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【考点1】X线的发现与产生1．X线的发现：时间：1895年11月8日；发现者：德国物理学家威廉·康拉德·伦琴；背景：用高真空玻璃管做阴极射线放电试验时偶然发现；获奖：1901年伦琴被授予诺贝尔物理学奖；世上第一张X线照片：1895年11月22日，伦琴夫人手的照片；伦琴逝世时间：1023年2月10日。2．X线的产生：X线的产生是能量转换的结果：电能转换为阴极电子的动能；在阳极的阻止下，阴极电子的动能99%以上转换为热能，不到1%的动能转换为X线。X线产生必须具备的3个条件：（1）电子源：通过X线管灯丝通电加热而获得在灯丝周围形成的空间电荷。（2）电子高速运动：必须使电子高速运动具有动能。通过球管两端施以定向直流高压和维持X线管内高真空来满足。（3）高速电子骤然减速：是阳极阻止的结果；阳极的作用：一是阻止高速电子产生X线，二是形成高压电路的回路。阳极上接受电子撞击的范围称为靶面；阳极靶一般用高原子序数、高熔点的钨制成。自测题-1X线的发现者是（）A．德国物理学家威廉·康拉德·伦琴B．英国工程师豪斯菲尔德C．美国医生达曼迪恩D．波兰裔法国放射学家居里夫人E．美国物理学家爱因斯坦答：A自测题-2关于X线的发现，错误的是（）A．X线是1895年11月8日被发现的B．第一张X线照片是1895年11月22日拍摄的伦琴夫人手的照片C．1901年伦琴被授予诺贝尔医学生理学奖D．伦琴提议将自己发现的射线命名为X线E．伦琴用一个高真空玻璃管和一台能产生高压的小型机器做实验答：C自测题-3与在X线产生应具备的条件无关的是（）A．电子源B．高真空C．旋转阳极D．高速电子的产生E．电子的骤然减速答：C自测题-4X线产生中，电子从阴极射向阳极所获得的能量，决定于（）A．X线管灯丝加热电压B．两极间的管电压C．靶物质的原子序数D．管电流E.阴极灯丝焦点大小答：B【考点2】X线产生的原理X线的产生是高速电子和阳极靶物质的原子相互作用中能量转换的结果，利用了靶物质的3个特性：核电场、轨道电子结合能、原子存在有处于最低能级的需要。（自然法则—能量最小法则：一切物质总是趋向于保持能量最低的状态。）阴极电子从静止到产生高速运动具备强大的动能，需要电场力对电子做功。带电粒子在电场中产生的电势能等于：eV。这个电势能做功全部转变为电子的动能：1/2mv2。电子的能量大小等于它的电荷量乘以X线管两端的电压。靶物质的原子结构：处于原子中心的集中了原子绝大部分质量的体积很小的带正电荷原子核；分布在原子核周围很大半径范围里不同轨道上的质量忽略不计的带负电荷的电子。X线管阳极靶物质是钨，其原子序数为74，就是说，钨的原子结构为：原子核内有74个质子，核外轨道上一共有74个电子。原子核与轨道电子之间存在结合能，半径小的内层电子结合能大，外层轨道电子的结合能比较小；电子在内层轨道运动时，原子的能量状态低，处于稳定状态；电子在外层轨道运动时，原子的能量状态高，处于不稳定的受激发状态。当阴极电子高速撞击阳极靶面与靶物质的原子相互作用时，将会以两种方式把动能转变为X线能量。一种方式是高速电子受到靶物质原子核正电场的作用做急剧的减速运动辐射出能量；另一种方式是靶物质的原子发光机制，即高速电子击脱靶物质的原子核外内层轨道电子而激发原子发光。前者叫做连续放射，后者叫做特征放射。1．连续放射连续放射又称为韧致放射，是高速电子与靶物质原子核相互作用的结果。阴极电子受原子核正电场的影响而失去能量急剧减速，失去的能量直接以光子的形式放射出来；连续放射产生出来的X线是一束波长不等的混合射线，其能量（波长）取决于：电子接近原子核的情况、电子的能量、原子核的电荷。（1）阴极电子正撞到原子核，速度急剧减为零，电子的全部动能转变为X线能放射出来，这时的X线光子能量最大，波长最短。λmin=hc/kVp=1.24/kVp(nm)当施与X线管两端管电压为l00kVp时，电子所获得的最大能量就是l00keV，它所产生的X线光子的最短波长就是0.0124nm。（2）阴极电子没有正撞到原子核而是从原子核旁经过时，离核越近受到的影响就越大，放射出来的光子的波长就越短；离核越远受到的影响就越小，放射出来的光子能量就越小，波长越长。（3）阴极电子的能量大小因为整流方式不同也不一样。（4）连续射线的最强波长是最短波长的1.3~1.5倍。（5）连续射线的波谱随管电压升高而变化：管电压升高时：最短波长向短波一侧移动；强度曲线向短波一侧移动；最强波长向短波一侧移动；产生的X线总能量将以管电压二次方比例增大。（6）阳极靶物质的原子序数大时，X线总能量增大。（7）X线的总能量将随管电流的增大而提高。2．特征放射这是高速电子击脱靶物质原子的内层轨道电子，而产生的一种放射方式。一个常态的原子经常处于最低能级状态，它永远保持其内层轨道电子是满员的。当靶物质原子的K层电子被高速电子击脱时，K层电子的空缺将要由外层电子补充，此时外层电子将把多余的能量作为X线光子释放出来，此即K系特征放射；若L层电子的空缺，则由其外层电子补充，即产生L系特征放射。特征放射是在靶物质原子壳层电子的跃迁中产生的。特征放射的X线光子能量与冲击靶物质的高速电子能量无关。它只服从于靶物质的原子特性。X线管钨靶的K层电子结合能为69.5keV，具有70keV以上能量的冲击电子都可以击脱K层电子，产生特征X线。70kVp以下，不产生K特征X线；80~150kVp，K特征X线占10%~28%；150kVp以上，特征X线减少。总之，从X线管发出的X线是一束由连续X线和特征X线组成的混合射线，特征X线是叠加在连续X线能谱内的。自测题-5有关连续X线的解释，正确的是（）A．连续X线是高速电子与靶物质的轨道电子相互作用的结果B．连续X线与高速电子的能量无关C.连续X线的质取决于管电流D．连续X线是高速电子与靶物质的原子核相互作用的结果E．连续X线的放射中，高速电子的能量没有丢失答：D自测题-6关于连续X线的波谱特点，错误的是（）A．管电压升高时，最短波长向短波一侧移动B．管电压升高时，强度曲线向长波一侧移动C．管电压升高时，最强波长向短波一侧移动D．管电压升高时，X线能量以管电压二次方比例增大E.阳极靶物质的原子序数大时，X线能量增大答：B自测题-7有关特征X线的解释，错误的是（）A．特征X线是高速电子与靶物质原子的轨道电子相互作用的结果B．特征X线产生的X线的质与高速电子的能量有关C．特征X线的波长，由跃迁的电子能量差所决定D．靶物质原子序数较高时，特征X线的能量就大E．管电压70kVp以下，不产生K系特征X线答：B自测题-8与连续X线波长无关的是（）A．阴极电子是否正撞到靶物质的原子核B．阴极电子从靶物质原子核旁经过时离原子核的距离C．阴极电子本身的能量大小D．原子核的核电场强度大小E．靶物质原子核外电子的结合能大小答：E【考点3】X线的本质与特性1．X线的本质X线本质是一种电磁波，与无线电波、可见光、γ射线一样都具有一定的波长和频率。由于X线光子能量大，可使物质产生电离，故又属于电磁波中的电离辐射。X线与其他电磁波一样具有波粒二象性，这就是X线的本质。电磁波谱：无线电等3×105～1cm红外线0.01～0.0008cm可见光750～390nm紫外线390～2nm诊断用X线0.01～0.008nm注：1m＝109nm（1）X线的微粒性把X线看成是一个个的微粒—光子组成的，光子具有一定的能量和一定的动质量，但无静止质量。X线与物质相互作用时表现出微粒性：每个光子具有一定能量，能产生光电效应，能激发荧光物质发出荧光等现象。（2）X线的波动性X线具有波动特有的现象—波的干涉和衍射等。它以波动方式传播，是一种横波。X线在传播时表现了它的波动性，具有频率和波长，具有干涉、衍射、反射和折射现象。2．X线的特性X线特性指的是X线本身的性能，它具有以下特性：（1）物理效应穿透作用：由于X线波长很短，光子能量大，故具有很强的穿透力。X线的穿透作用除与X线波长（能量）有关外，还与被穿透物质的原子序数、密度和厚度等因素有关。荧光作用：荧光物质（如钨酸钙、氰化铂钡等）的原子，在X线照射下被激发或电离，当恢复原有基态时，便释放出可见的荧光。电离作用：具有足够能量的X线光子，不仅能击脱原子轨道的电子，产生一次电离，击脱的电子又与其它原子撞击，产生二次电离。电离作用是X线剂量测量、X线治疗、X线损伤的基础。干涉、衍射、反射与折射作用：X线与可见光一样具有这些重要的光学特性。它可在X线显微镜、波长测定和物质结构分析中得到应用。（2）化学效应感光作用：X线具有光化学作用，可使摄影胶片感光。着色作用：某些物质经X线长期照射后，其结晶脱水变色。如铅玻璃经X线长期照射后着色。（3）生物效应X线是电离辐射，它对生物细胞特别是增殖性强的细胞有抑制、损伤，甚至使其坏死的作用。它是X线治疗的基础；是放射卫生防护的根据。3．X线产生的效率在X线管中产生X线能量与加速电子所消耗电能的比值叫X线的产生效率，用符号η表示。η=产生的X线总能量/阴极高速电子流的总能量=k·（V2ZI/VI）=kVZ（%）式中，V：管电压，Z：靶物质原子序数，I：管电流，k：系数在X线诊断范围内：k=1.1×10-9。例题：管电压为100kV，靶物质为钨（W），原子序数74时，X线的产生效率为：η=1.1×10-9×74×105≈0.0081≈0.81%从上例可见，加速阴极电子所消耗的电能只有0.81%作为X线能量被利用，其余都转换为热能。X线的产生效率是很低的。自测题-9关于X线性质的叙述，错误的是（）A．X线与红外线和紫外线一样，均为电磁波B．X线具有波动和微粒的二象性C．康普顿效应可证明它的微粒性D．光电效应可证明它的波动性E．X线不具有静止质量和电荷答：D自测题-10不属于X线物理效应的作用是（）A．穿透作用B．电离作用C．荧光作用D．着色作用E．干射与衍射作用答：D自测题-11关于X线的本质，正确的叙述是（）A．X线属于电磁波中的电离辐射，具有波粒二象性B．X线的微粒性表明X光子具有一定的能量和静止质量C．X线在传播时表现出微粒性D．X线的波动性表明X线能激发荧光物质发出荧光E．X线在与物质相互作用时表现出波动性答：A自测题-12对X线产生效率的说法，正确的是（）A．X线管产生X线的效率很高B．X线管产生X线的效率很低C．X线管产生X线的效率可能很高也可能很低D．X线管产生X线的效率一般E．X线管产生X线的效率为100%答：B自测题-13关于X线的穿透作用，下述说法错误的是（）A．X线具有一定的穿透能力B．X线的穿透力与X线的频率成反比C．X线的穿透力与被穿透物质的原子序数成反比D．X线的穿透力与被穿透物质的密度成反比E．X线的穿透力与被穿透物质的厚度成反比答：B自测题-14X线的荧光作用不能用于（）A．X线透视荧光屏B．X线摄影增感屏C．CT机的晶体探测器D．X线治疗E．影像增强管答：D自测题-15X线在医学影像检查技术中被应用的最基本的特性是（）A．穿透作用B．荧光作用C．电离作用D．感光作用E．生物效应答：A自测题-16X线的哪项特性是X线剂量、X线治疗、X线损伤的基础（）A．穿透作用B．荧光作用C．电离作用D．感光作用E．生物效应答：C【考点4】X线强度1．X线强度的定义X线强度是垂直于X线束的单位面积上，在单位时间内通过的X线光子数量与能量之总和，即X线束中的光子数量乘以每个光子的能量。在实际应用中，常以X线量与质的乘积表示X线强度。量是指线束中的光子数，质则是光子的能量（也称穿透力）。连续X线波谱中每条曲线下的面积表示连续X线的总强度。2．影响X线强度的因素（1）靶物质在一定的管电压和管电流下，X线量的多少决定于靶物质：靶物质的原子序数越高，产生的X线效率就越高。对于连续X线而言，靶物质的原子序数决定X线量的产生；而对于特征X线而言，靶物质的原子序数决定所产生的特征X线波长的性质。（2）管电压管电压决定产生X线最大能量的性质；另外增加管电压也将增加产生X线的量。所以X线强度与管电压的平方成正比。（3）管电流管电流的大小并不决