第一章X射线物理学基础

1-第一章X射线物理课后习题答案第一章 X 射线物理习题一解答1-1 产生X 射线需要哪些条件？答：首先要有产生电子的阴极和被轰击的阳极靶，电子加速的环境条件即在阴极和阳极间建立电位差，为防止阴极和阳极氧化以及电子与中性分子碰撞的数量损失，要制造压强小于4-Pa 的真空环境，为此要有一个耐压、密封的管壳。

1-2 影响X 射线管有效焦点大小的因素有哪些？答：影响有效焦点大小的因素有：灯丝大小、管电压和管电流、靶倾角。

1-3 在X 射线管中，若电子到达阳极靶面的速度为1.5?810ms -1，求连续X 射线谱的最短波长和相应的最大光子能量。

答：此题的思路是由动能公式221v m 求出电子的最大动能，此能量也是最大的光子能量，从而求出最短波长。

但当速度可与光速c=3?810ms -1相比较时，必须考虑相对论效应，我们可以用下面公式求出运动中电子的质量此题的结果告诉我们，管电压为73.8KV 。

反过来，如果知道管电压，求电子到达阳极靶表面的电子速度时，同样需要考虑相对论效应。

1-4 下面有关连续X 射线的解释，哪些是正确的？A ．连续X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果；B ．连续X 射线是高速电子与靶物质的原子核电场相互作用的结果；C ．连续X 射线的最大能量决定于管电压；D ．连续X 射线的最大能量决定于靶物质的原子序数；E ．连续X 射线的质与管电流无关。

正确答案：B 、C 、E1-5 下面有关标识X 射线的解释，哪些是正确的？A ．标识X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果；B ．标识X 射线的质与高速电子的能量有关；C ．标识X 射线的波长由跃迁电子的能级差决定；D ．滤过使标识X 射线变硬；E ．靶物质原子序数越高，标识X 射线的能量就越大。

正确答案：A 、C 、E1-6 影响X 射线能谱的因素有哪些？答：电子轰击阳极靶产生的X 射线能谱的形状（归一化后）主要由管电压、靶倾角和固有滤过决定。

医学影像物理学__复习⼤纲整理医学影像物理学复习整理(四种成像技术的物理原理，基本思想等)第⼀章：X射线物理第⼀节：X射线的产⽣医学成像⽤的X射线辐射源都是利⽤⾼速运动的电⼦撞击靶物质⽽产⽣的。

1. 产⽣X射线的四个条件：（1）电⼦源（2）⾼速电⼦流（3）阳极靶（4）真空环境2.X射线管结构及其作⽤（阴极，阳极，玻璃壁）（1）阴极：包括灯丝，聚焦杯，灯丝为电⼦源，聚焦杯调节电流束斑⼤⼩和电⼦发射⽅向。

（2）阳极：接收阴极发出的电⼦；为X射线管的靶提供机械⽀撑；是良好的热辐射体。

（3）玻璃壁：提供真空环境。

3.a.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。

b.有效焦点：X射线管的实际焦点在垂直于X射线管轴线⽅向上投影的⾯积，称为有效焦点。

c.有效焦点的⾯积为实际焦点⾯积的sinθ倍。

(θ为靶与竖直⽅向的夹⾓)补充：影响焦点⼤⼩的因素有哪些？答：灯丝的形状、⼤⼩及在阴极体中的位置和阳极的靶⾓θ有关。

4.碰撞损失：电⼦与原⼦外层电⼦作⽤⽽损失的能量。

5.辐射损失：电⼦与原⼦内层电⼦或原⼦核作⽤⽽损失的能量。

6.管电流升⾼，焦点变⼤；管电压升⾼，焦点变⼩。

7.a.标识辐射：⾼速电⼦与原⼦内层电⼦发⽣相互作⽤，将能量转化为标识辐射。

b.韧致辐射：⾼速电⼦与靶原⼦核发⽣相互作⽤，将能量转化为韧致辐射。

6.连续X射线的短波极限只与管电压有关。

且与其成反⽐。

7.X射线的产⽣机制：电⼦与物质的相互作⽤，X射线是⾼速运动的电⼦在与物质相互作⽤中产⽣的。

韧致辐射是产⽣连续X射线的机制。

（1）X射线的穿透作⽤（2）荧光作⽤（3）电离作⽤（4）热作⽤（5）化学和⽣物效应*X射线的穿透作⽤是X射线医学影像学的基础。

第⼆节：X射线辐射场的空间分布1.X射线强度：X射线在空间某⼀点的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。

补充：X射线强度是由光⼦数量和光⼦能量两个因素决定。

第一章 X 射线物理习题一解答1-1 产生X 射线需要哪些条件？答：首先要有产生电子的阴极和被轰击的阳极靶，电子加速的环境条件即在阴极和阳极间建立电位差，为防止阴极和阳极氧化以及电子与中性分子碰撞的数量损失，要制造压强小于4-Pa 的真空环境，为此要有一个耐压、密封的管壳。

1-2 影响X 射线管有效焦点大小的因素有哪些？答：影响有效焦点大小的因素有：灯丝大小、管电压和管电流、靶倾角。

1-3 在X 射线管中，若电子到达阳极靶面的速度为1.5⨯810ms -1，求连续X 射线谱的最短波长和相应的最大光子能量。

答：此题的思路是由动能公式221v m 求出电子的最大动能，此能量也是最大的光子能量，从而求出最短波长。

但当速度可与光速c=3⨯810ms -1相比较时，必须考虑相对论效应，我们可以用下面公式求出运动中电子的质量此题的结果告诉我们，管电压为73.8KV 。

反过来，如果知道管电压，求电子到达阳极靶表面的电子速度时，同样需要考虑相对论效应。

1-4 下面有关连续X 射线的解释，哪些是正确的？A ．连续X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果；B ．连续X 射线是高速电子与靶物质的原子核电场相互作用的结果；C ．连续X 射线的最大能量决定于管电压；D ．连续X 射线的最大能量决定于靶物质的原子序数；E ．连续X 射线的质与管电流无关。

正确答案：B 、C 、E1-5 下面有关标识X 射线的解释，哪些是正确的？A ．标识X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果；B ．标识X 射线的质与高速电子的能量有关；C ．标识X 射线的波长由跃迁电子的能级差决定；D ．滤过使标识X 射线变硬；E ．靶物质原子序数越高，标识X 射线的能量就越大。

正确答案：A 、C 、E1-6 影响X 射线能谱的因素有哪些？答：电子轰击阳极靶产生的X 射线能谱的形状（归一化后）主要由管电压、靶倾角和固有滤过决定。

当然，通过附加滤过也可改变X 射线能谱的形状。

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。

第一章X射线的物理特性n1.1 X射线的产生及其性质n1.2 X射线谱n1.3 X射线与物质的相互作用n1.4 X射线的衰减规律n1.1 X射线的产生及其性质n1.2 X射线谱n1.3 X射线与物质的相互作用n1.4 X射线的衰减规律为X射线能管包括阴极、高压、靶材一般是纯金属（Cu,铍玻璃窗口二、X射线的本质X射线是一种电磁波，横波，波长短（0.01-10nm）“硬”X射线，“软”X射线三、X射线的性质Ø穿过不同媒质时，几乎毫不偏折地直线传播，在电磁场中也不发生偏斜Ø波长短，肉眼看不到。

通常靠使荧光物质发光、使照相底片感光、使气体产生电离现象观察检测Ø穿透能力大，特别是硬X射线(wavelength<0.1nm)，在工业上用来进行无损探伤Ø软X射线的波长与晶体中原子间距比较接近，照射到物质上会产生散射、衍射现象，用来做X射线衍射分析(0.25-0.05nm)Ø对有机质是有害的，需要加上铅制品保护。

2I iZU α连=图1-2 两种X 射线谱示意图2max12o hc eU h m ευνλ====动短波限λo ：hc K e U Uλ==o K=1.24nm ·kV ，短波限只与管电压有关。

连续X 射线总强度：α值约为（1.1-1.4）×10-9实验公式图1-3 特征X 射线产生示意图二、特征（标识）X 射线谱与阳极物质的原子结构有关。

原子内层电子造成空位是产生特征辐射的前提。

K K L K Lh W W h h αυυυ=−=−临界激发电压：阳极物质原子序数愈大，所需临界激发电压值也愈高。

第三节X射线与物质的相互作用图1-4 X射线与物质的相互作用对X2.俄歇（Auger ）效应电子跃迁时，能量被邻近电子或外层电子吸收，使这个电子受激发而逸出原子成为自由电子，这就是俄歇效应，这个自由电子就称为俄歇电子。

只有表面几层原子所产生的俄歇电子才能逸出物质表面被探测到，所以可以带来物质表层化学成分信息。

x射线基础知识目录1. 内容概要 (3)1.1 X射线的发现与发展 (3)1.2 X射线的研究意义 (4)2. X射线的基本概念 (5)2.1 X射线的定义 (6)2.2 X射线的特性 (7)2.2.1 波粒二象性 (8)2.2.2 波长和频率 (9)2.2.3 能量和动量 (10)2.3 X射线的产生机制 (10)3. X射线的物理性质 (11)3.1 X射线的波长与能量关系 (12)3.2 X射线的穿透性 (13)3.3 X射线的反射与折射 (13)3.4 X射线的吸收与散射 (15)4. X射线在材料科学中的应用 (16)4.1 X射线衍射 (17)4.1.1 XRD基本原理 (18)4.1.2 XRD应用实例 (19)4.2 X射线荧光光谱 (20)4.2.1 XRF基本原理 (21)4.2.2 XRF应用实例 (22)4.3 X射线计算机断层扫描 (24)5. X射线设备与技术 (25)5.1 X射线发生器 (26)5.1.1 X射线管 (26)5.1.2 X射线发生器的工作原理 (27)5.2 X射线探测器 (28)5.2.1 X射线探测器类型 (29)5.2.2 探测器的工作原理 (30)5.3 X射线防护与安全 (31)6. X射线与其他物理现象的关系 (33)6.1 X射线与物质的相互作用 (34)6.1.1 吸收与散射 (35)6.1.2 激发与荧光 (36)6.2 X射线与其他辐射的关系 (37)7. 总结与展望 (39)7.1 X射线研究的发展趋势 (40)7.2 X射线应用的前景 (41)1. 内容概要本篇文档旨在为读者提供一个全面的x射线基础知识概述。

首先，我们将介绍x射线的起源、本质及其在电磁波谱中的位置。

随后，我们将探讨x射线产生的原因和方式，包括天然放射性和人工产生两种途径。

接着，我们会详细阐述x射线的物理特性，如波长、穿透力、生产和检测方法等。

此外，文档还涵盖了x射线在不同领域的应用，如医学成像、工业检测和安全检查等，并分析其优缺点及潜在风险。

第一章X 射线物理学基础2、若X 射线管的额定功率为1.5KW，在管电压为35KV 时，容许的最大电流是多少？答：1.5KW/35KV=0.043A。

4、为使Cu 靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6，求滤波片的厚度。

答：因X 光管是Cu 靶，故选择Ni 为滤片材料。

查表得：μ m α＝49.03cm2／g，μ mβ＝290cm2／g，有公式，，，故：，解得:t=8.35um t6、欲用Mo 靶X 射线管激发Cu 的荧光X 射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？答：eVk=hc/λVk=6.626×10-34×2.998×108/(1.602×10-19×0.71×10-10)=17.46(kv)λ 0=1.24/v(nm)=1.24/17.46(nm)=0.071(nm)其中h为普郎克常数，其值等于6.626×10-34e为电子电荷，等于1.602×10-19c故需加的最低管电压应≥17.46(kv)，所发射的荧光辐射波长是0.071纳米。

7、名词解释：相干散射、不相干散射、荧光辐射、吸收限、俄歇效应答：⑴当χ射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。

⑵当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。

⑶一个具有足够能量的χ射线光子从原子内部打出一个K 电子，当外层电子来填充K 空位时，将向外辐射K 系χ射线，这种由χ射线光子激发原子所发生的辐射过程，称荧光辐射。

或二次荧光。

⑷指χ射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能量必须等于或大于将K 电子从无穷远移至K 层时所作的功W，称此时的光子波长λ称为K 系的吸收限。