Kα波长取Kα1与Kα2的加权平均值为1.54184Å。
1910年 ，亨利· 莫塞莱发现一个元素的X射线谱内，强 度最高的短波长谱线，与元素的原子序数有关。
K (Z )
下限波长λmin与电压V相关
mv 2 hc eV h max 2 min
1.24 (nm) min V
(k比例系数，i 灯电流，Z 靶材料原子 序数，V 电压，k和m都是常数，m ≈2，K ≈1.1~1.4×10-9)
机理： 由阴极飞来的电子， 在其与阳极的原子 相作用时，把能量 传给这些原子中的 电子。
Kα辐射
K激发
Kβ辐射
WK
K态（击走K电子）
原 子 的 能 量
L激发
WL WM WN 0
L态（击走L电子）
Lα
M态（击走M电子） M N Mα N态（击走N电子） 击走价电子 中性原子
特征X射线产生过程
光子能量：Kβ大于Kα
K层与L层为相邻，L层电子填充几率大
Kα会出现分裂
Kα1、Kα2、Kβ1的强度比一般为100:50:22
X射线及晶体衍射有关的部分诺奖获得者
年 份 学 科 1901 物理 1914 物理 1915 1917 1924 1937 1954 1962 1962 1964 1985 1986 得奖者 伦琴Wilhelm Conral Rontgen 劳埃Max von Laue 亨利.布拉格Henry Bragg 物理 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg. 巴克拉Charles Glover Barkla 物理 卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn 物理 戴维森Clinton Joseph Davisson 物理 汤姆孙George Paget Thomson 鲍林Linus Carl Panling 化学 肯德鲁John Charles Kendrew 化学 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz Francis H.C.Crick、JAMES d.Watson、 生理医学 Maurice h.f.Wilkins 化学 化学 物理 Dorothy Crowfoot Hodgkin 霍普特曼Herbert Hauptman 卡尔Jerome Karle 鲁斯卡E.Ruska 宾尼希G.Binnig 罗雷尔H.Rohrer 内 容 X射线的发现 晶体的X射线衍射 晶体结构的X射线分析 元素的特征X射线 X射线光谱学 电子衍射 化学键的本质 蛋白质的结构测定 脱氧核糖核酸DNA测定 青霉素、B12生物晶体测 定 直接法解析结构 电子显微镜 扫描隧道显微镜