浅谈X射线

浅谈X射线 摘要:目前X射线被应用到很多的领域,我们要对它的特性有一个大概的了解。科学家们逐渐揭示了X射线的本质,作为一种波长极短,能量很大的电磁波,X射线的波长比可见光的波长更短(约在0.001~100 纳米,医学上应用的X射线波长约在0.001~0.1 纳米之间),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。正由于X射线的特性,使其在发现后不久,很快在物理学、工业、农业和医学上得到广泛的应用,特别是在医学上,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。 关键词:X射线、特性、应用 1.X射线简介 X射线是一种波长很短的电磁辐射,其波长约为(20~0.06)×10-8厘米之间。伦琴射线具有很高的穿透本领,能透过许多对可见光不透明的物质,如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光,使照相底片感光以及空气电离等效应,波长越短的X射线能量越大,叫做硬X射线,波长长的X射线能量较低,称为软X射线。当在真空中,高速运动的电子轰击金属靶时,靶就放出X射线,这就是X射线管的结构原理。放出的X射线分为两类:(1)如果被靶阻挡的电子的能量,不越过一定限度时,只发射连续光谱的辐射。这种辐射叫做轫致辐射;(2)一种不连续的,它只有几条特殊的线状光谱,这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射。连续光谱的性质和靶材料无关,而特征光谱和靶材料有关,不同的材料有不同的特征光谱这就是为什么称之为“特征”的原因。 X射线的特征是波长非常短,频率很高。因此X射线必定是由于原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的。所以X射线光谱是原子中最靠内层的电子跃迁时发出来的,而光学光谱则是外层的电子跃迁时发射出来的。X射线在电场磁场中不偏转。这说明X射线是不带电的粒子流。1906年,实验证明X射线是波长很短的一种电磁波,因此能产生干涉、衍射现象。X射线用来帮助人们进行医学诊断和治疗;用于工业上的非破坏性材料的检查;在基础科学和应用科学领域内,被广泛用于晶体结构分析,及通过X射线光谱和X射线吸收进行化学分析和原子结构的研究。 实验室中X射线由X射线管产生,X射线管是具有阴极和阳极的真空管,阴极用钨丝制成,通电后可发射热电子,阳极(就称靶极)用高熔点金属制成(一般用钨,用于晶体结构分析的X射线管还可用铁、铜、镍等材料)。用几万伏至几十万伏的高压加速电子,电子束轰击靶极,X射线从靶极发出。电子轰击靶极时会产生高温,故靶极必须用水冷却,有时还将靶极设计成转动式的。 1896年1月5日,在柏林物理学会会议上展出了很多X射线的照片,同一天,维也纳《新闻报》也报道了发现X光的消息。这一伟大的发现立即引起人们的极大关注,并很快传遍全世界。在几个月的时间里,数百名科学家为此进行调查研究,一年之中就有上千篇关于X射线的论文问世[1]。 2.X射线的产生 X射线波长略大于0.5纳米的被称作软X射线。波长短于0.1纳米的叫做硬X射线。硬X射线与波长长的(低能量)伽马射线范围重叠,二者的区别在于辐射源,而不是波长:X 射线光子产生于高能电子加速,伽马射线则来源于原子核衰变。 产生X射线的最简单方法是用加速后的电子撞击金属靶。撞击过程中,电子突然减速,其损失的动能会以光子形式放出,形成X光光谱的连续部分,称之为制动辐射。通过加大加速电压,电子携带的能量增大,则有可能将金属原子的内层电子撞出。于是内层形成空穴,外层电子跃迁回内层填补空穴,同时放出波长在0.1纳米左右的光子。由于外层电子跃迁放出的能量是量子化的,所以放出的光子的波长也集中在某些部分,形成了X光谱中的特征线,此称为特性辐射[2]。 此外,高强度的X射线亦可由同步加速器或自由电子雷射产生。同步辐射光源,具有高强度、连续波长、光束准直、极小的光束截面积并具有时间脉波性与偏振性,因而成为科学研究最佳之X光光源。 3.X射线的物理效应 X射线具有很多的物理效应:(1)穿透作用。X射线因其波长短,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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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,利用差别吸收这种性质可以把密度不同的物质区分开来。(2)电离作用。物质受X射线照射时,可使核外电子脱离原子轨道产生电离。利用电离电荷的多少可测定X射线的照射量,根据这个原理制成了X射线测量仪器。在电离作用下,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。(3)荧光作用。X射线波长很短不可见,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,可使物质发生荧光(可见光或紫外线),荧光的强弱与X射线量成正比。这种作用是X射线应用于透视的基础,利用这种荧光作用可制成荧光屏,用作透视时观察X射线通过人体组织的影像,也可制成增感屏,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。(5)干涉、衍射、反射、折射作用。这些作用在X射线显微镜、波长测定和物质结构分析中都得到应用。 4.X射线的化学效应 X射线也具有很多的化学效应:(1)感光作用。X射线同可见光一样能使胶片感光。胶片感光的强弱与X射线量成正比,当X射线通过人体时,因人体各组织的密度不同,对X 射线量的吸收不同,胶片上所获得的感光度不同,从而获得X射线的影像。(2)着色作用。X射线长期照射某些物质如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等,可使其结晶体脱水而改变颜色。 5.X射线的生物效应 X射线照射到生物机体时,可使生物细胞受到抑制、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。不同的生物细胞,对X射线有不同的敏感度,可用于治疗人体的某些疾病,特别是肿瘤的治疗。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,在应用X射线的同时,也应注意其对正常机体的伤害,注意采取防护措施[3]。 6.X射线的医学用途 伦琴发现X射线后仅仅几个月时间内,它就被应用于医学影像。1896年2月,苏格兰医生约翰·麦金泰在格拉斯哥皇家医院设立了世界上第一个放射科。 放射医学是医学的一个专门领域,它使用放射线照相术和其他技术产生诊断图像。的确,这可能是X射线技术应用最广泛的地方。X射线的用途主要是探测骨骼的病变,但对于探测 软组织的病变也相当有用。常见的例子有胸腔X射线,用来诊断肺部疾病,如肺炎、肺癌或肺气肿;而腹腔X射线则用来 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 肠道梗塞,自由气体及自由液体。某些情况下,使用X 射线诊断还存在争议,例如结石(对X射线几乎没有阻挡效应)或肾结石(一般可见,但并不总是可见)。 医用X线机医学上常用作辅助检查方法之一。临床上常用的x线检查方法有透视和摄片两种。透视较经济、方便,并可随意变动受检部位作多方面的观察,但不能留下客观的记录,也不易分辨细节。摄片能使受检部位结构清晰地显示于x线片上,并可作为客观记录长期保存,以便在需要时随时加以研究或在复查时作比较。必要时还可作x线特殊检查,如断层摄影、记波摄影以及造影检查等。选择何种x线检查方法,必须根据受检查的具体情况,从解决疾病(尤其是骨科疾病)的要求和临床需要而定。x线检查仅是临床辅助诊断方法之一。 长期受X射线辐射对人体有伤害。X射线可激发荧光、使气体电离、使感光乳胶感光,故X射线可用电离计、闪烁计数器和感光乳胶片等检测。晶体的点阵结构对X射线可产生显著的衍射作用,X射线衍射法已成为研究晶体结构、形貌和各种缺陷的重要手段。 7.CT机简介 CT机是英文concputer toncogralhy的两个字头,即为计算机(电脑)断层摄影。1895年伦琴发现了X射线,很快用于临床,为透视、照相、放疗做出了很大贡献。十九世纪二十年代,发现了K射线断层摄影,但是分辨力仍不高,影像不清晰。1969年英国物理学家把计算机用于断层摄影上,首先获得了头颅横断面的CT扫描相,可清晰的显示脑内的组织结构和病变,开创了医学史上的新纪元,。1979年获得诺贝尔奖。 目前,CT机已使用的极为普遍,不仅头颅、全身各部位都可以做断层扫描,成为医疗诊断上的十分重要的工具。 CT的基本原理是利用X射线穿过人体对一定厚度的层面进行扫描,由对侧探测器接收透过层面后的X线管,转为可见光,在光电转换器转变为电子信号,然后经过模拟/数字转换器数字后,进入计算机后,进行运算,排列成矩阵,这些数字矩阵,可贮存于磁盘或软盘中,最后,再经过数字/模拟转换器,把数字换成图象,这就形成了CT的图象,可以用显示器显示出来,也可以用照相拍成胶片[4]。 CT在一般情况下,不用注射增强造影剂,叫平扫,患者卧在扫描床上可获得检查部位的断面图象。有时增强组织或病变的对比度,就要做增强扫描,由于有患者对于碘质剂的造影过敏,所以一度要先做过敏试验,阴性患者,才能做增强扫描,但即使阴性,也有在造影过程中发生过敏反应,医生护士,要做好准备与措施,确保患者的安全。造影过程中必须取得患者的同意,配合。 8.结论 X射线给我们现在的生活带来了很多的好处,但是我们也要注意它给我们带来的不利的一面。作为大学生,在科技高速发展的今天,我们应该努力的学习好文化知识,对专业课的研究要有所深入,特别是我们物理学科,需要有很强的逻辑思维能力,在学习时,要把每个环节都仔细的琢磨透,不能一知半解。另外我们还有把高等数学学好,因为数学是解决物理的工具,是我们的工具学科。 On X-ray Abstract: Currently X-ray was applied to many fields, we should like to have it features a probably understanding. Scientists have gradually reveals the essence of X-ray, as a very short wave lengths, a lot of energy, the wavelength of the electromagnetic wave X-ray than the wavelength of visible light more short (about 0.001 ~ 100 nm, in medical use X-ray wavelength about 0.001 ~ 0.1 nm), it's the photon energy than the visible photon energy big tens of thousands to hundreds of times. Therefore, the X-ray is in addition to the general nature visible outside, still have their own characteristics. Because of X-ray of the characteristics of its found in physics, and soon, soon after, industry, agriculture and widely used in medicine, especially in medicine, X-ray technology has become for diagnosis and treatment of diseases of the special subject in the medical and health services, occupies an important position. Key words: X-ray, characteristic and application