3.X线与物质的相互作用分析

康普顿效应中产生的散射线是辐射防护中必须引 起注意的问题。 在X射线诊断中，从受检者身上产生的散射线其 能量与原射线相差很少，并且散射线比较对称地 分布在整个空间，这个事实必须引起医生和技术 人员的重视，并采取相应的防护措施。 另外，散射线增加了照片的灰雾，降低了影像的 对比度，但与光电效应相比受检者的剂量较低。
11
2．发生几率
③原子边界吸收的影响 光电效应的概率在光子能量等于K、L、M电子结合 能时发生突然的跳变，概率最大。 光电效应的概率特别大的地方称为吸收限。 物质原子的边界吸收特性在防护材料的选取、复合 防护材料配方及阳性对比剂材料的制备等方面得到 应用。
12
吸收限
13
3．光电效应中的特征辐射
16
4．诊断放射学中ห้องสมุดไป่ตู้光电效应
为此，应设法减少光电效应的发生。 由于光电效应发生概率与光子能量3次方 成反比，利用这个特性在实际工作中采 用高千伏摄影技术，从而达到降低剂量 的目的。 不过，在乳腺X射线摄影中，要注意平衡 对比度和剂量之间的矛盾。
17
二、康普顿效应
作用过程
作用几率 诊断放射学中的康普顿效应
3
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
如何评价诊断放射学中的光电效应
4
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。
10
2.发生几率
②入射光子能量的影响 条件：入射光子能量≥轨道电子结合能。 碘的K电子结合能33.2keV，若光子能量是 33keV，就不能击脱该电子，但可击脱M或L 层电子。 发生几率与光子能量的3次方成反比。 如一个34keV的光子比100keV的光子更容易 与碘的K层电子发生作用。光子能量愈大光 电效应的发生几率迅速减小。
N0 Z )均十分接近 由于所有物质的每克电子数( A
（氢除外），故所有物质康普顿质量衰减系数几乎相同。
②入射光子能量的影响：与入射光子能量成反比 随着入射光子的能量的增加，光电效应发生概率 下降，康普顿效应发生概率相对提高，在医学影 像上的表现是骨骼与软组织的对比度下降。
23
3. 诊断放射学中的康普顿效应
6
1.光电效应概念
光电效应的实质是什么呢？ 物质吸收X射线使其产生电离的过程。 由能量守恒定律知，发生光电效应时，入射X射线 光子能量hν和光电子的动能Ee满足关系：
h Ee EB
式中EB为原子第i层电子的结合能，与原子序数和壳层数有关。
7
1.光电效应概念
光电效应产生：
①负离子 (光电子、俄歇电 子)； ②正离子 (丢失电子的原子 )； ③新的光子 （特征辐射）
8
2.发生几率
实验和理论都可以准确的证明光电质量衰减系数 的表达式为：
c1 4 3 m z A
式中：A是原子量，c1 是一个常数，为入射线的波长。
9
2.发生几率
①物质原子序数的影响：与物质原子序数的4 次方成正比。 轨道电子与原子核结合得愈紧密，就愈容易发 生光电效应。高原子序数物质，轨道电子的结 合能较大，不仅K层而且其它壳层上的电子也 较容易发生光电效应。低Z物质，只有K电子结 合能较大，所以光电效应几乎都发生在K层。 在满足光电效应的能量条件下，内层比外层电 子发生光电效应的几率可高出4-5倍。
20
1.作用过程
康普顿效应产 生： ①反冲电子， 反冲角度θ
②散射光子， 散射角度φ ，
频率ν ′
21
2.作用几率
实验和理论都可以准确证明康普顿质量衰减系数 的表达式为
c1 N 0 c2 m Z Z A A
式中c2=c1N0是另一个常数。
22
2.作用几率
①物质原子序数的影响：与Z成正比
15
4．诊断放射学中的光电效应
从被检者接收X射线剂量看光电效应是很 有害的。 被检者从光电效应中接收的X线剂量比其 他任何作用都多。一个入射光子的能量 通过光电作用全部被人体吸收，在康普 顿散射中被检者只吸收入射光子能量的 一小部分。 从全面质量管理观点讲，应尽量减少每 次X射线检查的剂量。
5
1.光电效应概念
放出光电子的原子所 处的状态是不稳定的， 其电子空位很快被外 层电子跃入填充，随 即发出特征X线光子。 特征X线在离开原子之 前，又将外层电子击 脱，称为“俄歇电 子”。 在人体组织中特征X射 线和俄歇电子的能量 低于0.5keV，这些低 能光子和电子很快被 周围组织吸收。
2
第一节
X射线与物质相互作用的过程
(photoelectric effect)
X射线与物质相互作用的主要过程包括： 光电效应
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。
X线管中击脱轨 道电子的是阴极 飞来的高速电子， 光电效应中是X 线光子，结果是 造成电子空位， 产生特征辐射。
14
4．诊断放射学中的光电效应
诊断放射学中的光电效应，可从利弊两个方 面进行评价。 光电效应能产生质量好的照片影像，原因： ①不产生散射线，减少照片的灰雾； ②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射线照片。 有害的方面是，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。
X(或γ )射线与物质的相互作用
1
教学目标
掌握： X(或γ )射线与物质的相互作用主要过程 —光电效应、康普顿效应、电子对效应的发生机 制和发生几率。
熟悉： X(或γ )射线与物质作用规律在射线诊断、 屏蔽防护中的应用。 了解： X(或γ )射线与物质的相互作用的其他过 程—相干散射、光核反应。
18
二、康普顿效应
19
1.作用过程
当能量为hν 的光子与原子的外层轨道电子相 互作用时，光子交给轨道电子部分能量后，其 频率发生改变并与入射方向成φ 角散射(康普 顿散射光子)，获得足够能量的轨道电子则脱 离原子与光子入射方向成θ 角的方向射出(康 普顿反冲电子) 。 康普顿发现，简称康普顿效应或康普顿散射。