[工学]第四讲 X射线成像技术.ppt

第四讲 X射线成像检测技术 主要内容 X射线成像基本理论 X射线成像原理 X射线成像设备组成 X射线成像在食品工业中的应用 主要内容 X射线成像基本理论 X射线成像原理 X射线成像设备组成 X射线成像在食品工业中的应用 X射线的产生 1895年德国科学家伦琴(W．C．Rontgen) 发现了X射线（1901年获得诺贝尔物理奖）。 X射线的本质是电磁波，他们在空气中的传播速度都等于光速。 X射线具有光的波动性、粒子性。 X射线产生的原理（伦琴试验） 电磁波波长分布 X射线与物质的相互作用 射线穿透物质时，与物质发生相互作用而导致强度减弱。 散射过程则仅使射线的传播方向改变。 散射：瑞利散射和康普顿散射。 吸收是一种能量的转换过程。 吸收：光电效应、俄歇效应与电子对效应。 X射线与物质的散射作用 散射实质：物质中电子与X光子的相互作用。 两种散射现象：弹性相干散射和非相干散射。 弹性相干散射：瑞利散射、核的弹性散射和德布罗克散射。 非相干散射：康普顿－吴有训效应 。 瑞利散射 入射光子撞击物质原子的束缚较牢固的电子 ； 电子能牢固地保持在原来位置上； 束缚电子吸收入射光子能量跃迁到高能级，随即又放出能量等于入射光子的散射光子。 瑞利散射相对于入射线来说是一种频率、波长不变但传播方向改变了的次级电磁波。 康普顿—吴有训效应 1922～1923年康普顿研究了X射线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射后光的成分，发现散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外，还有波长较长的成分。 康普顿与吴有训 X光子撞击物质中与原子间束缚力较小的电子； 电子被X光子撞离原子成为反冲电子； 反冲电子带走一部分能量，使得光子能量减少，从而使随后的散射波波长发生改变 。 康普顿效应通常入射光子能量在0.1～10 MeV范围内。 康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯坦提出的关于光子具有动量的假设。 X射线与物质的吸收作用 光电效应 入射X光子的能量足够大时，可以将原子内层电子击出使其成为光电子。 外层电子向内层跃迁，辐射出一定波长的特征X射线。 释放的自由电子称为光电子。 失去电子的原子即被电离，这种作用过程叫做光电效应。 俄歇效应 光电效应发生时，如果原子K层电子被击出； L层电子向K层跃迁，辐射出一定波长的特征X射线； 其能量差不是以产生K系X射线光量子的形式释放； 能量被邻近电子所吸收，使这个电子受激发而逸出原子成为自由电子。 电子对效应 高能射线入射到材料中，这些能量较高的射线光量子有可能穿透原子核附近； 进入原子核附近的库仑场时，光子可以全部被吸收，同时发射出一对正负电子，这种过程成为电子对效应。 电子对效应产生的条件是： 主要内容 X射线成像基本理论 X射线成像原理 X射线成像设备组成 X射线成像在食品工业中的应用 X射线穿透物质的衰减规律 射线与原子发生相互作用而产生吸收和散射的衰减称为物质引起的衰减。 线衰减系数 质量衰减系数 单能射线的衰减规律 多能射线的衰减规律 线衰减系数 质量衰减系数 单能射线的衰减规律 单能射线是指由相同能量光子组成的射线或仅仅具有单一波长的射线。 多能射线的衰减规律 射线检验中获得的是连续谱X射线。 多能射线由不同能量的光子组成，采用平均衰减系数来计算。 X射线数字化实时成像 主要内容 X射线成像基本理论 X射线成像原理 X射线成像设备组成 X射线成像在食品工业中的应用 X射线检测装置由X射线发生装置、X射线探测器单元、图像处理单元、图像处理软件、传送机械装置和射线防护装置等几大主要部分组成。 X射线发生装置 X射线发生装置包括高压发生器、X射线管、X射线发生控制器几部分组成。 X射线管的基本结构是一个高真空度的二极管，由阴极、阳极和保持高度真空的玻璃外壳构成 。 X射线光源参数表 X射线探测器 主要内容 X射线成像基本理论 X射线成像原理 X射线成像设备组成 X射线成像在食品工业中的应用 食品异物检出各种污染比例 图像采集背景的校正 影响图像采集背景的主要因素就是随机噪声，来源主要有射线源量子起伏噪声和探测器自身电子电路噪声。 肉及制品中异物识别 火腿中钢球异物识别 柑橘内部缺陷识别 苹果体积测算 核桃内部果肉检测识别 作业 1、X射线与物质的相互作用有哪几类？ 2、X射线检测食品异物的原理是什么？ 2、X射线装置主要由哪几部分组成？ 21×13×13 mm 外形尺寸 连续 工作方式 60o X射线出射角 0.1~1 mA X管电流 50～80 kV X管端电压 30 Hz倍压整流 高压产生 220V 50Hz 输入 性能参数 技术指标 * * 电磁波在物理上的划分类型 10-10～10-14 3×10-18～3×10-22 γ射线 10-8～10-12