X射线物理学

X射线X射线是波长介于紫外线和γ射线间的电磁辐射。

X射线是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为（20～0.06）×10-8厘米之间。

由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。

伦琴射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。

这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应，波长越短的X射线能量越大，叫做硬X射线，波长长的X射线能量较低，称为软X射线。

波长小于0.1埃的称超硬X射线，在0.1～1埃范围内的称硬X射线，1～10埃范围内的称软X射线。

定义当原子接受外界能量后，原子成为激发态。

当能量不大时，原子中最外层的价电子会跃迁到较高的能级；但当能量极大时，原子内层稳定的电子也会因吸收能量而移向外层或发射出去。

当原子内层失去电子后，外层电子就会移向内层，填补空缺，当原子外层电子移向内层电子空轨道时，放出的能量是移动两个能阶的能量差，这个能量差所形成射线，就是X射线发现1895年11月8日晚，伦琴陷入了深深的沉思。

他以前做过一次放电实验，为了确保实验的精确性，他事先用锡纸和硬纸板把各种实验器材都包裹得严严实实，并且用一个没有安装铝窗的阴极管让阴极射线透出。

可是现在，他却惊奇地发现，对着阴极射线发射的一块涂有氰亚铂酸钡的屏幕（这个屏幕用于另外一个实验）发出了光.而放电管旁边这叠原本严密封闭的底片，现在也变成了灰黑色—这说明它们已经曝光了！这个一般人很快就会忽略的现象，却引起了伦琴的注意，使他产生了浓厚的兴趣。

他想：底片的变化，恰恰说明放电管放出了一种穿透力极强的新射线，它甚至能够穿透装底片的袋子。

不过目前还不知道它是什么射线，于是取名“X射线”。

于是，伦琴开始了对这种神秘的X射线的研究。

他先把一个涂有磷光物质的屏幕放在放电管附近，结果发现屏幕马上发出了亮光。

接着，他尝试着拿一些平时不透光的较轻物质—比如书本、橡皮板和木板—放到放电管和屏幕之间去挡那束看不见的神秘射线，可是谁也不能把它挡住，在屏幕上几乎看不到任何阴影，它甚至能够轻而易举地穿透15毫米厚的铝板！直到他把一块厚厚的金属板放在放电管与屏幕之间，屏幕上才出现了金属板的阴影，看来这种射线还是没有能力穿透太厚的物质。

《医学物理学》课件：X射线一、引言医学物理学是物理学在医学领域中的应用，为医学研究和临床实践提供理论支持和实验方法。

X射线作为一种重要的医学成像技术，对于疾病的诊断和治疗具有重要意义。

本课件将详细介绍X射线的基本原理、产生方式、成像原理及其在医学领域的应用。

二、X射线的基本原理1.X射线的发现19世纪末，德国物理学家伦琴在实验中发现了X射线。

他发现，当阴极射线管中的电子高速撞击金属靶时，会产生一种穿透力极强的电磁波，即X射线。

2.X射线的特性（1）穿透性：X射线具有很强的穿透能力，可以穿透人体软组织，但无法穿透骨骼和重金属等高密度物质。

（2）荧光效应：X射线照射到某些物质上时，会使这些物质发出荧光，如X射线照射到硫化锌屏上，会发出明亮的蓝光。

（3）感光性：X射线可以激发感光物质，如胶片，产生潜影，从而实现成像。

（4）电离性：X射线具有一定的电离能力，可以使空气分子电离，产生电离效应。

三、X射线的产生1.X射线管X射线管是产生X射线的主要设备，由阴极、阳极和真空玻璃壳组成。

阴极发射电子，阳极接收电子并产生X射线。

阳极通常由钨、钼等高熔点金属制成，以承受高温。

2.X射线发生条件（1）高真空：X射线管内必须保持高真空状态，以避免空气分子对X射线的吸收和散射。

（2）高温阳极：阳极在高速电子撞击下，温度升高，产生X射线。

（3）高速电子流：阴极发射的电子在高压作用下，形成高速电子流，撞击阳极产生X射线。

四、X射线成像原理1.X射线成像X射线成像利用X射线的穿透性和感光性，将X射线透过人体或物体，使感光材料（如胶片）产生潜影，从而实现成像。

2.X射线成像设备（1）X射线摄影（X-rayRadiography）：利用X射线透过人体，使胶片感光，从而获得人体内部结构的影像。

五、X射线在医学领域的应用1.诊断（1）骨折、脱位：X射线成像可以清晰地显示骨骼结构，对骨折、脱位等外伤的诊断具有重要意义。

（2）肺部疾病：X射线成像可以观察肺部病变，如肺炎、肺结核等。

第一章 X 射线的物理学基础1、X 射线有什么性质，本质是什么？波长为多少？与可见光的区别？X 射线性质：(1)X 射线穿透物质时可被吸收；(2)原子量及密度不同的物质，对X 射线的吸收不同；(3)轻原子物质对X 射线来说几乎是透明的，而重元素物质对X 射线的吸收非常显著；(4)可穿透不透明的物质。

本质：属于电磁波。

X 射线的波长：大约在0.01~100 Å之间。

X 射线和可见光本质上同属于电磁波，只不过彼此占据不同的波长范围而已；X 射线虽然和可见光一样（没有静止质量，但有能量），与光传播有关的一些现象（如反射、折射、散射、干涉、以及偏振）都会发生，但由于相对可见光而言，X 射线的波长要短得多（光量子的能量相应要高得多），上述物理现象在表现方式上与可见光存在很大的差异。

不能象可见光一样使X 射线会聚、发散、和变向，使得X 射线无法制成显微镜！2、什么是X 射线管的管电压、管电流？它们通常采用什么单位？数值通常是什么？X 射线的管电压：加载到阴极和阳极侧之间的电压。

（KV ），50KVX 射线的管电流：在阴阳两极电场作用下，向阳极运动，形成的电流。

（mA ）50mA3、X 射线的焦点与表观焦点的区别与联系？焦点：阳极靶表面被电子束轰击的地方，正是这个区域发射X 射线。

对于长方形焦点的X 射线管，引出窗口很重要。

对着焦点长边开设的窗口发射出X 射线的表观焦点为线状（称为线焦斑），其强度较弱，但其水平发散度小，分辨率较高，线性较好，粉末衍射仪多采用线焦斑；对焦点短边开设的窗口发射出的X 射线的表观焦点则为正方形（称为点焦斑），强度较高，可使衍射线明锐，适合于织构测定及德拜、劳埃照相场合。

4、X 射线有几种？产生不同X 射线的条件是什么？产生的机理是怎样的？晶体的X 射线衍射分析中采用的是哪种X 射线？硬X 射线：波长较短的硬X 射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。

第一章X射线物理学基础【教学内容】1．X射线的发觉。

2．X射线的本质。

3.X射线的产生与X射线管。

4．X射线谱。

5.X射线与物质的彼此作用。

【重点把握内容】1.X射线的粒子性与波动性。

2.X射线的产生与X射线管的大体构造。

3•持续X射线和特点X射线谱特点及产生的机理。

4.X射线与物质的的彼此作用而产生的散射和吸收。

【了解内容】1.X射线发觉。

2.X射线的平安防护。

【教学难点】1．X射线的散射与干与。

2．X射线的吸收。

【教学目标】1•了解X射线的本质、特点。

2.把握X射线的产生和X射线谱特点。

3．把握X射线与物质的彼此作用有关知识。

4.培育能依照不同的需要选择对不同类型的X射线及在关实验条件的能力。

【教学方式】1．以课堂教学为主，通过量媒体教学手腕，增强教学成效。

并通过部份习题，增进学生对X射线本质的明白得。

2.安排一次对X射线衍射仪的参观，使学生对X射线的产生和大体装置有一个初步的感性熟悉。

一、X射线的发觉X射线发觉于19世纪末期，并在上个世纪之交掀起了一场X射线热。

它的发觉及其本质的确信在物理学上具有划时期的意义。

代表着经典物理学与近代物理学的转折点。

1895年11月8日，德国物理学家伦琴（照片）在研究真空管的高压放电现象时，偶然发觉凳子上镀有氰亚铂酸钡的硬纸板会发出荧光。

这一现象当即引发的细心的伦琴的注意。

他认真分析一下，以为这可能是真空管中发出的一种射线引发的。

连续数日呆在实验室中不回家。

他试着用各类手、纸板、木块去遮挡，但都无法挡住这种射线。

于是，一项伟大的发觉诞生了。

由于那时对这种射线的本质和特性都不了解，故称之为X射线。

其实在此之前，也有人注意到，放在高压管周围的照相底片有时会发生雾点。

但他们以为这是一种偶然现象。

没有引发重视。

伦琴发觉，不同物质对X射线的穿透能力是不同的。

他用X射线拍了一张其夫人手的照片（照片）。

1896年1月23日。

伦琴在自己的研究所第一次作关于X 射线发觉的报告时，现场再次拍了维尔兹堡闻名的解剖学教授克利克尔的一只手的照片，克利克尔教授带头向伦琴欢呼三次，并建议将这种射线称为伦琴射线。

医学影像物理学第一章X射线物理一：名词解释1.实际焦点：灯丝发射的电子，经聚焦加速后撞击在阳极靶上的面积称为实际焦点。

2.有效焦点：X射线管实际焦点的投影称为有效焦点。

3.X射线强度：是指单位时间内通过垂直于X射线传播方向上的单位面积上的光子数量与能量乘积的总和。

4.足跟效应（阳极效应）：愈靠近阳极，X射线强度下降愈多的现象。

5.光电效应：X射线光子与物质原子的轨道电子发生相互作用，把全部能量传递给这个电子，电子挣脱原来束缚成为自由电子。

原子的电子轨道出现一个空位而处于激发态，它将通过发射特征X射线或俄歇电子的形式很快回到基态，这个过程称为光电效应。

6.康普顿效应：当入射X射线光子和原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一部分能量并改变运动方向，电子获得能量而挣脱原子，这个过程称为康普顿效应。

7.电子对效应：当X射线光子从原子核旁经过时，在原子核库仑场的作用下形成一对正负电子，这个过程称为电子对效应。

8.X射线的质（线质）：表示X射线的硬度，即穿透物质本领的大小。

二：简答1.产生X射线需要哪些条件？电子源、高速电子流、X射线靶。

2.影响X射线管有效焦点大小的因素有哪些？靶倾角θ、实际焦点长度A。

3.影响X射线能谱的因素：(1)从阴极向阳极加速的电子不是都具有峰值动能，这与整流和高压发生器的类型有关。

(2)诊断X射线管靶相对比较厚。

(3)低能的X射线更容易被靶自身吸收。

(4)外部滤过几乎总是加在X射线管组件上，这些附加滤过会选择性的从线束中滤掉低能X射线。

4.影响X射线强度的因素：（1）靶物质的原子序数（2）管电流（3）管电压（4）过滤物质5.X射线与物质相互作用的类型：主要类型：光电效应，康普顿效应，电子对效应。

次要类型：有相干散射，光核反应等。

6.产生硬X射线和软X射线需要哪些条件？硬X射线：管压U增大、靶原子序数增大、滤过物质增大。

软X射线：管压U减小、靶原子序数减小、X射线管壁薄。

三：计算题：1.X射性管，管电压10kV，求最短波长。