第五章 第一节 x线与物质的相互作用.pptVIP

第五章  X线与物质的相互作用 第一节 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。 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。 第一节 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。 第一节 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，也部分地吸收光子的能量。 第一节 X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。 *一、光电效应 *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。 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”。 *一、光电效应 ＊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特征辐射。 *一、光电效应 2．发生几率 ①入射光子必须有克服轨道电子结合能的足够能量。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。 ②光子能量≥电子结合能容易发生光电效应。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。光电效应的几率： 光电效应几率∝ 光子能量加倍，光电效应的发生几率减少到原来的1/8。 2．发生几率 ③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Z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。 由原子的内层脱出光电子的几率比由外层脱出光电子的几率要大得多。若入射光的能量大于K电子结合能，则光电效应发生在K层的几率占80％，比L层高出4～5倍。 光电效应几率∝Z4 3．光电效应中的特征辐射 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。 3．光电效应中的特征辐射 X线光子把碘的K电子击脱，造成一个K空位时，一般情况下都是邻近壳层的电子跃入填充其空位。 L电子跃入填充时产生能量为28.3keV的光子辐射(33.2－4.9＝28.3keV)； L空位由M电子跃入填充时放出一个4.3keV能量的光子(4.9－0.6＝4.3keV)，一直继续下去，直到33.2keV的能量全部转换为光能为止。 K空位也可由外来的自由电子落入填充，这时将放出一个33.2keV的光子，这是碘的最大能量的特征辐射。 3．光电效应中的特征辐射 Ca是人体内Z最高的主要元素，它的K特征辐射只有4 keV，远小于X线光子能量，在其发生后点几毫米之内就被吸收了。 人体内其它元素的特征辐射的能量更小(0.5 keV)。 人体各组织由X线照射所产生光电效应的特征辐射将全被组织吸收。 *4．诊断放射学中的光电效应 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可增强天然组织的对比度(contrast)。 由于人体的一些组织比其它组织能吸收更多的射线，这样产生了X线影像的对比度。 邻近组织吸收X线的差别愈大，对比度愈高。由于光电效应的发生几率与Z4成正比，所以光电效应能增大不同元素所构成组织间吸收X线的差别(如骨和软组织)。 *4．诊断放射学中的光电效应 从被检者接收X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能量