X射线机原理及构造.docx

X射线机原理及构造一、 X射线的发现1895年德国物理学家伦琴（W. C. ROntgen）在研究阴极射线管中气体放电现象 时，用一只嵌有两个金属电极（一个叫做阳极，一个叫做阴极）的密圭寸玻璃管，在 电极两端加上几万伏的高压电，用抽气机从玻璃管内抽出空气为了遮住高压放 电时的光线（一种弧光）外泄，在玻璃管外面套上一层黑色纸板他在暗室中进行 这项实验时，偶然发现距离玻璃管两米远的地方，一块用铂氰化钡溶液浸洗过的 纸板发出明亮的荧光再进一步试验，用纸板、木板、衣服及厚约两千页的书， 都遮挡不住这种荧光更令人惊奇的是，当用手去拿这块发荧光的纸板时，竞在 纸板上看到了手骨的影像当时伦琴认定：这是一种人眼看不见、但能穿透物体的射线因无法解释它的原 理，不明它的性质，故借用了数学中代表未知数的“X”作为代号，称为“X”射线（或 称X射线或简称X线）这就是X射线的发现与名称的由来此名一直延用至今 后人为纪念伦琴的这一伟大发现，又把它命名为伦琴射线X射线的发现在人类历史上具有极其重要的意义，它为自然科学和医学开辟了一 条崭新的道路，为此1901年伦琴荣获物理学第一个诺贝尔奖金科学总是在不断发展的，经伦琴及各国科学家的反复实践和研究，逐渐揭示了X 射线的本质，证实它是一种波长极短，能量很大的电磁波。

它的波长比可见光的 波长更短（约在0.001〜100nm,医学上应用的X射线波长约在0.001〜0.1nm 之间），它的光子能量比可见光的光子能量大几万至几十万倍因此，X射线除 具有可见光的一般性质外，还具有自身的特性二、 X射线的性质（一）物理效应1 •穿透作用 穿透作用是指X射线通过物质时不被吸收的能力X射线能穿透 一般可见光所不能透过的物质可见光因其波长较长，光子其有的能量很小，当 射到物体上时，一部分被反射，大部分为物质所吸收，不能透过物体；而X射 线则不然，咽其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部 分经由原子间隙而透过，表现出很强的穿透能力X射线穿透物质的能力与X 射线光子的能量有关，X射线的波长越短，光子的能量越大，穿透力越强X射 线的穿透力也与物质密度有关，密度大的物质，对X射线的吸收多，透过少； 密度小者，吸收少，透过多利用差别吸收这种性质可以把密度不同的骨骼、肌 肉、脂肪等软组织区分开来这正是X射线透视和摄影的物理基础2. 电离作用物质受X射线照射时，使核外电子脱离原子轨道，这种作用叫电 离作用在光电效应和散射过程中，出现光电子和反冲电子脱离其原子的过程叫 一次电离，这些光电子或反冲电子在行进中又和其它原子碰撞，使被击原子逸出 电子叫二次电离。

在固体和液体中电离后的正、负离子将很快复合，不易收集 但在气体中的忘离电荷却很容易收集起来，利用电离电荷的多少可测定X射线 的照射量：X射线测量仪器正是根据这个原理制成的由于电离作用，使气体能 够导电；某些物质可以发生化学反应；在有机体内可以诱发各种生物效应电离 作用是X射线损伤和治疗的基础3. 荧光作用由于X射线波长很短，因此是不可见的但它照射到某些化合物 如磷、铂氰化钡、硫化锌镉、钨酸钙等时，由于电离或激发使原子处于激发状态， 原子回到基态过程中，由于价电子的能级跃迁而辐射出可见光或紫外线，这就是 荧光X射线使物质发生荧光的作用叫荧光作用荧光强弱与X射线量成正比 这种作用是X射线应用于透视的基础在X射线诊断工作中利用这种荧光作用 可制成荧光屏，增感屏，影像增强器中的输入屏等荧光屏用作透视时观察X 射线通过人体组织的影像，增感屏用作摄影时增强胶片的感光量4. 热作用物质所吸收的X射线能，大部分被转变成热能，使物体温度升高，这 就是热作用5. 干涉、衍射、反射、折射作用这些作用与可见光一样在X射线显微镜、波 长测定和物质结构分析中都得到应用二） 化学效应1感光作用同可见光一样，X射线能使胶片感光。

当X射线照射到胶片上的 溴化银时，能使银粒子.沉淀而使胶片产生'感光作用”胶片感光的强弱与X射 线量成正比当X射线通过人体时，囡人体各组织的密度不同，对X射线量的 吸收不同，致绽胶片上所获得的感光度不同，从而获得X射线的影像这就是 应用X射线作摄片检查的基础2.着色作用 某些物质如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等，经X射线长期照射后， 其结晶体脱水而改变颜色，这就叫做着色作用三） 生物效应’当X射线照射到生物机体时，生物细胞受到抑制、破坏甚至坏死，致使机体发 生不同程度的生理、病理和生化等方面的改变，称为X射线的生物效应不同 的生物细胞，对X射线有不同的敏感度枫X射线可以治疗人体的某些疾病， 如肿瘤等另一方面，它对正常机体也有伤害，因此要嘞人体的防护X射线的 生物效应『臼根结底是由X射线的电离作用造成的由于X射线具有如上种饿! 因而在工业、农业、科学研究等客_爪领域，获得了广泛的应用，如工业探伤， 晶体分析等在医学上，X射线技术已成为对疾病进行诊断和治疗的专门学科， 在医疗卫生事业中占有重要地位三、X射线在医学中的应用一） X射线诊断X射线应用于医学诊断，主要依据X射线的穿透作用、差别吸收、感光作用和荧 光作用。

由于X射线穿过人体时，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射线 量比肌肉吸收的量要多，那么通过人体后的X射线量就不一样，这样便携带了 人体各部密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用或感光作用 的强弱就有较大差别，因而在荧光屏上或摄影胶片上（经过显影、定影）将显示出 不同密度的阴影根据阴影浓淡的对比，结合临床 表现、化验结果和病理诊断， 即可判断人体某一部分是否正常于是，X射线诊断技术便成了世界上最早应用 的非刨伤性的内脏检查技术二） X射线治疗X射线应用于治疗，主要依据其生物效应，应用不同能量的X射线对人体病灶部 分的细胞组织进行照射时，即可使被照射的细胞组织受到破坏或抑制，从而达到 对某些疾病，特别是肿瘤的治疗目的三）X射线防护在利用X射线的同时，人们发现了导致病人脱发、皮肤烧伤、工作人员视力障 碍，白血病等射线伤害的问题，为防止X射线对人体的伤害，必须采取相应的 防护措施以上构成了X射线应用于医学方面的三大环节一一诊断、治疗和防 护四、医用X射线设备的发展简史自1895年以来，X射线诊断与治疗技术有了飞速的发展，主要进展可分为以下 几个阶段：（一） 离子X射线管阶段（1895〜1912）这是X射线设备的早期阶段。

当时X射线机的结构非常简单，使用效率很低的 含气式冷阴极离子X射线管，运用笨重的感应线圈发生高压，裸露式的高压机 件，更没有精确的控制装置X射线机装置容量小、效率低、穿透力弱、影像清 晰度不高、缺乏防护0据资料记载，当时拍摄一张X射线骨盆像，需长达40〜 60min的曝光时间，结果照片拍成之后，受检者的皮肤却被X射线烧伤二） 电子X射线管阶段（1913〜1928）随着电磁学、高真空技术及其他学科的发展，1910年美国物理学家 W. D. Coolidge发表了钨灯丝X射线管制造成功的报告1913年开始实际使 用，它的最大特点是*钨灯丝加热到白炽状态以提供管电流所需的电子，所以调 节灯丝的加热温度就可以控制管电流，从而使管电压和管电流可以分别独立调 节，而这正是提高影像质量所需要的1913年滤线栅的发明，部分地消除了散射线，提高了影像的质量1914年制成 了钨酸镉荧光屏，开始了 X射线透视的应用1923年发明了双焦点X射线管， 解决了 X射线摄影的需要X射线管的功率可达几千瓦，矩形焦点的边长仅为几 毫米，X射线影像质量大大提高同时，造影剂的逐渐应用，使X射线的诊断范 围也不断扩大它不再是一件单纯拍摄骨骼影像的简单工具，却已成为对人体组 织器官中那些自然对比差（对X射线吸收差小）的胃肠道、支气管、血管、脑室、 肾、膀胱等也能检查的重要的医学诊断设施了。

与此同时，X射线在治疗方面也 开始得到应用参考资料： htt p:// 2009-11-20 17:46X 光的产生方式三种方式可产生X光：轫致辐射（Bremsstrahlung）、电子俘获、内转换, x光机产生X光的机理属于轫致辐射电子俘获：P衰变包括3种方式：0 -衰变、0 +衰变和电子俘获(EC) •其中电子俘获(EC) 这种衰变可以表示为即母核俘获 1 个核外轨道电子使核内 1 个质子转变为中子， 并放出1个中微子，所以子核的电荷数变为Z-1,而质量数保持不变•在一般情 况下，K层上的电子被原子核俘获的居多，因为K层最靠近原子核，被俘获的概 率最大，但是L层上的电子被俘获的概率也是存在的.原子核在俘获了电子之后， 子核原子的K层或L层上将出现一个电子空位，当某一外层电子来填补这个空位 时，可能会出现下面两种情况之一：要么以标识 X 射线的形式将多余的能量释放， 要么将多余的能量交给另一层上的其他电子，此电子获得能量而脱离原子，成为 俄歇电子•伴有X射线或俄歇电子的发射是K俘获过程的标志.内转换：原子核可以通过某种方式(譬如0 衰变)达到激发态，处于激发态的原子核 可以通过发射Y射线跃迁到低激发态或基态，这种现象称为Y衰变或称Y跃 迁•核能级跃迁所发出的光子与原子能级跃迁所发出的光子没本质的差别，不同 的是原子能级跃迁发射的光子能量只有 eV~keV 数量级，而核能级跃迁发射的光 子能量却有MeV数量级.在不考虑核的反冲时，光子能量Eg可以表示为下面的形 式Eg二Es-Ex.有时原子核从激发态到较低能态的跃迁并不放出光子，而是把能量 直接交给核外电子，使电子脱离原子，这种现象称为内转换(IC),脱离原子的电 子称为内转换电子.处于激发态的原子核可以通过放射Y光子回到基态，也可以 通过产生内转换电子回到基态，究竟发生的是哪种过程，完全决定于核的能级特 性.内转换电子的动能与壳层电子的电离能之和应是原子核的两能级间的能量差• 也就是等于在两原子核能级间跃迁所辐射出的Y光子的能量•对于内转换的研 究是获得有关核能级知识的重要手段.当然通过内转换方式还可以产生原子的特 征X射线.x 光机基本原理X-ray 是由德国仑琴教授在 1895 年所发现。

这种由真空管发出能穿透物体 的辐射线，在电磁光谱上能量较可见光强，波长较短，频率较高，相类似之辐射 线有宇宙射线， X-ray 等产生X-Ray必须要有X光球管，而X光球管基本构造必须拥有：阴极灯丝 (Cathod)阳极靶 (Anode)真空玻璃管 (Evacuated glass envelope)当然还要有电源能量供应X 射线特性能穿透物体 为不可见光 於电磁波光谱内 波长范围广 直线散射 光速进行 能使萤光物质发光 能使底片感光 会造成散射线当 X-ray 进入物体时，会有三种情形发生:被物体吸收 (Absorption)产生散射现(Sea tt er)穿透( Penetration) 影响图像效果之四要素： Density (黑化度) - mAs Contrast (对比度)-kVpSharpness (清晰度)-motion,几何参数Dis tort ion (失真度)-位置，角度X射线波长与影片上对比度之关系在X-ray穿透过病人，其穿透率主要和病人组织结构及X射线波长有关短波长 X-ray (high kV) 能量较高，穿透性好，造成在影片上较低之对比度( low contrast)。

长波长 X-ray (low kV)能量较低，较易被人体所吸收，穿透性较差，而在影片上对比度较高(High contrast)应用X 光机广泛应用于医疗卫生，科学教育，工业各个领。