X射线的产生-基础知识
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X-ray基础知识
可由Cooling Curve表现出来，单位是H.U./min.
X-Ray Generator 简介
X-Ray Generator功能
提供电力给X-Ray Tube和其他系统组件控制影
响影像品质之技术条件，如mA，kVp，sec.等
电力供应之要点
种类
直流（DC）--电池 交流(AC)--单相（Single Phase）/ 三相（Three Phase） 范围 一般X-Ray Generator使用208 - 408伏特（Volts） 频率 50 Hz / 60 Hz
Ionization Chamber
Solid State
滤线栅的类型
平行式 辐射式 交叉式
网格的参数
铅栅比（Grid Ratio） 铅栅焦距（Grid Focus）
X光机组成要件
X光高压产生器（Generator） X光球管（X-Ray Tube） X光球管支架装置（Support Device） X光摄影台（Table）
回转式阳极
具有承轴回转系统 (bearing system)， 旋转速度一般为3,400rpm-10,000rpm 可使 X-ray Power Output提高
跟效应（Heel Effect）
Target Angle角度愈小、将会有愈多之XRay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，此即为跟效应，且会
X-Ray波长与Film上contrast之关系
在X-ray穿透过病人，其穿透率主要和病人组织结构及X-Ray波长有关
短波长X-ray
(high kV) ：能量较高，穿透性好，造成在
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射线荧光光谱分析仪基础知识
连续谱和特征谱
莫塞莱定律
阳极靶材不同产生的特征X射线不同。
为常数，均为特性系数随K，L，M，N等谱系而定。
所以通过测定X射线的能量和波长即可获知其为何种元素，识别物质组成。
特征谱线 L壳层 K壳层
Lα2
Lα1
Lβ1
Kβ
K：p→s L：p→s, s→p, d→p,
电磁波谱
X射 线
X射线的产生
X射线管结构
X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。 X射产生的条件: 产生并发射自由电子（加热钨灯丝）。 在真空中迫使自由电子朝一定方向高速运动（加一很高的管电压）。 在高速电子流的运动路程上设置一障碍物（阳极靶），使高速运动的电子突然受阻。
ML K
连续谱和特征谱
X特征谱Kα
当高速电子能量足够大时， 阳极中处于基态的K层电子被击出， 原子系统能量由基态升到K激发态， 高能级电子向K层空位填充时长生K 系辐射。L层电子填充空位时，产生 Kα 系辐射；M层电子填充空位时产 生Kβ辐射。
所以当电压不断提高至超过临界电压时，在某些固定的波长位置，形成远高于连续谱强度的 强度峰——特征峰。
荧光产额
一般而言随原子序数的增加，荧光产额显著上升，对轻元素，荧光产额很低，这也是利用XRF 分析轻元素比较困难的原因。
元素 C
不同元素的K系荧光产额
O
Na
Si
K
Ti
Fe Mo Ag Ba
ωK 0.0025 0.0085 0.024 0.047 0.138 0.219 0.347 0.764 0.83 0.901
因散射构成待测元素的背景，对元素的测定特别是痕量元素的测定带来不利的影响，然而利用散 射线作为内标，则可以校正基体的吸收效应和非均匀效应，因此研究X射线在物质中的散射现象是十 分重要的。
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。
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）。
第16章X射线
第一节 X射线的产生
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
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
单晶体
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
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。
11x射线物理学基础
1901年 围绕X射线发现、 发展和应用而 1914年 进行科研工作 1915年 1936年 的科学家获诺 1962年 贝尔奖的就有 1964年 近卅人之多 1985年 伦琴(英) 劳埃(德) 布拉格父子(英) 德拜(英/荷) 奥森等3人 霍奇金(英/埃) 豪普特曼等2人 ………… 获诺贝尔物理奖 获诺贝尔物理奖 获诺贝尔物理奖 获诺贝尔化学奖 获诺贝尔生物奖 获诺贝尔化学奖 获诺贝尔化学奖
§2 x射线谱
x射线谱指的是x射线的强度I随波长λ变 化的关系曲线。 x射线强度大小由单位时间内通过与x射 线传播方向垂直的单位面积上的光量子 数决定。 实验表明，x射线管阳靶发射出的X射线 谱分为两类：连续x射线谱和特征x射线 谱。
一、 连续x射线谱
连续x射线是高速运动的电子被阳极靶突 然阻止而产生的。 它由某一短波限λ0开始直到波长等于无 穷大λ∞的一系列波长组成。 它具有如下实验规律：如图5—2。
2)每个特征谱线都对应—个特定的波长，
不同阳极靶元素的特征谱波长不同。 如管电流I与管电压V的增加只能增强特征 X射线的强度、而不改变波长。它的规律 为
3)不同阳极靶元素的原子序数与特征谱
波长之间的关系由莫塞莱(Mosley)定律确 定
为提高峰背比，通常,X射线的工作电压
应为激发电压的3—5倍。当使用单色器 时，则可不遵守此原则。
x射线具有很强的穿透物质的能力，经过电场 和磁场时不发生偏转，当穿过物质时x射线可 被偏振化．可被吸收而使强度减弱，它能使空 气或其它气体电离，能激发荧光效应，使照相 片感光，并能杀死生物细胞与组织。 它成为研究晶体结构，进行元素分析，以及医 疗透射照像和工业探伤等多方面问题的有力工 具。
第七章 X射线衍射与荧光光谱
§2 x射线谱
x射线谱指的是x射线的强度I随波长λ变 化的关系曲线。 x射线强度大小由单位时间内通过与x射 线传播方向垂直的单位面积上的光量子 数决定。 实验表明，x射线管阳靶发射出的X射线 谱分为两类：连续x射线谱和特征x射线 谱。
一、 连续x射线谱
连续x射线是高速运动的电子被阳极靶突 然阻止而产生的。 它由某一短波限λ0开始直到波长等于无 穷大λ∞的一系列波长组成。 它具有如下实验规律：如图5—2。
2)每个特征谱线都对应—个特定的波长，
不同阳极靶元素的特征谱波长不同。 如管电流I与管电压V的增加只能增强特征 X射线的强度、而不改变波长。它的规律 为
3)不同阳极靶元素的原子序数与特征谱
波长之间的关系由莫塞莱(Mosley)定律确 定
为提高峰背比，通常,X射线的工作电压
应为激发电压的3—5倍。当使用单色器 时，则可不遵守此原则。
x射线具有很强的穿透物质的能力，经过电场 和磁场时不发生偏转，当穿过物质时x射线可 被偏振化．可被吸收而使强度减弱，它能使空 气或其它气体电离，能激发荧光效应，使照相 片感光，并能杀死生物细胞与组织。 它成为研究晶体结构，进行元素分析，以及医 疗透射照像和工业探伤等多方面问题的有力工 具。
第七章 X射线衍射与荧光光谱
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
阴极灯丝 （Cathod） 阳极靶 （Anode） 真空玻璃管 （Evacuated glass envelope） 当然还要有高压电源
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
A
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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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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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X光原理
波长
2.5～0.62 0.62～0.12 0.12～0.05 0.05以下
管电压(kVp)
5～40 40～150 150～250 250以上
用 途
软组织摄影、表皮治疗 透视和摄影 较深组织治疗 深部组织治疗
滤过板材料
胶纸板 铝 铜 锡、铅
X射线的质和量 射线的质和量
焦点
0.6/1.0mm
焦
源 相 距
68mm
X-Ray焦点 焦点--焦点
焦点
,
小焦点可使影像清晰。 小焦点可使影像清晰。 但是焦点越小，在焦点上集聚的能量越高， 但是焦点越小，在焦点上集聚的能量越高，产生的 热量也就越高。因为只有约1%的电能转化为 的电能转化为X射线 热量也就越高。因为只有约 的电能转化为 射线 的能量， 以上的能量转化为热能。 的能量，99%以上的能量转化为热能。 以上的能量转化为热能 最终将导致焦点面熔化。 最终将导致焦点面熔化。
管套散热功率
C
X射线的临床应用 射线的临床应用
常用X线诊断 常用 线诊断 设备： 线机 线机、 设备： X线机、 数字X线摄影 数字 线摄影 设备（ 设备（DSA、 、 CR、DR）和 、 ） X线计算机断 线计算机断 层扫描设备 （ X线CT）, 线 ） 数字血管造影 等。
热的产生
• X光球管散热方式 光球管散热方式 散热 –阳极靶吸收 –经由轴承散发 –经由绝缘油散发
散热功率匹配
最大连续功率
A
缓冲 1
阳极热容量
阳极散热功率
B
缓冲 2
管套热容量
•热流 到B有延迟， 热流A到 有延迟 有延迟， 热流 缓冲1要够大 缓冲 要够大 •缓冲 大小决定了 缓冲1大小决定了 缓冲 使用大功率透视可 持续的时间
2.5～0.62 0.62～0.12 0.12～0.05 0.05以下
管电压(kVp)
5～40 40～150 150～250 250以上
用 途
软组织摄影、表皮治疗 透视和摄影 较深组织治疗 深部组织治疗
滤过板材料
胶纸板 铝 铜 锡、铅
X射线的质和量 射线的质和量
焦点
0.6/1.0mm
焦
源 相 距
68mm
X-Ray焦点 焦点--焦点
焦点
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小焦点可使影像清晰。 小焦点可使影像清晰。 但是焦点越小，在焦点上集聚的能量越高， 但是焦点越小，在焦点上集聚的能量越高，产生的 热量也就越高。因为只有约1%的电能转化为 的电能转化为X射线 热量也就越高。因为只有约 的电能转化为 射线 的能量， 以上的能量转化为热能。 的能量，99%以上的能量转化为热能。 以上的能量转化为热能 最终将导致焦点面熔化。 最终将导致焦点面熔化。
管套散热功率
C
X射线的临床应用 射线的临床应用
常用X线诊断 常用 线诊断 设备： 线机 线机、 设备： X线机、 数字X线摄影 数字 线摄影 设备（ 设备（DSA、 、 CR、DR）和 、 ） X线计算机断 线计算机断 层扫描设备 （ X线CT）, 线 ） 数字血管造影 等。
热的产生
• X光球管散热方式 光球管散热方式 散热 –阳极靶吸收 –经由轴承散发 –经由绝缘油散发
散热功率匹配
最大连续功率
A
缓冲 1
阳极热容量
阳极散热功率
B
缓冲 2
管套热容量
•热流 到B有延迟， 热流A到 有延迟 有延迟， 热流 缓冲1要够大 缓冲 要够大 •缓冲 大小决定了 缓冲1大小决定了 缓冲 使用大功率透视可 持续的时间
X线的基础知识
— 为了增加胶片的感光能力，缩短曝光时间，在胶片前面放置增 感屏。 — 增感屏的材料是能在X射线照射下发出荧光的物质，如钨酸钙、 硫酸 钡等。 — 增感屏相当于移波剂，由于X光对胶片的感光能力差，所以它 将X光转化为荧光，荧光的光谱正好与胶片的感光光谱一致，从而使 胶片感光效率提高。 — 根据感应的速度增感屏可分为：低速增感屏、中速增感屏和高速增感 屏。 — 根据产生的荧光波长可分为：感绿增感屏和感蓝增感屏。分别与感绿 胶片与感蓝胶片相匹配。
TOP
X-ray 图像数字化处理系统
---- 硬件及软件处理系统
计算机辅助诊断 (CAD，Computer-Assisted Diagnosis)
用数字化仪来采集诊断信息，比起医生肉眼观察图像已有了很
大的进步，但是也还存在一定的缺点，就是其结果会受照片质量的 影响，特别是胶片处理过程中的影响。因此要达到人们的初衷，即 达到诊断的目的还是有一定的距离，因此更多的是把CAD中的DDiagnosis诊断改写为Detection——检测，Computer Aided
TOP
X线球管
原理及参量
电子流以高速撞击金属 靶面会产生X-Ray。 电子流 --- 球管阴极灯 丝提供。 高速 --- 高压发生器提 供加载至球管。
阳极靶 高速电子流 阳极
X射线
阴极
管电压 高压 变压器 真空玻璃管
灯丝 变压器
阴极灯丝
金属靶面 (主要成分为 钨 ) --- 球管阳极。
Detection(计算机辅助检测)。也就是代替人眼发现某些由于人眼
的疲劳、疏忽等原因而遗漏的诊断信息。
TOP
X线机分类
不同功能X线机的机械装置
胃肠专用机
TOP
X-ray 图像数字化处理系统
---- 硬件及软件处理系统
计算机辅助诊断 (CAD，Computer-Assisted Diagnosis)
用数字化仪来采集诊断信息，比起医生肉眼观察图像已有了很
大的进步，但是也还存在一定的缺点，就是其结果会受照片质量的 影响，特别是胶片处理过程中的影响。因此要达到人们的初衷，即 达到诊断的目的还是有一定的距离，因此更多的是把CAD中的DDiagnosis诊断改写为Detection——检测，Computer Aided
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X线球管
原理及参量
电子流以高速撞击金属 靶面会产生X-Ray。 电子流 --- 球管阴极灯 丝提供。 高速 --- 高压发生器提 供加载至球管。
阳极靶 高速电子流 阳极
X射线
阴极
管电压 高压 变压器 真空玻璃管
灯丝 变压器
阴极灯丝
金属靶面 (主要成分为 钨 ) --- 球管阳极。
Detection(计算机辅助检测)。也就是代替人眼发现某些由于人眼
的疲劳、疏忽等原因而遗漏的诊断信息。
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X线机分类
不同功能X线机的机械装置
胃肠专用机
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。
x射线产生的三要素
X射线产生的三要素主要包括：
1. 电子源：即电子束，其从灯丝产生，经加热到一定温度后发射电子，电子束的特性在产生X射线时非常重要。
2. 高压电场和真空条件：这能够让高速电子向阳极加速，使其具有足够的能量来撞击阳极靶面。
3. 适当的障碍物（靶面）：即阳极靶面，高速电子流在此撞击，使电子的动能部分转变为X射线能。
这个靶面通常由高原子序数、高熔点的金属制成，因为需要承受高速电子的冲击。
这三要素是产生X射线所必需的，对于理解和优化X射线的产生过程具有重要意义。
X线的产生和性质
一个伟大的发现就这样一次次与他们失之交臂！
基础知识
伦琴生平简介
1845年3月27日生于荷兰； 1868年毕业于苏黎世联邦工程学院； 1872年伦琴到斯特拉斯堡大学任副教授； 1875年成为霍恩海堡农业专科学校的教授； 1879年—1888年主持吉森大学物理学讲座； 1889年—1893年任耶拿大学和乌德勒兹两 大学的教授； 1894年—1900年任维尔茨堡大学校长和慕 尼黑物理研究所所长。
医学影像诊断所用的X线产生设备是X线管 （X-ray tube，球管）。
X射线的产生需要的基本条件是：
1.要有一个电子源，能根据需要，随时提供 足够数量的电子，这个电子源称为阴极 （cathode）；
2.要有一个能经受高速电子撞击而产生Ｘ线 的靶，即阳极（anode）；
3.要有高速电子流。 两个方面，其一是高压电场，使电子获得 动能； 其二是有高真空环境，使电子在运动中不 受气体分子的阻挡和电离放电而降低能量， 同时也能保护灯丝不致因氧化而被烧毁。
连续X射线谱的特征
连续谱的X射线强度是随波长的变 化而连续变化的。每条曲线都有一 个峰值；曲线在波长增加的方向上 都无限延伸，但强度越来越弱；在 波长减小的方向上，曲线都存在一 个称为短波极限波长 min 的极限值。随着管压的升高， 辐射强度均相应地增强。同时，各 曲线所对应的强度峰值和短波极限 的位置均向短波方向移动。
连续X射线
+
41
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。
量子力学概念，当能量为ev的电子与靶的原子整 体碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以 光子的形式辐射出去，每碰撞一次，产生一个能 量为hv的光子，即“韧致辐射”。
基础知识
伦琴生平简介
1845年3月27日生于荷兰； 1868年毕业于苏黎世联邦工程学院； 1872年伦琴到斯特拉斯堡大学任副教授； 1875年成为霍恩海堡农业专科学校的教授； 1879年—1888年主持吉森大学物理学讲座； 1889年—1893年任耶拿大学和乌德勒兹两 大学的教授； 1894年—1900年任维尔茨堡大学校长和慕 尼黑物理研究所所长。
医学影像诊断所用的X线产生设备是X线管 （X-ray tube，球管）。
X射线的产生需要的基本条件是：
1.要有一个电子源，能根据需要，随时提供 足够数量的电子，这个电子源称为阴极 （cathode）；
2.要有一个能经受高速电子撞击而产生Ｘ线 的靶，即阳极（anode）；
3.要有高速电子流。 两个方面，其一是高压电场，使电子获得 动能； 其二是有高真空环境，使电子在运动中不 受气体分子的阻挡和电离放电而降低能量， 同时也能保护灯丝不致因氧化而被烧毁。
连续X射线谱的特征
连续谱的X射线强度是随波长的变 化而连续变化的。每条曲线都有一 个峰值；曲线在波长增加的方向上 都无限延伸，但强度越来越弱；在 波长减小的方向上，曲线都存在一 个称为短波极限波长 min 的极限值。随着管压的升高， 辐射强度均相应地增强。同时，各 曲线所对应的强度峰值和短波极限 的位置均向短波方向移动。
连续X射线
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41
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。
量子力学概念，当能量为ev的电子与靶的原子整 体碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以 光子的形式辐射出去，每碰撞一次，产生一个能 量为hv的光子，即“韧致辐射”。
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生物医学工程 袁文迪
固有滤过：X线机设备本身滤过，即从X射线管阳极 靶道不可拆卸的滤过板之间滤过的总合。包括： X线管壁、绝缘油、管套上的窗口和不可拆卸的 滤过板。 一般用铝当量表示，（mm Al）：一定厚度的铝 板与其它滤过材料相比较，对X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。 0.5~2mm Al 附加滤过：X射线离开出现口后，从不可拆卸的滤 过板（除了）到诊视床面之间，包括用工具可拆 卸的滤过板、附加滤过板、遮光器等滤过的总合。 铝对低能射线是很好的滤过物质 铜对高能射线是很好的滤过物质 一般诊断可单独用铝。铜不能单独做滤过板，通常 和铝结合为复合滤过板
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•
辐射损失只涉及原子的内层电子及内层原 子核。高速电子处于原子外层电子发生碰 撞损失能量外，也可能电离原子的内层电 子，将能量转化为标识辐射（characteris tic radiation）；另外高速电子还可能与 靶原子核发生相互作用。将能量转化为韧 致辐射（bremsstrahlung radiation）
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1.3 X射线管
一，X线管的发展简史 自1895年以来，X射线诊断与治疗技术有了飞速的发展， X线管的发展可分为以下几个阶段： (一)离子X射线管阶段——克鲁克斯管(1895～1912)
生物医学工程 袁文迪
阴极射线
电子束
1895年，W.C.伦琴发现 X射线时使用的就是克鲁克斯管。这种管接通高压后,管内气体 电离，在正离子轰击下，电子从阴极逸出，经加速后撞击靶面产生X射线。
气体 脂肪组织
结蒂组织 肌肉组织 软骨 血液
骨骼
生物医学工程 袁文迪
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五，Xray的荧光作用
当X射线照射某种物质时，能够发出荧光，具 有这种光特性的物质称为荧光物质。如钨 酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌镉等。 这些荧光物质受X射线照射时，物质原子被激 活或电离，当被激发的原子恢复到基态时， 便可释放出荧光。 应用：增感屏、影像增强器的输入屏和输出 屏
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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。
生物医学工程 袁文迪
四，X线的滤过
医用X射线属于连续能谱，其中绝大部分低能光子 不能透过人体，对形成X射线影像不能起任何作 用，但却大大增加了被检者的皮肤剂量。为了 获得最佳影像质量，同时尽量减少无用的低能 光子对人体皮肤和表浅组织的伤害，就需要根 据连续X射线在物质中的衰减规律，采用恰当的 滤过措施，兼顾应用与防护的双重目的。在X线 管出口放置一定均匀厚度的金属，预先把X线束 中的低能成分吸收掉，将Xray的平均能量提高， 这种过程就是滤过。
的靶。
生物医学工程 袁文迪
X线管主要是由阴极、阳极和壳体组成。 二，阴极（cathode） ：是X射线管的负极。 作用是发射电子并 使电子流聚集。 主要由灯丝、聚焦 杯、阴极套和玻璃 芯柱等组成。
大小 焦点 引线 和公 用线
Filament 钨丝
聚焦罩
电子聚焦
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• 每个高速电子与靶 原子作用时的相对 位置不同对应的辐 射损失也不同，因 而发出的X射线光子 的能量也互不相同。 （图）
生物医学工程 袁文迪
各种能量 X线束的 入射强度
各种能量 X射线的 先行衰减 系数
X为吸收 物质层 的厚度
连续能谱的X射线束是能量从最小值到最大值之间的各种光子 组合成的混合射线束，当连续X射线通过物质层时，其量和质 都有变化。特点是：X射线强度变小，硬度变大（质提高）。 这是由于低能光子容易被吸收，致使X射线束通过物质后高能 光子在射线束中所占比率相对变大的缘故。
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(二)钨丝X射线管阶段 随着电磁学、高真空技术及其他学科的发展，1910年 美国物理学家W．D．Coolidge发表了钨灯丝X射线管 制造成功的报告。1913年开始实际使用，它的最大特 点是钨灯丝加热到白炽状态以提供管电流所需的电子， 所以调节灯丝的加热温度就可以控制管电流，从而使 管电压和管电流可以分别独立调节，而这正是提高影 像质量所需要的。
生物医学工程 袁文迪
不同功率的X线管；为了协调不同功率与焦点的关 系，阴极装有两个长短灯丝，分别对应大焦点和 小焦点，称这种X线管为双焦点X线管。
生物医学工程 袁文迪
八，Xray的化学和生物效应
能使胶片乳剂感光，着色作用和脱水作用 应用：不同X线机应用不同胶片 氰化钡、铅玻璃、水晶等脱水着色
生物医学工程 袁文迪
1.2 X线与物质的相互作用
• • • • 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 光电效应 康普顿效应 电子对效应 X线的滤过
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X射线的产生：高速带电粒子撞击物质受 阻而突然减速时都能产生X射线。 产生X射线的三个基本条件： 使电子获得 1. 高压产生的强电场 1.使电子在高速 很大动能 •
运动中不受气体 分子的阻挡而降 2. 高真空的空间 低能量 2. 保护灯丝不致 3. 有一个能经受高速电子撞击而产生 X射线 因氧化被烧毁
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• 流过灯丝的电流称为灯丝电流，由灯丝电 路控制，形成的电流变化范围从几个到几 十个安培不等，是X射线管的一个主要技术 指标。 • 灯丝电流大小→灯丝的温度→阴极发射电 子的发射率
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灯丝通电后温度逐渐升高，当升 到一定温度后开始辐射热电子。
辐射特性如图：
1.灯丝的加热电压正比于灯丝辐 射的热电子数量 2.灯丝温度与辐射热电子的数量 呈指数关系
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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。
• 1.1 X射线的产生机制 • 1.2 X射线与物质的相互作用 • 1.3 X射线管
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1.1 X射线的产生机制
一，电子与物质的相互作用 X射线是高速带电粒子在与物质相互作用中产 生。 碰撞损失（collision loss）和辐射损失（radi ation） • 碰撞损失只涉及原子的外层电子。高速电 子与原子的外层电子发生作用时，可以使 原子激发或电离.
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决定X线衰减程度的因素：
1. X射线本身的性质 2. 物质密度 3. 原子序数 4. 每克电子数
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四，Xray的透射作用
• 由于X线波长短，具有较高的能量，物质对 其吸收较弱，因此它具有很强的贯穿本领。
易透性组织 中等透射性组织 不易透射性组织
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除了上述三种主要相互作用过程外，与辐射防护 相关的其它过程还有相干散射和光核反应 • 相干散射（coherent scattering）：经典散射 和瑞利散射。入射光子和束缚较牢固的内壳层 轨道电子发生弹性散射（也叫电子的共振）。 束缚电子吸收入射光子而跃迁到高能级，随即 又放出一个能量约等于入射光子能量的散射光 子。由于束缚电子未脱离原子，故反冲体是整 个原子 • 光核反应：光子与原子核作用而发生的核反应。 这是一个光子从原子核内激出数量不等种子、 质子、和γ 光子的作用过程。
• 灯丝：采用高熔点的钨丝绕制而成。钨丝 中含有微量的钍是为了增加电子的发射率， 延长灯丝使用寿命。
• 直热式钍钨阴极其温度在1800℃左右，目测为黄白色， 类似白炽灯
• 空间电荷与空间电荷效应：当电子从灯丝 逸出后，会暂时停留在灯丝周围。因为这 些电子带负电，电子之间会发生排斥，从 而在灯丝周围形成一团“云”，该电子云 被称之为空间电荷。由于静电排斥，使得 灯丝中其它电子逸出的难度随之增大，这 种现象称为空间电荷效应。
（图）
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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 光电吸收的明显差别产生高对比度照片。
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1913年滤线栅的发明，部分地消除了散射线，提高了影 像的质量。 1914年制成了钨酸镉荧光屏，开始了X射线透视的应用。
(三)多焦点X射线管和金属陶瓷壳阶段 1923年发明了双焦点X射线管，解决了X射线摄影的需要。 X射线管的功率可达几千瓦，矩形焦点的边长仅为几毫米， X射线影像质量大大提高。 金属陶瓷壳的研制延长了X线管的使用寿命
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三，电子对效应
1. 作用过程：当入射X射线光子从原子核旁 经过时，在原子核库伦场的作用下形成一 对正负电子，这个过程称为电子对效应 （electric pair effect）（图） 电子对效应除涉及入射光子和轨道电子外， 还需要有原子核的参加才能满足动量守恒
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六，Xray的电离作用
电离作用是X射线损伤和治疗的基础 应用：收集气体中电离电荷，通过测定电离 电荷的多少可知X射线的照射量
固有滤过：X线机设备本身滤过，即从X射线管阳极 靶道不可拆卸的滤过板之间滤过的总合。包括： X线管壁、绝缘油、管套上的窗口和不可拆卸的 滤过板。 一般用铝当量表示，（mm Al）：一定厚度的铝 板与其它滤过材料相比较，对X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。 0.5~2mm Al 附加滤过：X射线离开出现口后，从不可拆卸的滤 过板（除了）到诊视床面之间，包括用工具可拆 卸的滤过板、附加滤过板、遮光器等滤过的总合。 铝对低能射线是很好的滤过物质 铜对高能射线是很好的滤过物质 一般诊断可单独用铝。铜不能单独做滤过板，通常 和铝结合为复合滤过板
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•
辐射损失只涉及原子的内层电子及内层原 子核。高速电子处于原子外层电子发生碰 撞损失能量外，也可能电离原子的内层电 子，将能量转化为标识辐射（characteris tic radiation）；另外高速电子还可能与 靶原子核发生相互作用。将能量转化为韧 致辐射（bremsstrahlung radiation）
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1.3 X射线管
一，X线管的发展简史 自1895年以来，X射线诊断与治疗技术有了飞速的发展， X线管的发展可分为以下几个阶段： (一)离子X射线管阶段——克鲁克斯管(1895～1912)
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阴极射线
电子束
1895年，W.C.伦琴发现 X射线时使用的就是克鲁克斯管。这种管接通高压后,管内气体 电离，在正离子轰击下，电子从阴极逸出，经加速后撞击靶面产生X射线。
气体 脂肪组织
结蒂组织 肌肉组织 软骨 血液
骨骼
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五，Xray的荧光作用
当X射线照射某种物质时，能够发出荧光，具 有这种光特性的物质称为荧光物质。如钨 酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌镉等。 这些荧光物质受X射线照射时，物质原子被激 活或电离，当被激发的原子恢复到基态时， 便可释放出荧光。 应用：增感屏、影像增强器的输入屏和输出 屏
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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。
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四，X线的滤过
医用X射线属于连续能谱，其中绝大部分低能光子 不能透过人体，对形成X射线影像不能起任何作 用，但却大大增加了被检者的皮肤剂量。为了 获得最佳影像质量，同时尽量减少无用的低能 光子对人体皮肤和表浅组织的伤害，就需要根 据连续X射线在物质中的衰减规律，采用恰当的 滤过措施，兼顾应用与防护的双重目的。在X线 管出口放置一定均匀厚度的金属，预先把X线束 中的低能成分吸收掉，将Xray的平均能量提高， 这种过程就是滤过。
的靶。
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X线管主要是由阴极、阳极和壳体组成。 二，阴极（cathode） ：是X射线管的负极。 作用是发射电子并 使电子流聚集。 主要由灯丝、聚焦 杯、阴极套和玻璃 芯柱等组成。
大小 焦点 引线 和公 用线
Filament 钨丝
聚焦罩
电子聚焦
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• 每个高速电子与靶 原子作用时的相对 位置不同对应的辐 射损失也不同，因 而发出的X射线光子 的能量也互不相同。 （图）
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各种能量 X线束的 入射强度
各种能量 X射线的 先行衰减 系数
X为吸收 物质层 的厚度
连续能谱的X射线束是能量从最小值到最大值之间的各种光子 组合成的混合射线束，当连续X射线通过物质层时，其量和质 都有变化。特点是：X射线强度变小，硬度变大（质提高）。 这是由于低能光子容易被吸收，致使X射线束通过物质后高能 光子在射线束中所占比率相对变大的缘故。
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(二)钨丝X射线管阶段 随着电磁学、高真空技术及其他学科的发展，1910年 美国物理学家W．D．Coolidge发表了钨灯丝X射线管 制造成功的报告。1913年开始实际使用，它的最大特 点是钨灯丝加热到白炽状态以提供管电流所需的电子， 所以调节灯丝的加热温度就可以控制管电流，从而使 管电压和管电流可以分别独立调节，而这正是提高影 像质量所需要的。
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不同功率的X线管；为了协调不同功率与焦点的关 系，阴极装有两个长短灯丝，分别对应大焦点和 小焦点，称这种X线管为双焦点X线管。
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八，Xray的化学和生物效应
能使胶片乳剂感光，着色作用和脱水作用 应用：不同X线机应用不同胶片 氰化钡、铅玻璃、水晶等脱水着色
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1.2 X线与物质的相互作用
• • • • 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 光电效应 康普顿效应 电子对效应 X线的滤过
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X射线的产生：高速带电粒子撞击物质受 阻而突然减速时都能产生X射线。 产生X射线的三个基本条件： 使电子获得 1. 高压产生的强电场 1.使电子在高速 很大动能 •
运动中不受气体 分子的阻挡而降 2. 高真空的空间 低能量 2. 保护灯丝不致 3. 有一个能经受高速电子撞击而产生 X射线 因氧化被烧毁
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• 流过灯丝的电流称为灯丝电流，由灯丝电 路控制，形成的电流变化范围从几个到几 十个安培不等，是X射线管的一个主要技术 指标。 • 灯丝电流大小→灯丝的温度→阴极发射电 子的发射率
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灯丝通电后温度逐渐升高，当升 到一定温度后开始辐射热电子。
辐射特性如图：
1.灯丝的加热电压正比于灯丝辐 射的热电子数量 2.灯丝温度与辐射热电子的数量 呈指数关系
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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。
• 1.1 X射线的产生机制 • 1.2 X射线与物质的相互作用 • 1.3 X射线管
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1.1 X射线的产生机制
一，电子与物质的相互作用 X射线是高速带电粒子在与物质相互作用中产 生。 碰撞损失（collision loss）和辐射损失（radi ation） • 碰撞损失只涉及原子的外层电子。高速电 子与原子的外层电子发生作用时，可以使 原子激发或电离.
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决定X线衰减程度的因素：
1. X射线本身的性质 2. 物质密度 3. 原子序数 4. 每克电子数
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四，Xray的透射作用
• 由于X线波长短，具有较高的能量，物质对 其吸收较弱，因此它具有很强的贯穿本领。
易透性组织 中等透射性组织 不易透射性组织
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除了上述三种主要相互作用过程外，与辐射防护 相关的其它过程还有相干散射和光核反应 • 相干散射（coherent scattering）：经典散射 和瑞利散射。入射光子和束缚较牢固的内壳层 轨道电子发生弹性散射（也叫电子的共振）。 束缚电子吸收入射光子而跃迁到高能级，随即 又放出一个能量约等于入射光子能量的散射光 子。由于束缚电子未脱离原子，故反冲体是整 个原子 • 光核反应：光子与原子核作用而发生的核反应。 这是一个光子从原子核内激出数量不等种子、 质子、和γ 光子的作用过程。
• 灯丝：采用高熔点的钨丝绕制而成。钨丝 中含有微量的钍是为了增加电子的发射率， 延长灯丝使用寿命。
• 直热式钍钨阴极其温度在1800℃左右，目测为黄白色， 类似白炽灯
• 空间电荷与空间电荷效应：当电子从灯丝 逸出后，会暂时停留在灯丝周围。因为这 些电子带负电，电子之间会发生排斥，从 而在灯丝周围形成一团“云”，该电子云 被称之为空间电荷。由于静电排斥，使得 灯丝中其它电子逸出的难度随之增大，这 种现象称为空间电荷效应。
（图）
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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 光电吸收的明显差别产生高对比度照片。
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1913年滤线栅的发明，部分地消除了散射线，提高了影 像的质量。 1914年制成了钨酸镉荧光屏，开始了X射线透视的应用。
(三)多焦点X射线管和金属陶瓷壳阶段 1923年发明了双焦点X射线管，解决了X射线摄影的需要。 X射线管的功率可达几千瓦，矩形焦点的边长仅为几毫米， X射线影像质量大大提高。 金属陶瓷壳的研制延长了X线管的使用寿命
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三，电子对效应
1. 作用过程：当入射X射线光子从原子核旁 经过时，在原子核库伦场的作用下形成一 对正负电子，这个过程称为电子对效应 （electric pair effect）（图） 电子对效应除涉及入射光子和轨道电子外， 还需要有原子核的参加才能满足动量守恒
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六，Xray的电离作用
电离作用是X射线损伤和治疗的基础 应用：收集气体中电离电荷，通过测定电离 电荷的多少可知X射线的照射量