1895年11月8日,德国物理学家威·康·伦琴在实验室内研究阴极射线管放电现象时发现一种新射线,他把这种未知射线名为X线。
1905年第一届国际放射学会大会把X线命名为伦琴射线。
1901年伦琴因发现X线而获诺贝尔物理奖。
在伦琴的启示下,1896年贝克勒尔发现了钠盐的放射性,接着居里夫人又发现了放射性元素钋和镭。
X线的产生
1、电子源:钨丝通过电流加热至一定温度后,即放出电子,这些电子在灯丝周围形成空间电荷,也称电子云。
2、高速电子流:应具备两个条件:①在X线管的阴极和阳极间加以高电压,通过在两极间产生的强电场使电子向阳极加速;②为防止电子与空气分子冲击而减速和灯丝的氧化损坏,必须保持高真空度。
3、撞击阳极靶面:阳极需要承受高速电子的冲击,所以靶物质(焦点面)一般都是用高原子序数、高熔点的金属制成;阳极有两个作用:接受高速电子的撞击,完成高压电路的回路。
诊断和治疗用的X线管的靶面由钨制成,特殊用途如乳腺X线检查的X线管用钼制成。
X线的产生是高速电子和靶物质相互作用的结果。在X线管中产生的X线能与加速电子所消耗电能的比值叫做X线的产生效率。X线管产生X线的效率极低,一般不足1%,绝大部分的高速电子能都在阳极变为了热能。
在真空条件下高千伏的电场产生的高速电子流与靶物质的原子核和内层轨道电子作用,分别产生了连续X线和特征X线。在X线的两种成分中,特征X线只占很少一部分。医用X线主要使用的是连续辐射,但在物质结构的光谱分析中使用的是特征辐射。
连续X线
大量的X线光子组成了具有频率连续的X线光谱,即产生了连续X线。
连续X线光子的能量取决于:①电子接近核的情况;②电子的能量;③核电荷。
连续X线的最短波长公式是λmin=1.24/U。波长由管电压来决定;
λmax=1.5λmin (最强波长=1.5倍最短波长);
λmean=2.5λmin(平均波长=2.5倍的最短波长);
连续X线的平均能量一般为最大能量的1/3-1/2;
最高能量为100KeV的连续X线,其平均能量在40KeV左右。
影响连续X线产生的因素
(1)靶物质:连续X线强度与靶物质的原子序数成正比。
(2)管电流:管电流的大小并不影响X线的质,但在一定的管电压下,X线的强度取决于管电流,管电流愈大,说明撞击阳极靶面的电子数愈多,X线强度也愈大,X线强度与管电流成正比。
(3)管电压:连续X线强度与管电压的n次方成正比。
(4)高压波形
特征X线
它是高速电子与靶原子的内层轨道电子作用电子被击脱,外壳层电子跃迁填充空位时,多余的能量以光子(X线)的形式放出,即为特征 X线。
靶原子的轨道电子在原子中具有确定的结合能,只有当入射高速电子的动能大于其结合能时,才有可能被击脱造成电子空位,产生特征X线。壳层越接近原子核,最低激发电压越大。若管电压低于某激发电压,则此系特征X线将不会发生。
影响特征X线产生的因素:
K系特征X线的强度与管电流成正比。
X线强度的空间分布
照射野内的线量分布
高速电子碰撞阳极靶面(厚靶或反射式靶)所产生的X线分布与阳极倾角有关。阳极倾角是指垂直于X线管长轴的平面与靶面的夹角。
在通过X线管长轴且垂直于有效焦点平面内,近阳极端X线强度弱,近阴极端强,最大值约在10°处,其分布是非对称性的,这种现象称为阳极效应。阳极倾角越小,阳极效应越明显。
在通过X线管短轴且垂直于有效焦点平面内测定,在90°处最大,分布基本上是对称的。
利用小孔成像原理,从焦点像上可以看出焦点面上的密度分布是不均匀的;
沿焦点宽方向(X线管短轴方向)用密度计扫描得出两端密度高、中间密度低的双峰分布曲线。则证明了焦点宽方向上的线量分布是中间少、两边高的双峰形。
沿焦点长方向(X线管长轴方向)用密度计扫描得出两端密度低、中间密度高的单峰分布曲线。
由上述可知,焦点面上的线量分布是不均匀的,线量呈单峰分布的焦点成像质量比较好。
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