成像理论二章 02.ppt

光子可以在0～180o的整个空间范围内散射，而反冲电子飞出的角度则不超过90o。 散射光子的能量随散射角 的增大而减小 根据能量守恒和动力守恒，康普顿散射中光子波长的改变 （2-27） 对于给定的散射角，光子波长的改变与入射光子的能量无关，只与散射角有关。 散射光子能量： 散射光子的最小能量？ 当入射光子能量不变时，散射光子能量随散射角如何变化？ 康普顿散射中，散射光子保留了大部分能量，传递给反冲电子的能量很少。 存在问题：散射线能量大，滤过板不能滤掉；由于是小角度偏转，滤线栅也不能滤掉。 产生结果：小角度偏转的光子，几乎仍保留其全部能量。小角度的散射线不可避免要到达胶片产生灰雾而降低照片质量 注: 康普顿效应的散射线，是X线检查中最大的散射线来源,且充满整个检查室空间。必须引起工作人员和防护人员的重视,并采取防护措施 4、散射光子和反冲电子的角分布 三、电子对效应 1、电子对效应 在原子核场中，一个具有足够能量的光子，在与靶原子核发生相互作用时，光子突然消失，同时转化为一对正、负电子，这个过程称为电子对效应。 一个电子的静止质量能 ，一个电子对的静止质量能1.02MeV。根据能量守和定率，要产生电子对效应，入射光子的能量必须大于等于1.02MeV。光子能量超过该能量的部分转变为正、负电子的动能 ，即： 式中正负电子的动能不一定相等。 正电子与电子的静止质量相等，所带电量相等，但性质相反。 生成的正、负电子在物质中穿行，通过电离或激发不断损失其自身的能量，最后慢化的正电子在停止前的一刹那与物质中的自由电子结合，随即向相反方向射出两个能量各为0.51MeV的光子，该作用称为湮灭。 2、电子对发生概率 原子序数Z的平方成正比，单位体积内的原子个数n，光子能量hv 该作用过程对高能光子和高原子序数物质来说才是重要的。 原子序数、光子能量与三种基本作用的关系 在0.01～10MeV这个常见范围，几乎所有效应都是由光电效应、康普顿效应、电子对效应这三个基本过程产生 四、其他作用 1、相干散射 射线与物质相互作用而发生干涉的散射过程称为相干散射。 否则就是非相干散射，康普顿效应是非相干散射 相干散射：瑞利散射、核的弹性散射、德布罗克散射 当入射光子在低能范围0.5～200keV时，瑞利散射概率不可忽视，因此相干散射主要是指瑞利散射 瑞利散射是入射光子被原子的内壳层电子吸收并激发到外层高能级上，随即又跃迁回原能级，同时放出一个能量与入射光子相同，但传播方向发生改变的散射光子。只改变方向，能量没变，实际上是折射 相干散射是光子与物质相互作用中唯一不产生电离的过程 相干散射的质量衰减系数与原子序数和入射X线光子能量的关系： 相干散射的发生概率与物质的Z成正比，并随光子能量的增大而急剧较小。在整个诊断用X线能量范围内都有相干散射发生，其发生概率不足全部相互作用的5%。 2、光核作用：光子与原子核作用而发生的核反应。这是一个光子从原子核内击出数量不等的中子、质子和?光子的作用过程。发生条件： 发生概率5% 光核反应在诊断用X线能量范围内不可能发生，在医用电子加速器等高能射线的放疗中发生率也很低。 五、在诊断放射学中各种作用发生概率 在20~100keV诊断用X线能量范围: 光电效应和康普顿效应是重要 相干散射所占的比例很小，并不重要， 光核反应可以忽略 电子对效应不可能发生。 忽略占比例很小的相干散射，则在X线诊断中就只有光电效应和康普顿效应两种作用。 X射线能量 (KeV) 水（Z=7.4) 骨（Z=13.8) 碘化钠（Z=49.8) 光电(%) 康普顿(%) 光电(%) 康普顿(%) 光电(%) 康普顿(%) 20 70 30 89 11 94 6 60 7 93 31 69 95 5 100 1 99 9 91 88 12 表2-4 诊断放射学中两种作用概率与Z和hv的关系 水代表低Z物质，如肌肉、脂肪等；骨代表人体中的中等Z物质；碘化钠代表高Z物质。 数据说明，随hv增大，光电效应概率下降。对低Z是迅速下降，对高Z是缓慢下降，对中等Z物质的骨介于两者之间。对20kV的低能X线，各种物质以光电效应为主。 谢谢！ 第二节 X线与物质的相互作用 X线是一种光子能量很大的电磁辐射，当它与物质作用时，能产生初级电子和次级光子，通过电离和激发过程把能量传递给物质。 X线与物质相互作用，不像电子那样通过多次小能量的损失逐渐耗尽能量，而是通过一次相互作用就可损失大部分或全部能量。