X线与物质的相互作用教学稿件.ppt

2．发生几率 若X射线光子通过单位距离的吸收物质时，因光电效应而导致的衰减称为光电线性衰减系数，用符号“μτ”表示；而光电质量衰减系数，用符号“μτ/ρ”表示。 实验和理论都准确地证明光电质量衰减系数与原子序数、光子能量之间的关系可表示为： 式中n是原子序数的函数，对低原子序数材料n近似取4，对高原子序数材料n近似取4.8 吸收限 2．发生几率 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。 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．光电子的角分布 单位立体角内放出的光电子的角度分布由下式决定 ： 式中，θ是X射线光子的入射方向与光电子出射之夹角； β是光电子速度与光速之比。 4．光电子的角分布 光电子的角分布与光子的能量有关，当光子能量很低时，光电子与入射方向成90°角射出的几率最大。 随着光子能量的增加，光电子的分布逐渐倾向于前方（入射方向）。 5．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。 5．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．诊断放射学中的光电效应 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。 二、康普顿效应 作用过程 散射光子及反冲电子 散射光子及反冲电子的角分布 作用几率 诊断放射学中的康普顿效应 发现的意义 二、康普顿效应 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。 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′ 2．反冲电子及散射光子 只有入射光子能量远远超过电子在原子中的结合能(约10000倍)时，才容易发生康普顿效应。 实际常忽略轨道电子的结合能，把康普顿效应看成是入射光子与自由电子的碰撞。 象两个球的碰撞(入射光子，自由电子)，碰撞时若光子从电子边上擦过，偏转角度很小，反冲电子获得的能量也很小，散射光子保留了绝大部分能量；如果碰撞更直接些，光子的偏转角度增大，损失的能量增多；正向碰撞时，反冲电子获得的能量最多，这时被反向折回的散射光子仍保留一定的能量。 2．反冲电子及散射光子 2．反冲电子及散射光子 矢量图表示在康普顿散射中和入射光子方向成不同角度的散射光子与反冲电子能量分配的特性。hν为入射光子能量，而hν1、hν2 ……为不同角度散射的光子能量。数字1、2……10标出的矢量是在光子散射时生成反冲电子的动能。 光子可在0～180°的整个空间范围内散射，反冲电子飞出的角度不超过90°。 2．反冲电子及散射光子 散射光子能量和反冲电子动能T ： 当偏转角为0 °时，散射光子能量最大，反冲电子动能为零，这表明，在这种情况下，入射X射线光子从电子旁掠过，它的能量没有损失。 当偏转角为180°时，散