肿瘤放射物理学-第四章 X射线和物质的相互作用-PPT课件

X射线荧光分析的基本原理

1. 绪论

物质是由各种元素按照不同的构成方式构成的。各种元素的原子是由原子核和一定数目的核外电子构成。不同元素的原子，原子核中质子和中子的数量不同，核外电子数也不同，具有不同的原子结构。核外电子的能量也各不相同，这些能量不同的原子按能量大小分层排列，离原子核最近的电子层称为K电子层，其外依次为L,M,N,O…层。K层上的电子能量最低，由里向外，电子的能量逐渐升高。原子在未接受足够的能量时，处于基态，即稳定状态，此时，K层最多容纳2个电子，L层最多容纳8个电子，M层最多容纳18个电子……。当使用高能射线（如X射线）照射物质时，物质中的原子的内层电子被高能射线逐出原子之外，在内层电子层上即出现一个“空穴”。具有较高能量的外层电子立即补充这一“空穴”而发生跃迁。发生跃迁的电子将多余的能量（两个电子层能量之差）释放出来。释放出来的能量以电磁波的形式向四周发射，其波长恰好在X射线的波长范围内（0.001～10nm）。为了与照射物质的X射线（初级X射线）相区别，将被照射物质发出的X射线（二次X射线）称为荧光X射线（荧光即光致发光之意）。对于K层电子而言，L层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kα谱线，M层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kβ谱线，其他层的电子发生跃迁时的情况依此类推（如图1.1所示）。利用被测物质发出的荧光X射线进行物质化学成分的定性分析或定量分析，称为X射线荧光光谱分析。

图1.1原子结构示意图

在形成的线系中，各谱线的相对强度是不同的，这是由于跃迁几率不同。对K层电子而言,特定元素的荧光X射线Kα>Kβ,对于同一种元素而言，强谱线只有1-2条,特征谱线比较简单，易于分析，光谱干扰小。

2. X射线与固体之间的相互作用

X射线照射在固体表面上，主要会产生吸收和散射两种效应。固体物质可以吸收一部分射线，并可以使X射线在固体表面发生散射，使X射线的强度衰减。衰减率与样品的厚度成正比。

将单质看成单个原子，将化合物作质量加权处理后，每克电子数AAeNMZN，电子数密度（单位体积电子数）AeNn

衰变常数NdtdN，放射性活度teANA0

BqCi10107.31

693.021T

X光子和非单质的相互作用可以等效为与一单质的相互作用，这种单质用有效原子序数来表示，mnmiiZZ1，其中m取3到3.8，niiijjjjMZwMZw1//

光电效应为光子将轨道电子电离留下空位，外层电子退激发出X射线或将能量传递给更外层电子将其电离（俄歇电子），光电效应的与8.3~3Z成正比，与3h成反比

康普顿效应为光子将一部分能量用于电离轨道电子，自己损失能量后改变运动方向，康普顿效应的c与原子序数无关，随能量增大而减小

电子对效应为光子从原子核旁经过，在库仑场的作用下生成一对正负电子，其p随原子序数增大而迅速增大，随能量增大而增大

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能量从小（keV200）到大（MeV5）为光康电

线性衰减系数IdtdI，质量衰减系数

在空气中，X辐射产生的次级电子所电离出的同一种符号的离子总电荷量dQ与dm的比值为照射量X，单位是库伦每千克，伦琴和它的关系是141058.21KgCR，照射量不考虑轫致辐射产生的电离

吸收剂量为不仅仅考虑空气时，照射量所转化成的能量，物质对辐射的吸收就是辐射产生的次级电子对物质原子的电离和次级电子产生的轫致辐射对物质原子的电离，这过程中有次级电子的动能被物质吸收，吸收剂量不考虑轫致辐射的部分，D的单位111KgJGy，和

拉德的关系是RadGy1001

比释动能是吸收剂量加上轫致辐射后总的次级电子的动能被物质吸收的部分，单位也是戈瑞，符号为K

在电子平衡的情况下（考察点的体积尺度远大于次级电子的射程，X辐射能量较低，物质成分均匀），比释动能等于吸收剂量，在空气中，且电子平衡，则有eWXDKaa，e为每一离子的电荷，CJeW/97.33

x射线相衬成像 原理 -回复

[x射线相衬成像原理]

引言：

x射线相衬成像是一种传统放射学成像技术的改进，可以提供高分辨率、高对比度、三维形貌图像。本文将以[x射线相衬成像原理]为主题，详细解释其工作原理、实现过程和应用。

第一部分：基本原理

x射线相衬成像的基本原理是利用x射线与物质之间的相互作用来获得图像。相比传统的吸收成像，相衬成像能够根据x射线被物质散射的信息提供更多的细节。

第二部分：物理原理

相衬成像主要基于三个主要的相互补充的物理原理：干涉、衍射和像移。

1. 干涉效应：

在传统的吸收成像中，x射线经过物体时会被吸收，而干涉效应产生的概率较低。相衬成像则是利用x射线与物体的微小干涉来提高成像质量。当x射线通过物体时，它们会与物体内部的结构和界面发生干涉，形成干涉图样。这种干涉图样中的细微差异能够被探测器捕获，并用于图像重建。

2. 衍射效应：

与传统吸收成像不同，相衬成像中，x射线的衍射效应被用来增强图像的细节。衍射是x射线在物体表面和内部的衍射现象，它可以提供有关物体的边界、孔洞和界面等信息。衍射效应通过变换x射线波前形状来产生强烈的干涉图样，从而提供更丰富的成像信息。

3. 像移效应：

像移效应指的是在相衬成像中，不同部分的物体会在成像平面上产生不同的相移。这些相移提供了一种对物体内部结构和界面的敏感度，从而产生高对比度的图像。

第三部分：成像过程

x射线相衬成像通常包括以下步骤：x射线产生、相衬装置和图像重建。

1. x射线产生：

通常使用x射线管作为x射线源，将高压电通过阳极产生x射线。x射线高能量的特性使其能够通过物体，与物体相互作用产生干涉、衍射和像移效应。

2. 相衬装置：

相衬装置通常由关键元件组成，如相衬片、衍射光栅和像移器。这些元件通过调整干涉、衍射和像移效应来对x射线进行精确的控制。

3. 图像重建：

射线通过物体后，与相衬装置进行干涉、衍射和像移后，被探测器捕获并转换为电信号。这些电信号经过处理和重建算法，用于生成最终的相衬成像图像。

1 第一章 X射线

第一节、X线的发现：

1895年德国伦琴发现X射线。

1896年法国贝克勒尔在钠盐中发现天然放射性。

1901年，居里夫人发现了镭，之后又发现了钋。

X射线的用途：

1. 医学（影像学）领域：核医学成像、X—CT、磁共振成像、热图像、介入性放射学、内镜技术。

2.工业领域：晶体结构分析、工业探伤、货运集装箱、透视检查、科学研究、半导体、机械加工

第二节、X线的本质与特性

X线属电离辐射，与可见光、红外线、紫外线、 γ射线完全相同，都是电磁波，只是X线的波长很短。

X射线的本质属于电离辐射。频率为3*1016——3*1020Hz,波长为10--10-3nm.

X线的本质：

（一）具有波动性

1、干涉、衍射现象2、偏振现象3、反射现象4、折射现象

主要表现在以一定的波长和频率在空间传播，它是一种横波，其传播速度在真空中与光速相同。

（二）具有粒子性

X射线的粒子性能解释X射线的光电效应、荧光作用、电离作用等过程。

（三）具有波粒二象性

1、在X线传播时，突出表现了它的波动性，具有频率和波长，并有干涉、衍射等现象。

2、X线在与物质相互作用时，则突出表现了它的粒子特征，具有能量、质量和动量。

X线的基本特性：P29

（一）物理特性

1、X线是直线传播的不可见电磁波。

2、X线不带电，它不受外界磁场或电场的影响。

3、有穿透性：

由于人体不同组织或器官的密度和元素构成不同，造成穿透人不同部位X线强弱的差异，这正是X线透视、摄影和CT检查的物理学基础，也是选择屏蔽防护材料和滤过板材料的依据。

按人体组织对X射线透射性能的不同分为四类：

易透性组织 较易透性组织 中等透射物质 不易透射性组织

气体 脂肪组织 结缔组织 骨骼

肌肉组织

软骨 血液