X线的产生和性质课件.ppt
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1、X 线的产生和性质,X 线的产生和性质,第一节 X射线的发现,第一节 X射线的发现,一、背景(Background),低气压放电现象:1836年,英国科学家法拉第发现,稀薄气体放电时,会产生一种绚丽的辉光。因为它是由阴极发出的,后来物理学家把这种辉光称为“阴极射线”(cathode ray) 。为探明阴极射线,许多科学家进行了艰巨的研究。盖斯勒管(Geissler tube),一、背景(Background)低气压放电现象:1836,当管中为大气压,电压至数万伏,不放电;继续加压,产生白色火花放电;抽出空气,放电所需电压随气压降低而降低;气压5mmHg,气体发出明亮的光辉,颜色由气体决定;0.
2、 5mmHg,阴极附近产生克罗克斯(Crocks)黑暗区;0. 1mmHg,全黑玻璃壁产生荧光(阴极射线撞击);高度真空,无论电压多高,不放电。,基础知识,当管中为大气压,电压至数万伏,不放电;基础知识,1861年,英国科学家克罗克斯(Crocks)发现通电的阴极射线管会产生亮光,于是就拍下来,可显影后发现整张干版一片模糊。他认为干版有毛病退给厂家。 克罗克斯也曾发现抽屉里保存在暗盒里的胶卷莫名其妙地感光报废,他找到胶片厂商,指斥其产品低劣。 在伦琴发现X光的五年前,美国科学家古德斯柏德在实验室里偶然洗出了一张X射线透视底片。但他将其归因于照片的冲洗药水或冲洗技术,把这一“偶然”弃之于垃圾堆中
3、。 一个伟大的发现就这样一次次与他们失之交臂!,基础知识,科学发现的偶然性与必然性,1861年,英国科学家克罗克斯(Crocks)发现,1845年3月27日生于荷兰;1868年毕业于苏黎世联邦工程学院;1872年伦琴到斯特拉斯堡大学任副教授;1875年成为霍恩海堡农业专科学校的教授;1879年1888年主持吉森大学物理学讲座;1889年1893年任耶拿大学和乌德勒兹两大学的教授;1894年1900年任维尔茨堡大学校长和慕尼黑物理研究所所长。,伦琴生平简介,基础知识,1845年3月27日生于荷兰;伦琴生平简介基础知识,伦琴是柏林和慕尼黑科学院的通讯院士。伦琴在五十年的研究工作中,一共发表了五十多
4、篇论文。他在研究电磁现象中还发现,在充电的固定平行板电容器中,使介质旋转,能够产生磁场,就好象有电流流动一样。这一假想的电流,人们称为伦琴电流。此外,伦琴还在弹性、液体的毛细作用、气体比热、热在晶体中的传导、压电效应以及偏振光的磁致旋转等方面也都有研究。 1923年2月10日伦琴因患癌症在慕尼黑逝世。,基础知识,伦琴是柏林和慕尼黑科学院的通讯院士。伦琴在五十,1895年10月年过半百的伦琴用克罗克斯管研究高真空放电。他吃住在实验室,一连做了7个星期的实验。11月8日,他用黑纸把阴极射线管严密地包起来,电流通过时,两米开外一个涂了亚铂氰化钡的小屏发出明亮的荧光。伦琴证明了这种效应是由一种看不见的
5、射线引起的,它能穿过纸和23厘米厚的木头,能穿过薄铝片,但不能穿过较厚的金属和其他致密物质。如果把手放在管子与荧光屏之间,可以看到手上的骨骼。这种能透过不透光物质而又看不见的射线伦琴称为X线。,二、X线的发现(Discovery of X-ray),基础知识,1895年10月年过半百的伦琴用克罗克斯管研究高,1895年12月28日,伦琴在维尔兹堡大学作了一次X射线的学术报告,并公布了世界上第一张X光照片伦琴夫人的手骨照片,引起了世界的轰动 。X射线的新闻发布不久,美国人就用它发现了患者足部的子弹。,伦琴夫人的手骨照片,基础知识,1895年12月28日,伦琴在维尔兹堡大学作,1896年1月23日
6、 物理医学会纪念演讲,基础知识,1896年1月23日 物理医学会纪念演讲基础知识,X射线特性,X 射线的波动性与粒子性是X 射线具有的客观属性波动性: 1913年德国物理学家劳厄(MV. Laue)等发现X射线衍射现象,从而证实了X射线本质是一种电磁波,它与可见光一样,X射线以光速沿直线传播,其电场强度矢量E和磁场强度矢量H相互垂直,并位于垂直于X射线传播方向的平面上。通常X射线波长范围为100.001nm,衍射分析中常用波长在0.050.25nm范围内。,X射线特性X 射线的波动性与粒子性是X 射线具有的客观属,粒子性: X射线在空间传播具有粒子性,或者说X射线是由大量以光速运动的粒子组成的
7、不连续的粒子流,这些粒子叫光量子,每个光量子具有能量: 每个光量子的能量是X射线的最小能量单位。当它和其他元素的原子或电子交换能量时只能一份一份地以最小能量单位被原子或电子吸收。,粒子性:,760nm400nm 可见光 电 磁 波 谱红外线,(三)X线的特性1物理特性(1)穿透作用:穿透能力与X线光子的能量成正比,波长短的X线光子能量大、穿透能力强,另外还与被照物体的密度有关。(2)荧光作用:当X线照射某些荧光物质(如钨酸钙等)时能激发产生荧光,荧光屏、影像增强器、增感屏等都利用了这一特性。,14,(三)X线的特性14,(3)电离作用:物体受X线照射时,使核外电子脱离原子轨道,即电离作用。自动
8、曝光控制系统的电离室、X线放射治疗等利用了该特性。(4)热作用 (5)干涉、衍射、反射、折射作用,(3)电离作用:物体受X线照射时,使核外电子脱离原子轨道,即,2化学特性(1)感光作用:是X线摄影的基础(2)着色作用:使某些物质(如铂氰化钡)的结晶体脱水而改变颜色。3生物效应 生物细胞经一定剂量X线的照射会受到抑制、损伤、坏死,生物效应既有利又有弊 在X线诊断和治疗中主要利用了X线的穿透、荧光、电离、感光、生物等特性。,16,2化学特性16,第三节 X射线的产生和装置,当高速带电粒子撞击物质受阻而突然减速时,能够产生X 射线。医学影像诊断所用的X线产生设备是X线管(X-ray tube,球管)
9、。,第三节 X射线的产生和装置当高速带电粒子撞击物质受阻,X射线的产生需要的基本条件是:1.要有一个电子源,能根据需要,随时提供足够数量的电子,这个电子源称为阴极(cathode);2.要有一个能经受高速电子撞击而产生线的靶,即阳极(anode);,X射线的产生需要的基本条件是:,3.要有高速电子流。两个方面,其一是高压电场,使电子获得动能;其二是有高真空环境,使电子在运动中不受气体分子的阻挡和电离放电而降低能量,同时也能保护灯丝不致因氧化而被烧毁。4.高度真空(P10-4Pa)的环境,3.要有高速电子流。,2. X射线产生装置,X射线管的构造:外壳:硬质玻璃管,高真空。阴极:电子源,发射电子
10、流(钨丝)。阳极:靶,受高速电子轰击,2. X射线产生装置X射线管的构造:,X 射 线,阴极阳极+金属靶X 射 线,X 射线冷却水,X射线管的结构为:,X射线管的结构为:,X线的产生和性质课件,X-ray tubes,Coolidge tube,Modern tube with rotating anode,X-ray tubesCoolidge tubeModern,X线的产生和性质课件,固定阳极X线球管,X线球管,固定阳极X线球管X线球管,电子动能99转换为热能,灯丝及靶面采用钨:熔点高(3370)、机械强度高、寿命长、延展性好。二次电子:高速电子轰击靶面,少量电子反射回来形成二次电子,能
11、量为原来的90左右。 危害:1.降低真空度 2.影响成像质量阳极罩:吸收二次电子和散射线。集射罩:使电子集中,防止二次电子造成灯丝损害。,电子动能99转换为热能,灯丝及靶面采用钨:熔点高(3370,阴极一般由发射电子的灯丝和聚焦电子的凹面阴极体组成。用低压电源对灯丝加热,引起热发射,提供足够数量的电子,且使电子聚焦后去撞击阳极。常用两种类型,圆焦点型和线焦点型。,阴极一般由发射电子的灯丝和聚焦电子的凹面阴极体组成。用低,电子聚焦,从灯丝发射出的电子,由于库仑力的作用而相互排斥,使电子流在向阳极运动时发散。因此实际中采用凹面阴极体,置于灯丝后,且将灯丝一端与阴极体相连,接在同一电源上,使阴极体具
12、有比灯丝电位更低的电位,使阴极体排斥电子,可起到使电子初聚焦的作用。阴极体可收集二次电子,防止危害发生。二次电子是由阳极发射(反射)出来的电子,二次电子可撞击灯丝使其发生断裂,撞在玻璃上可造成玻璃破裂。,电子聚焦 从灯丝发射出的电子,由于库仑力的作用而相互排斥,使,阳极。功能是产生X射线, 按结构分有固定式和旋转式两种。 固定式阳极一般为镶嵌在铜制圆柱柱端斜面上的小钨块(靶), 仅适用于管电流小,曝光时间较长的便携式牙科和骨科用的X光机中。旋转阳极是将阳极和阳极体做成圆盘状,并用小电机带动旋转,这样阳极时刻都以“新的靶面”接受电子束的轰击,使产生的热量均匀分散到整个靶面上,避免了局部过热。,阳
13、极。功能是产生X射线, 按结构分有固定式和旋转式两种。 固,.旋转阳极X线球管(Rotating Anode X-ray Tube ),旋转阳极X线球管,X线球管,.旋转阳极X线球管(Rotating Anode X-ray,旋转阳极X线球管,灯丝,靶面,定子,转轴,X线球管,旋转阳极X线球管灯丝靶面定子转轴X线球管,X线的产生和性质课件,旋转阳极靶面示意图,有效焦点,电子束,X线球管,旋转阳极靶面示意图有效焦点电子束X线球管,阳极旋转的靶面热量分布,有效焦点面积,7mS曝光3000r/min,7mS曝光6000r/min,X线球管,阳极旋转的靶面热量分布有效焦点面积7mS曝光7mS曝光X线球
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