第二次课 第一章第二节 X线同物质的相互作用-2012.ppt

第一章第二节 第二节 X线与物质的相互作用 主要内容 1、什么是吸收 2 、X线与物质的作用类型、对象、条件、几率、产物和特点（光电效应~康普顿效应） 3、 X线的减弱规律 一、概述 什么是吸收: X线通过物质时，由于与物质原子发生各种相互作用，使得X线在行进方向上强度减弱的现象称为物质对X线的吸收。 （一）X线与物质相互作用的特点 1、吸收同物质的光学性质无关； 2、作用的原子性； 3、每次作用光子损失大部或全部的能量； 4、作用过程的复杂性。 （二）作用类型 最主要有四种作用： 光电效应（吸收） 康普顿效应（非弹性散射） 电子对效应（吸收） 瑞利散射（弹性散射） 二、光电效应 （三）光电效应发生的几率 相关因素： a、光子能量 hυ b、原子序数 Z c、轨道电子结合能 W 在能发生光电效应的前提下（hυ≥W）： 1、X线光子能量稍大于轨道电子结合能时，最易发生光电效应（对应有临界波长） 2、发生几率反比于光子能量三次方 τ光∝1/（hυ）3 3、发生几率正比于电子的结合能 τ光∝W （1）内层电子比外层电子更易发生光电效应 （2）高Z比低Z更易发生光电效应 （3）低能X线：τ光∝Z4 高能X线、高Z： τ光∝Z5 （四）光电效应产生的特征X线 人体各组织在X线照射下，发生光电效应所产生的特征X线，为低能长波，无法穿透人体组织到达胶片，将全部被人体自身所吸收。 人体组织中：Ca （Z=20） 4 keV 诊断X线：20~100 keV 人工造影剂：I （Z=53） 33.2 keV Ba（Z=56） 37.4 keV 人工造影：增加高能散射线→穿透人体到达胶片→形成灰雾提高对比→彰显组织轮廓 （五）光电效应对照片质量的影响 ?有利于提高照片质量 （1）(正常组织光电效应)能量全转化、全吸收，无散射线，减少照片灰雾； （2）τ光∝Zn，指数级正比例关系，增强天然组织间对比。 －－对组织密度差异起放大显示作用 人工造影 长波软线 - 软组织摄影 （六）光电效应对被检者的影响 ?全部吸收，诱发生物损伤 诊断中采用高能硬线减少光电效应，减少生物损伤，寻求影像清晰度与生物损伤的平衡点； 治疗中采用高能硬线避免体表光电吸收，诱发深层生物效应，提高治疗的精确度。 （七）光电效应与内层电离的异同 相同之处： 均与内层电子发生作用 产生X线波长固定：特征X线/标识X线 均需克服内层电子轨道结合能W 相异之处： 入射粒子能量转换不同：全部转换 / 部分转换 入射粒子种类不同：X线光子 / 高速电子 发生几率不同：稍大于Wk / 大于Wk 三、康普顿效应 （二）散射光子和反冲电子的能量分布 （三）光电效应与康普顿效应的比较 1、作用对象不同：内层电子/外层电子 2、作用条件不同：稍大于W/远大于W 3、对光子能量的吸收程度不同：全部吸收/少量吸收 4、能量分配不同：特征X线/散射X线 5、对照片质量的影响不同：增强对比/降低对比 6、对被检者的危害程度不同：危害大/危害小 四、电子对效应 （二）发生条件： 光子能量极高 核电场：E光≥1.02MeV（对应2个电子的静止质量） 电子场：E光≥2.04MeV（对应4个电子的静止质量） 核电场发生几率＞＞电子场发生几率 （三）在诊断X线范围内，电子对效应一般不可能出现 电子对效应对应管电压：1.02MeV～1020kV 诊断X线对应管电压：30～150kV 五、相干散射 1、概念：X线与物质作用，能发生干涉的散射过程 反映X线的波动性，散射后形成相干光源 2、瑞利散射：最主要的相干散射 （康普顿效应为非相干散射） 3、相干散射的特点： （1）对光子能量无吸收，但光子行进方向改变。 （2）对物质无电离作用，不造成生物组织损伤。 （3）在整个诊断范围内都会出现，但只占5%。 4、瑞利散射与弹性散射的异同 相同之处： 均没有能量的吸收和改变 出射粒子的运动方向均发生了改变 相异之处： 作用对象不同：原子内层电子/原子核电场 入射粒子种类不同：X线光子/高速电子 联系： 相干散