X线与物质的相互作用
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X(或γ)射线与物质的相互作用
1
?原子的核外电子因与外界相互作用获得足够 的能量，挣脱原子核对它的束缚，造成原子 的电离。
?电离是由具有足够动能的带电粒子，如电子、 质子、α粒子，与原子中的电子碰撞引起的。
?原子的核外电子受原子核的束缚不同，带电 粒子必须具有不小于原子核外壳层电子的束 缚能量，才能使物质的原子电离。
3
?由直接电离粒子或间接电离粒子、或两者混 合组成的辐射成为电离辐射。
?另外，有些辐射如红外线、可见光、微波等 电磁波以及低能粒子，由于其能量低，不能 引起物质原子的电离，成为非电离辐射。
4
辐射的类型
?Directly ionizing radiation
electrons protons α-particles other heavy charged particle
子的能量。
11
X射线与物质的相互作用
?X射线与物质相互作用的主要过程包括： ?光电效应 (photoelectric effect) ?康普顿效应(Compton effect) ?电子对效应(electronic pair effect） ?三种主要过程损失能量的绝大部分。其
他次要过程有相干散射、光核反应等。
12
总结
?hv < Ei ?hv ≥ Ei ?hv >> Ei ?hv ≥ 2mec2 ?hv 很高
相干散射 光电效应
康普敦效应 电子对效应 光核反应
?总质量减弱系数
? ? ? ? ? ? ? ? ? p ? ? coh ?? ? ? ?
13
入射X线
直接透过
吸收和散射
光电子
光电吸收 俄歇电子
散射
?Indirectly ionizing radiation uncharged particles
such as neutron and photons
5
电离辐射与物质 的相互作用是X 射线成像的物理 基础和电离辐射 剂量学的基础。
6
带电粒子与物质的相互作用的主要方式
具有一定能量的带电粒子入射到靶物质中， 与物质原子发生作用，作用的主要方式有
特征放射 康普顿散射
相干散射
散射光子 反冲电子
正电子、电子 电子对效应
湮灭辐射光子
14
总结
15
总结
? ①在0.01 ～10MeV 范围内，产生光电效应、康普顿 效应和电子对效应三个基本过程。
?在光子能量较低 时,除低Z以外的所有元素都以光 电效应为主。
?光子能量在 0.8～4MeV时，无论 Z多大，康普顿效 应都占主导地位。
?①与核外电子发生非弹性碰撞； ?②与原子核发生非弹性碰撞； ?③与原子核发生弹性碰撞； ?④与原子核发生核反应。
7
8
X线与物质的相互作用
?X线与物质的作用都是和原子发生作用。 X线在物质中可引起物理的、化学的和生 物的各种效应。
?当X光子进入生物组织后，与体内某个电 子相互作用，形成高速电子和散射线。
2
?不带电粒子，如光子、中子等，本身不能使物质 电离，但借助它们与原子的壳层电子或原子核作 用产生的次级粒子，如电子、反冲核等，随后在 与物质中的原子作用，引起原子的电离。
?由带电粒子通过碰撞直接引起物质的原子或分子 的电离称为直接电离，这些带电粒子称为 直接电 离粒子 。
?不带电粒子通过它们与物质相互作用产生的带电 粒子引起原子的电离，称为间接电离。这些不带 电粒子称为 间接电离粒子 。
18
总结
?用水来说明低Z组织的情况，如空气、脂肪 和肌肉。
?致密骨含有大量钙质，代表中等Z的物质。 ?相干散射仅占5%左右。 ?水中除低能光子外，康普顿散射是主要的。 ?NaI的Z高，主要是光电作用。 ?骨介于水和NaI之间，低能时主要是光电作
用，较高能量时康普顿散射是主要的。
19
总结
?对Z较低的软组织，在射线能量很低时光电效应 为主；放射摄影中常用钼靶 X线机产生的低能 X线 摄片，是为了增加光电效应的几率使照片的对比 度提高。
?低能光子对高 Z吸收物质，光电效应是主要作用 形式，它能使照片产生很好对比度，但会增加被 检者的 X线剂量。
?康普顿效应是 X线在人体内最常发生的作用，是 X 线诊断中散射线的最主要来源。散射线增加了照 片的灰雾，降低了对比度，但它与光电效应相比 使被检者的受照剂量较低。
20
21
光电效应
?光电效应的概念 ?发生几率 ?光电效应中的特征辐射 ?光电子的角分布 ?如何评价诊断放射学中的光电效应
22
1.光电效应概念
? 能量为hν的光子通过 物质时与原子的 内层 电子相互作用，将 全 部能量交给电子，获 得能量的电子摆脱原 子核的束缚成为 自由 电子(光电子 )，光子 本身被原子吸收的作 用过程称为光电效应。
诊断放射学中作用几率与有效原子序数和能量的关系
X线 能量 keV
水（7.4） 骨（13.8） 碘化钠（49.8）
光 电 康普顿 光 电 康普顿 光 电 康普顿 （%） （%） （%） （%） （%） （%）
20 70 30 89 11 94 6
60 7 93 பைடு நூலகம்1 69 95 5
100 1 99 9 91 88 12
?高速电子通过组织时，与原子相互作用， 使其电离或激发，产生化学变化和生物 损伤；在被吸收的能量中，97％的转变 为热能，3%的能量以引起化学变化的形 式积蓄起来。
9
X线与物质的相互作用
?高速电子还可以发生辐射性碰撞而产生 韧致辐射，韧致辐射线与散射线又象原 射线一样继续与物质的原子作用。
?平均30次左右的相互作用，一个入射光 子的全部能量都转移给电子。
?X光子进入生物组织后，光子能量在其 中转移、吸收，最终引起生物效应。
10
X线与物质的相互作用
?X线在物质中可能与原子的电子、原子核、带电 粒子的电场以及原子核的介子场发生相互作用， 作用的结果可能发生光子的吸收、弹性散射和 非弹性散射。
?吸收时光子的能量全部变为其他形式的能量； ?弹性散射仅改变辐射的传播方向， ?非弹性散射改变辐射的方向，也部分地吸收光
?大的hν处电子对效应占优势。图中的曲线表示两 种相邻效应正好相等处的 Z和hν值。
? ②在20～100keV 的诊断 X线范围内，光电效应和康 普顿效应是重要的，相干散射不占主要地位，电 子对效应不可能发生。
16
总结
?水、致密骨和NaI对20～100keV的光子能量 所发生的各种作用的百分数。
17
1
?原子的核外电子因与外界相互作用获得足够 的能量，挣脱原子核对它的束缚，造成原子 的电离。
?电离是由具有足够动能的带电粒子，如电子、 质子、α粒子，与原子中的电子碰撞引起的。
?原子的核外电子受原子核的束缚不同，带电 粒子必须具有不小于原子核外壳层电子的束 缚能量，才能使物质的原子电离。
3
?由直接电离粒子或间接电离粒子、或两者混 合组成的辐射成为电离辐射。
?另外，有些辐射如红外线、可见光、微波等 电磁波以及低能粒子，由于其能量低，不能 引起物质原子的电离，成为非电离辐射。
4
辐射的类型
?Directly ionizing radiation
electrons protons α-particles other heavy charged particle
子的能量。
11
X射线与物质的相互作用
?X射线与物质相互作用的主要过程包括： ?光电效应 (photoelectric effect) ?康普顿效应(Compton effect) ?电子对效应(electronic pair effect） ?三种主要过程损失能量的绝大部分。其
他次要过程有相干散射、光核反应等。
12
总结
?hv < Ei ?hv ≥ Ei ?hv >> Ei ?hv ≥ 2mec2 ?hv 很高
相干散射 光电效应
康普敦效应 电子对效应 光核反应
?总质量减弱系数
? ? ? ? ? ? ? ? ? p ? ? coh ?? ? ? ?
13
入射X线
直接透过
吸收和散射
光电子
光电吸收 俄歇电子
散射
?Indirectly ionizing radiation uncharged particles
such as neutron and photons
5
电离辐射与物质 的相互作用是X 射线成像的物理 基础和电离辐射 剂量学的基础。
6
带电粒子与物质的相互作用的主要方式
具有一定能量的带电粒子入射到靶物质中， 与物质原子发生作用，作用的主要方式有
特征放射 康普顿散射
相干散射
散射光子 反冲电子
正电子、电子 电子对效应
湮灭辐射光子
14
总结
15
总结
? ①在0.01 ～10MeV 范围内，产生光电效应、康普顿 效应和电子对效应三个基本过程。
?在光子能量较低 时,除低Z以外的所有元素都以光 电效应为主。
?光子能量在 0.8～4MeV时，无论 Z多大，康普顿效 应都占主导地位。
?①与核外电子发生非弹性碰撞； ?②与原子核发生非弹性碰撞； ?③与原子核发生弹性碰撞； ?④与原子核发生核反应。
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X线与物质的相互作用
?X线与物质的作用都是和原子发生作用。 X线在物质中可引起物理的、化学的和生 物的各种效应。
?当X光子进入生物组织后，与体内某个电 子相互作用，形成高速电子和散射线。
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?不带电粒子，如光子、中子等，本身不能使物质 电离，但借助它们与原子的壳层电子或原子核作 用产生的次级粒子，如电子、反冲核等，随后在 与物质中的原子作用，引起原子的电离。
?由带电粒子通过碰撞直接引起物质的原子或分子 的电离称为直接电离，这些带电粒子称为 直接电 离粒子 。
?不带电粒子通过它们与物质相互作用产生的带电 粒子引起原子的电离，称为间接电离。这些不带 电粒子称为 间接电离粒子 。
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总结
?用水来说明低Z组织的情况，如空气、脂肪 和肌肉。
?致密骨含有大量钙质，代表中等Z的物质。 ?相干散射仅占5%左右。 ?水中除低能光子外，康普顿散射是主要的。 ?NaI的Z高，主要是光电作用。 ?骨介于水和NaI之间，低能时主要是光电作
用，较高能量时康普顿散射是主要的。
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总结
?对Z较低的软组织，在射线能量很低时光电效应 为主；放射摄影中常用钼靶 X线机产生的低能 X线 摄片，是为了增加光电效应的几率使照片的对比 度提高。
?低能光子对高 Z吸收物质，光电效应是主要作用 形式，它能使照片产生很好对比度，但会增加被 检者的 X线剂量。
?康普顿效应是 X线在人体内最常发生的作用，是 X 线诊断中散射线的最主要来源。散射线增加了照 片的灰雾，降低了对比度，但它与光电效应相比 使被检者的受照剂量较低。
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光电效应
?光电效应的概念 ?发生几率 ?光电效应中的特征辐射 ?光电子的角分布 ?如何评价诊断放射学中的光电效应
22
1.光电效应概念
? 能量为hν的光子通过 物质时与原子的 内层 电子相互作用，将 全 部能量交给电子，获 得能量的电子摆脱原 子核的束缚成为 自由 电子(光电子 )，光子 本身被原子吸收的作 用过程称为光电效应。
诊断放射学中作用几率与有效原子序数和能量的关系
X线 能量 keV
水（7.4） 骨（13.8） 碘化钠（49.8）
光 电 康普顿 光 电 康普顿 光 电 康普顿 （%） （%） （%） （%） （%） （%）
20 70 30 89 11 94 6
60 7 93 பைடு நூலகம்1 69 95 5
100 1 99 9 91 88 12
?高速电子通过组织时，与原子相互作用， 使其电离或激发，产生化学变化和生物 损伤；在被吸收的能量中，97％的转变 为热能，3%的能量以引起化学变化的形 式积蓄起来。
9
X线与物质的相互作用
?高速电子还可以发生辐射性碰撞而产生 韧致辐射，韧致辐射线与散射线又象原 射线一样继续与物质的原子作用。
?平均30次左右的相互作用，一个入射光 子的全部能量都转移给电子。
?X光子进入生物组织后，光子能量在其 中转移、吸收，最终引起生物效应。
10
X线与物质的相互作用
?X线在物质中可能与原子的电子、原子核、带电 粒子的电场以及原子核的介子场发生相互作用， 作用的结果可能发生光子的吸收、弹性散射和 非弹性散射。
?吸收时光子的能量全部变为其他形式的能量； ?弹性散射仅改变辐射的传播方向， ?非弹性散射改变辐射的方向，也部分地吸收光
?大的hν处电子对效应占优势。图中的曲线表示两 种相邻效应正好相等处的 Z和hν值。
? ②在20～100keV 的诊断 X线范围内，光电效应和康 普顿效应是重要的，相干散射不占主要地位，电 子对效应不可能发生。
16
总结
?水、致密骨和NaI对20～100keV的光子能量 所发生的各种作用的百分数。
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