电离辐射基本知识

第二章电离辐射基本知识一、基本概念

•1. 原子结构

•（1）原子核：质子、中子•（2）核外电子

2. 放射性

•某些物质的原子核不稳定，会自发地发生变化，同时发射出各种射线的现象。

•不受温度、压力、电磁场等外界条件的影响，只和时间相关。3. 同位素

•（1）核素：某种原子具有一定特征的名称。质子数、中子数、能态可不同，如1H（氕）、2H （氘）、3H（氚）；Te m

•（2）同位素：不同中子数或不同能态的核素。（3）同质异能素：是同位素的一种特殊类型

4. 放射性核素和核衰变

•（1）稳定性同位素和放射性同位素：

•能自发地转变为别的原子核或自发地发生核能态变化，变化时伴有射线的发射——放射性同位素•（2）核衰变方式：

• a.α 衰变：α 射线为氦（He）

• b.ß-衰变： ß-射线为电子（e-）

• c.ß+衰变： ß+射线为正电子（e+）

• c.γ 衰变：γ 射线为光子（3）半衰期（half-life）

•某种放射性核因发生自发性核衰变而减少到原来核数的一半所需的时间。

•是放射性核素的一个特征常数

•T1/2 = 0.693/λ（λ：衰变常数）

•N = N0e-λT1/2

（4）放射性活度（radioactivity）

•指单位时间内放射性核的衰变数，即衰变率，单位 Bq

• 1 Bq = 1dps

• 1 Ci = 3.7×1010Bq = 2.22 ×1012dpm

二、电离辐射的种类

1. X 线

•（1）X 线的特征

• a. 基本特征

•X 射线在电磁辐射中的特点属于频率高、波长短、能量大的射线

•X 射线的频率约在 3×1016～3×1020 Hz之间，波长约在10～10-3 nm之间

•X 线诊断常用的 X 线波长范围为 0.008～0.031 nm（40～150 kV）b. X 射线的波粒二象性

•X 射线同时具有波动性和微粒性，统称为波粒二象性。•X 射线在传播时，它的波动性占主导地位，具有频率和波长，且有干涉、衍射等现象发生。

•X 射线在与物质相互作用时，它的粒子特性占主导地位，具有质量、能量和动量。

（2）X 射线产生的基本条件

a. 有电子源（阴极）；

b. 有高速运动的电子流（管电压）；

c. 有阻碍带电粒子流运动的障碍物（靶），用来阻止电子的运动，可以将电子的动能转变为 X 射线光子的能量。

靶的原子序数低→产生 X 线的能量小、波长长；

靶的原子序数高→产生 X 线的能量大、波长短。

（3）X 射线发射的形式

• a. 连续辐射（韧致辐射，bremsstrahlung）：高速带电粒子（电子）撞击靶面，与靶原子核相互作用后损失的能量各不相同，由此产生一束波长不等、连续的混合 X 射线。

•与管电压相关，管电压越高，波长越短，但有极限。

• b. 特征辐射（标识辐射，characteristic radiation）：高速电子与原子内层电子相互作用，将内层电子击出至外层，外层电子跃迁时将多余的能量以光子形式放射出来，由于不同靶物质的原子结构不同，放射出的 X 线的波长也各不相同。

•这种由电子跃迁产生的辐射与管电压无关，而与靶物质的原子序数相关。

•原子序数越高，击出所需的能量就越大，所需的管电压越高，波长越短

•。

（4） X 线的质、量与 X 线强度

•a．X线的质（X-ray hardness）

•指 X 线穿透物体的能力，即光子能量的大小，又称 X 线硬度，光子能量越大穿透能力越强，越难被物体吸收。•一般用管电压（kv）的大小来间接表示，管电压越高，质越硬。

•b．X 线的量

•指垂直于 X 线束的单位面积上，单位时间内通过的光子数。

• X 线诊断中，X 线的量由毫安秒（mAs）来表示。 c．X 线的强度（ X-ray intensity）

•指单位时间内垂直于X线传播方向的单位面积上通过的光子数目和能量的总和。

d．影响 X 线强度的主要因素

•管电压（kV）：X 线强度与 kV 的平方成正比。•毫安秒（mAs）：X 线强度与 mAs 成正比。

•靶物质的原子序数：原子序数越高，产生 X 线

•的效率越高，X 线的强度就越大。

•距离：X 线强度与距离的平方成反比。

（5）X 线产生的效率及其影响

•产生 X 线的效率（η）的计算公式：

•η＝K·Z·V

•K＝10-9，Z：靶物质原子序数，V：管电压•诊断用 X 线的产生效率：0.30％～1.11％

•钨靶时不同管电压产生 X 线和热能的百分比

管电压（kV）X 线能（%）热能（%）

40 0.30 99.70

100 0.74 99.26

150 1.11 98.89

4000 29.60 70.40

（6）X 射线效应

• a. 物理效应

•穿透作用（penetration action）

•穿透能力与 X 线光子的能量成正比，波长短的光子能量•大、穿透能力强，另外还与被照物体的密度有关。

•穿透作用的强弱与物质的性质有关

荧光作用（fluorescence action）

•当X 线照射某些荧光物质（钨酸钙等）时能激发产生荧光，透视荧光屏、影像增强器、增感屏等都利用了此特性。

•电离作用（ionization action）：物体受 X 线照射，使核外电子脱离原子轨道，导致二次电离。

•电离作用也是X 射线损伤和治疗的基础。自动曝光控制系统的电离室、X 线放疗、X 线剂量仪等即利用了该特性。

•另有热作用和干涉、衍射、反射、折射作用

b. 化学效应

•感光作用（sensitization action）

•是X 线摄影的基础

•着色作用（pigmentation action）

•使某些物质（如铂氰化钡）的结晶体脱水而改变颜色。又称脱水作用。

• c. 生物效应

•详见后

•在 X 线诊断和治疗中主要利用了 X 线的穿透、荧光、电离、感光、生物等特性。