放射物理与防护全套课件
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56
57
3）管电压的影响： 在相同mAs同种靶物质的条件下， X线的量与管电压的n次 方成正比。
58
3、X线的质 X线的质又称线质，它表示X线的硬度，即穿透物质本领的 大小。X线质完全由光子能量决定，而与光子个数无关。 在实际应用中是以管电压和滤过情况来反映 X 线的质。这 是因为管电压高、激发的X线光子能量大，即线质硬；滤过 板厚，连续谱中低能成分被吸收的多，透过滤过板的高能成 分增加，使 X线束的线质变硬。在滤过情况一定时，常用管 电压的千伏值来粗略描述X线的质。 在工作中描述X线质除千伏值外，还用半价层、半值深度等 物理量来表示X线质。
34
2、激发 高速电子通过物质时，作用于轨道电子，轨道电子获得 能量从低能态轨道跃迁到高能态轨道，这种现象称为激发。 此时原子处于受激态，不稳定。当该电子退激时（跃迁）， 获得的能量将以光能或热能的形式释出。外层轨道电子受激 退激时产生热能，内层轨道电子受激退激时产生射线。
35
3、散射 电子受到物质原子核库仑电场的作用而发生方向偏折，称 散射。散射对测量及防护都有一定程度的影响。
38
下图是使用钨靶 X 线管，管电流保持不变，将管电压从 20KV 逐步增加到 50KV ，同时测量各波段的相对强度而绘制成的 X 线谱。
39
2、连续X线的最短波长、最强波长、平均波长及最大光子 能量。
40
最短波长：
41
42
最强波长：
λ
最强
= 1.5 λ
min
平均波长 λ 平均 = 2.5λ
放射物理与防护
Radiological Physics and Radiation Protection
1
第一章 物质结构 一、原子的基本状况
《放射物理与防护》教学课件：1第一章：物质的结构
则中子数为：
N = A – Z = 131 – 53 = 78
物质的结构—原子核结构
根据在核内中子数和质子数不同的比例，可 以把原子分为以下几种类型： • 同位素：质子数相同，中子数不同； • 同中子异核素：中子数相同质子数不同； • 同量异位素：核子数相同而质子数不同； • 同质异能素：中子数质子数都相同，只是
原子结构—原子核外电子结构
• 磁量子数 ml
• 由于原子是立体的，各种轨道平面的空间 应有一定的取向。
原子结构—原子核外电子结构
• 自旋量子数ms
电子绕原子核运动与地球绕太阳运动 相似，除公转外还有自转，称为电子 自旋。电子的自旋状态由自旋量子数
ms决定，自旋量子数ms可取ms =±1
／2
原子结构—原子核外电子结构
• 绕原子核运动的电子都可用四个量子数
（n，l，ml，ms）来描述它们所处的状态。
原子结构—原子核外电子结构
二、电子的壳层结构 • 泡利不相容原理
在同一原子中, 不能有两个或两个以上的 电子具有4个完全相同的量子数。也就是说， 一个量子态最多只容纳一个电子。
原子结构—原子核外电子结构
• 主量子数为n的主壳层中，最多容纳的 电子数为
• 电子在不同轨道上的能量大小与其所在的 轨道数有关，内层轨道的能级低，外层轨道 能级高。正常情况下，电子先填满内层轨 道，然后依次向外填充，这时原子处于最低 能量状态（能量最低原理）。
原子结构—波尔的假设
• 当内层轨道电子从外界得到能量时会转移 到能量较高的外层轨道上去,此时的原子处于 不稳定状态(受激态),根据能量最低原理,内层 轨道空位立刻有外层电子填充并释放能量.
原子结构—原子核外电子结构
物质的结构—原子核结构
N = A – Z = 131 – 53 = 78
物质的结构—原子核结构
根据在核内中子数和质子数不同的比例，可 以把原子分为以下几种类型： • 同位素：质子数相同，中子数不同； • 同中子异核素：中子数相同质子数不同； • 同量异位素：核子数相同而质子数不同； • 同质异能素：中子数质子数都相同，只是
原子结构—原子核外电子结构
• 磁量子数 ml
• 由于原子是立体的，各种轨道平面的空间 应有一定的取向。
原子结构—原子核外电子结构
• 自旋量子数ms
电子绕原子核运动与地球绕太阳运动 相似，除公转外还有自转，称为电子 自旋。电子的自旋状态由自旋量子数
ms决定，自旋量子数ms可取ms =±1
／2
原子结构—原子核外电子结构
• 绕原子核运动的电子都可用四个量子数
（n，l，ml，ms）来描述它们所处的状态。
原子结构—原子核外电子结构
二、电子的壳层结构 • 泡利不相容原理
在同一原子中, 不能有两个或两个以上的 电子具有4个完全相同的量子数。也就是说， 一个量子态最多只容纳一个电子。
原子结构—原子核外电子结构
• 主量子数为n的主壳层中，最多容纳的 电子数为
• 电子在不同轨道上的能量大小与其所在的 轨道数有关，内层轨道的能级低，外层轨道 能级高。正常情况下，电子先填满内层轨 道，然后依次向外填充，这时原子处于最低 能量状态（能量最低原理）。
原子结构—波尔的假设
• 当内层轨道电子从外界得到能量时会转移 到能量较高的外层轨道上去,此时的原子处于 不稳定状态(受激态),根据能量最低原理,内层 轨道空位立刻有外层电子填充并释放能量.
原子结构—原子核外电子结构
物质的结构—原子核结构
《放射物理与防护》教学课件：1第一章：物质的结构
• 电子在不同轨道上的能量大小与其所在的 轨道数有关，内层轨道的能级低，外层轨道 能级高。正常情况下，电子先填满内层轨 道，然后依次向外填充，这时原子处于最低 能量状态（能量最低原理）。
原子结构—波尔的假设
• 当内层轨道电子从外界得到能量时会转移 到能量较高的外层轨道上去,此时的原子处于 不稳定状态(受激态),根据能量最低原理,内层 轨道空位立刻有外层电子填充并释放能量.
— ++
—
• 因此整个原子对外呈现中性。
物质的结构—原子结构回顾
• 原子核比原子要小很多，核半径仅为原子 半径的万分之一到十万分之一，原子核的 几何截面积仅为原子的百亿分之一。
原子结构-- α粒子散射实验
二、原子结构 • 1904年 汤姆逊模型
电子
中子质子
枣糕模型
原子结构-- α粒子散射实验
二、原子结构 • 卢瑟福的α粒子散射实验
α粒子：它带有
两个单位的正
电荷。（也就
是氦原子核）
R
M
F
S
观测α粒子散射的仪器装置示意图
原子结构-- α粒子散射实验
实验结果 • 1、绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿直线前
进； • 2、少数α粒子发生了较小的偏转； • 3、极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚
至几乎达到180°而被反弹回来。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 原子结构-- α粒子散射实验
原子结构—波尔提出假设的原因
2. 根据经典电动力学理论，电子放出辐 射的频率应等于绕原子核运动的频率，由 于电子的能量在连续运动中只能逐渐减 少，从而辐射的频率也应该逐渐变化，这 又与实验观察到的线状原子光谱相抵触。
原子结构—波尔的假设
• 为了对上述矛盾作出合理的解释，在原子 的核式模型和原子光谱实验的基础上，波 尔提出了两点基本假设：
原子结构—波尔的假设
• 当内层轨道电子从外界得到能量时会转移 到能量较高的外层轨道上去,此时的原子处于 不稳定状态(受激态),根据能量最低原理,内层 轨道空位立刻有外层电子填充并释放能量.
— ++
—
• 因此整个原子对外呈现中性。
物质的结构—原子结构回顾
• 原子核比原子要小很多，核半径仅为原子 半径的万分之一到十万分之一，原子核的 几何截面积仅为原子的百亿分之一。
原子结构-- α粒子散射实验
二、原子结构 • 1904年 汤姆逊模型
电子
中子质子
枣糕模型
原子结构-- α粒子散射实验
二、原子结构 • 卢瑟福的α粒子散射实验
α粒子：它带有
两个单位的正
电荷。（也就
是氦原子核）
R
M
F
S
观测α粒子散射的仪器装置示意图
原子结构-- α粒子散射实验
实验结果 • 1、绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿直线前
进； • 2、少数α粒子发生了较小的偏转； • 3、极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚
至几乎达到180°而被反弹回来。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 原子结构-- α粒子散射实验
原子结构—波尔提出假设的原因
2. 根据经典电动力学理论，电子放出辐 射的频率应等于绕原子核运动的频率，由 于电子的能量在连续运动中只能逐渐减 少，从而辐射的频率也应该逐渐变化，这 又与实验观察到的线状原子光谱相抵触。
原子结构—波尔的假设
• 为了对上述矛盾作出合理的解释，在原子 的核式模型和原子光谱实验的基础上，波 尔提出了两点基本假设：
《放射物理与防护》教学课件：4第四章1：X线与物质的相互作用
• 从现代防护观点讲，应尽量减少每次X线检 查的剂量。 光电效应几率∝1/（hv）3
• 可依据光电效应的发生几率与光子能量的3 次方成反比的关系，采用高千伏摄影技术 ，从而达到降低剂量的目的。
X线与物质相互作用---光电效应
2.有利的方面 • 能产生质量好的照片影像。 ①不产生散射线，大大减少了照片的灰雾； ②可增加人体不同组织和造影剂对射线的吸收
第一节 概述
• 显然，X线能量的电子转移部分应等于：
μtr=τtr＋σtr＋κtr • μtr称为线能量转移系数，它表示X线在物质
中穿过长度距离时，由于各种相互作用，其 能量转移给电子的动能占总能量的份额。
第一节 概述
μtr:线能量转移系数 τtr,σtr,κtr分别为光电效应、康普顿效应和 电子对效应过程中能量转移为电子能量的线 能量转移系数。
A是原子量； Z是物质的原子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ数； C1是一个常数； λ是入射线的波长。
X线与物质相互作用---光电效应
• 光电效应的发生几率受以下几个方面的影 响： 1.物质原子序数的影响 2.入射光子能量的影响 3.原子边界限吸收的影响
X线与物质相互作用---光电效应
1.物质原子序数的影响 • 与物质原子序数的4次方成正比，即
第一节
三、能量转移和吸收
一）.能量转移系数
1.线能量转移系数 2.质能转移系数
概述
第一节 概述
1.线能量转移系数 • 在X线与物质相互作用的三种主要过程中
，X线光子的能量有一部分转化为电子的 动能，而另外一部分则被一些次级光子所 带走，也就是说：
第一节 概述
μ=μtr +μs • μtr为X线光子能量的电子转移部分； • μs为X线光子能量的辐射转移部分。
• 可依据光电效应的发生几率与光子能量的3 次方成反比的关系，采用高千伏摄影技术 ，从而达到降低剂量的目的。
X线与物质相互作用---光电效应
2.有利的方面 • 能产生质量好的照片影像。 ①不产生散射线，大大减少了照片的灰雾； ②可增加人体不同组织和造影剂对射线的吸收
第一节 概述
• 显然，X线能量的电子转移部分应等于：
μtr=τtr＋σtr＋κtr • μtr称为线能量转移系数，它表示X线在物质
中穿过长度距离时，由于各种相互作用，其 能量转移给电子的动能占总能量的份额。
第一节 概述
μtr:线能量转移系数 τtr,σtr,κtr分别为光电效应、康普顿效应和 电子对效应过程中能量转移为电子能量的线 能量转移系数。
A是原子量； Z是物质的原子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ数； C1是一个常数； λ是入射线的波长。
X线与物质相互作用---光电效应
• 光电效应的发生几率受以下几个方面的影 响： 1.物质原子序数的影响 2.入射光子能量的影响 3.原子边界限吸收的影响
X线与物质相互作用---光电效应
1.物质原子序数的影响 • 与物质原子序数的4次方成正比，即
第一节
三、能量转移和吸收
一）.能量转移系数
1.线能量转移系数 2.质能转移系数
概述
第一节 概述
1.线能量转移系数 • 在X线与物质相互作用的三种主要过程中
，X线光子的能量有一部分转化为电子的 动能，而另外一部分则被一些次级光子所 带走，也就是说：
第一节 概述
μ=μtr +μs • μtr为X线光子能量的电子转移部分； • μs为X线光子能量的辐射转移部分。
放射物理与防护___第11章放射线的屏蔽防护课件.
第十一章 放射线的屏蔽防护
（四）铅当量(mmPb)：一定厚度(1mm)的屏蔽材料 与多少厚度(mm)的铅具有相同的屏蔽防护效果
第十一章 放射线的屏蔽防护
知识拓展：射线屏蔽厚度的确定 从放射线的衰减理论讲，经屏蔽后的放射线剂量永远 不会变成零。放射线的屏蔽设计，并不在于确定一个 完全吸收放射线的物质层厚度，而是设法找到穿过屏 蔽层的放射线剂量降低若干倍，并满足剂量限值的屏 蔽层厚度。做到既安全可靠，又经济合理。
或者说是按照辐射产生的随机性效应及确定性效应分 类，保障辐射防护所提供的职业人员与被检者个人防 护在保障不发生确定性效应的前提下，将随机性效应 发生率控制在可合理做到的最低水平
第十一章 放射线的屏蔽防护
知识拓展：确定射线屏蔽厚度的依据和方法 确定屏蔽厚度的依据 当量剂量限值和最优化 屏蔽材料的防护性能 屏蔽用途和距离 工作负荷
居留因子
确定屏蔽厚度的计算方法 透射量计算法、查表法
利用因子
第十一章 放射线的屏蔽防护
小结 外照射防护有三种基本方法：时间防护、距离防护和 屏蔽防护。时间防护就是要求在给受检者实施射线检 查时，应在各个环节尽量缩短照射时间；由于射线对 于距离按平方反比法则进行衰减，因此一切人员尽量 远离射线是一种有效的防护方法；物质可以吸收射线， 根据需要采用不同的屏蔽材料进行防护为屏蔽防护。 对于屏蔽射线的材料的选择应从材料的防护性能、结 构性能、稳定性能和经济成本等方面时行综合考虑。 在确定屏蔽厚度时，应考虑多种因素，可通过公式进 行计算，也可通过查表确定。
第十一章 放射线的屏蔽防护
（三） X、 γ射线(非带电粒子辐射)常用屏蔽防护材料 低原子序数的建筑材料 砖：价廉、通用、来源容易、24cm实心砖墙有2mm 铅当量 混凝土：由水泥、粗骨料、砂子和水混合而成，密度 2300kg· m-3，成本低廉、结构性能好，多用作固定防 护屏障 水：有效原子序数7.4，密度1000kg· m-3，结构性能差、 防护性能差、成本低、透明、可流动、常以水池形式 贮存放射源
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例如氢元素H， H在元素周期表中处于同一位置， 因质量数不同．它有三种核素，分别为氕、氘、氚。 其中，氕是一个不含中子的氢原子，氘含有一个中子， 是重氢，氚则含有两个中子，是超重氢，但它们的原 子序数相同，可互称同位素。重氢和超重氢是制造氢 弹的原材料。
已知107种元素有2000余种同位素。
19
同位素又有稳定性同位素和不稳定性同位素之分，已 知稳定性同位素有270余种，而不稳定性同位素有1700余 种。不稳定性同位素又称为放射性同位素。放射性同位 素又分为天然放射性和人工放射性同位素(简称人造放射 性同位素)。人造放射性同位素主要由反应堆和加速器制 备。原子序数很高的那些重元素，如铀(u)、钍(Tu)、镭 (Ra)等，它们的核很不稳定，自发地放出射线，变为另一 种元素的原子核。
21
半衰期： 放射性核素的数目减少到原来的一半所需要的时间称之。
放射性活度 ： 单位时间内原子核衰变的数目称为放射性活度 (radioactivity)，简称活度。
22
第二章 X线的产生
一、X线的发现 X线是德国著名物理学家伦琴于1895年11月8日发现的。 X线的发现在科学史上是个极其重大的事件，它给人类历 史和科技发展带来巨大的影响，并由此开创了物理学和 影像医学的崭新时代。
3
4
原子核比原子还要小，核半径仅为原子半径的万分 之一到十万分之一，原子核的几何截面积仅为原子的 几千亿分之一。假设原子有一座10层楼那么大，原子 核只有樱挑那么小。由此可见，原子内有一个相对来 说很大的空间，核外电子就像几粒尘埃一样在这个庞 大的空间里绕核旋转。由于原子的这种“空虚”性， 一个高速电子或X线光子可以很容易地穿过许多原子后， 才会与某个原子发生碰撞。
10
原子核对核外电子有很强的吸引力， 离核最近的K层电子所受引力最大。 显然，要从原子中移走K电子所需能 量也最多，外层电子受核的引力较小， 移走外层电子所需能量也较少。通常 把移走原子中某壳层轨道电子所需要 的最小能量，称为该壳层电子在原子 中的结合能。
已知107种元素有2000余种同位素。
19
同位素又有稳定性同位素和不稳定性同位素之分，已 知稳定性同位素有270余种，而不稳定性同位素有1700余 种。不稳定性同位素又称为放射性同位素。放射性同位 素又分为天然放射性和人工放射性同位素(简称人造放射 性同位素)。人造放射性同位素主要由反应堆和加速器制 备。原子序数很高的那些重元素，如铀(u)、钍(Tu)、镭 (Ra)等，它们的核很不稳定，自发地放出射线，变为另一 种元素的原子核。
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半衰期： 放射性核素的数目减少到原来的一半所需要的时间称之。
放射性活度 ： 单位时间内原子核衰变的数目称为放射性活度 (radioactivity)，简称活度。
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第二章 X线的产生
一、X线的发现 X线是德国著名物理学家伦琴于1895年11月8日发现的。 X线的发现在科学史上是个极其重大的事件，它给人类历 史和科技发展带来巨大的影响，并由此开创了物理学和 影像医学的崭新时代。
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原子核比原子还要小，核半径仅为原子半径的万分 之一到十万分之一，原子核的几何截面积仅为原子的 几千亿分之一。假设原子有一座10层楼那么大，原子 核只有樱挑那么小。由此可见，原子内有一个相对来 说很大的空间，核外电子就像几粒尘埃一样在这个庞 大的空间里绕核旋转。由于原子的这种“空虚”性， 一个高速电子或X线光子可以很容易地穿过许多原子后， 才会与某个原子发生碰撞。
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原子核对核外电子有很强的吸引力， 离核最近的K层电子所受引力最大。 显然，要从原子中移走K电子所需能 量也最多，外层电子受核的引力较小， 移走外层电子所需能量也较少。通常 把移走原子中某壳层轨道电子所需要 的最小能量，称为该壳层电子在原子 中的结合能。
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固有过滤铝当量的要求
管电压E，kV（峰值） E<50
70>E≥50 100>E≥70
E≥100
铝当量，毫米铝 0.5 1.5 2.0 2.5
三、牙科用X射线机的防护性能
(1) X射线管头组装体应有足够铅当量的防 护层，以使距焦点1m处的漏射线1h累积 测量不得超过6．45×10-6C·kg-1(25mR)。
(3) 荧光屏铅玻璃应有足够的铅当量，屏周、 床侧应设置有效的屏蔽防护及采取其他防护措 施，以便立位和卧位透视防护区测试平面上的 空气照射 量率分别 不大于 0.29×10-6C·kg-1·h1(5mR·h-1)和3.87×10-6·kg-1·h-1(15mR·h-1)。
(4) 焦皮距小得小于350mm。
2、降低表面污染水平 严格按照操作规积操作，防止或减少表面污染的发生； 对已发生的表面污染要及时采取适当的去污措施去除 表面污染，防止污染扩散。
3、防止放射性核素进入人体 在操作开放型放射源时要穿戴合适的个人防护用品， 讲究个人卫生，防止放射性核素经呼吸道、消化道、 皮肤和伤口进入人体内。
4、加速体内放射性核素的排出 对体内已有的放射性核素污染要尽快应用合适的促排 药物等措施，加速其排出，以减少其辐射危害。
医用诊断X线的防护
Ｘ射线机处于工作状态时，在Ｘ射线辐射场中 有三种射线，即从Ｘ射线管防护套射出的漏射线，从 Ｘ射线管窗口射出的有用线束，以及这些射线经过散 射体（诊视床板和受检者等）后产生的散射线。
Ｘ射线机本身的防护性能主要体现在辐射场内 漏射线、散射线以及用于诊断的有用射线束能量、面 积、发射时间的有效控制方面，同时还与影像记录系 统（如荧光屏、影像增强器等）的灵敏度有关。X射 线机的防护性能关系到工作人员与受检者的受照剂量 与安全。
《放射物理与防护》教学课件：10第十章：放射防护法规与标准
IBSS的产生
• 在ICRP第60号建议书发布后，由国际原子 能机构（IAEA）、国际劳工组织（ILO）、 世界卫生组织（WHO）和经济合作与发展组 织核能机构（OECD/NEA）、联合国粮农组 织（FAO）和泛美卫生组织（PAHO）6个与 辐射防护有关的国际组织，组织各成员国 数百名专家，主要依据ICRP第60号建议书 的基本原则，制定了《国际电离辐射防护 和辐射源安全基本标准》（缩写名为 IBSS）。该标准暂行版于1994年问世， 1996年正式出版（IAEA安全丛书115号）
和标准。
背景
➢随着科技的进步和社会的发展，放射性核 素与射线装置已广泛应用于各个领域。
➢由于放射性核素与射线的固有特性决定了 它既能造福人类，也有可能对人类健康带 来危害为了保障放射工作人员和公众的健 康与安全，保护环境，促进射线和核技术 的应用，国家发布了一系列法规和标准， 以规范 、管理放射性核素和射线装置的应 用。
➢ 为了防止确定性效应，就需制定足够低的 当量剂量限制，以保证即使个体在终生或 全部工作期间受到这样照射也不会达到阈 值剂量。
➢ 限制随机性效应的方法是使一切具有正当 理由的照射保持在可以合理做到的最低水 平，并不得超过限制随机性效应所制定的 当量剂量。
• 放射防护基本标准是为保护放射工作人员 和公众免受电离辐射的危害，而阐述放射 防护的基本原则，并规定出各类人员接受 天然本底辐射以外的照射的基本限值。
• 随着科学的发展，人们对辐射效应认识的 不断加深，以及对剂量与效应的关系的研 究逐步深入，而基本标准也随之变化。与 早年相比剂量限值逐渐降低。
ICRP第60号建议书
• 国际放射防护委员会（ICRP）在总结了历 年来发表的建议书，并在吸收了当时新资 料的基础上，于1990年发布了ICRP第60号 建议书，这是一部国际性的放射防护基本 标准，它已成为各国修订放射卫生防护标 准的基本依据。
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方成正比。
3、X线的质 X线的质又称线质，它表示X线的硬度，即穿透物质本领的
大小。X线质完全由光子能量决定，而与光子个数无关。 在实际应用中是以管电压和滤过情况来反映X线的质。这
是因为管电压高、激发的X线光子能量大，即线质硬；滤过
板厚，连续谱中低能成分被吸收的多，透过滤过板的高能成 分增加，使X线束的线质变硬。在滤过情况一定时，常用管 电压的千伏值来粗略描述X线的质。 在工作中描述X线质除千伏值外，还用半价层、半值深度等 物理量来表示X线质。
I连 = K1 I Z Un
(三)标识 (特征)X线 1．标识X线的产生的原理
基态 →
↑
受激态
激发
X - ray
↗ → 基态
↑ 跃迁
2．特征X线的激发电压 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。
3．影响特征X线的因素 ： KV MAS
4.连续X线和特征X线的比例大小.
五、X线的量与质
习惯上常用X线强度来表示X线的量与质。所谓X线 强度是指在垂直于X线传播方向单位面积上，在单位时 间内通过光子数量与能量乘积的总和。可见X线强度(I) 是由光子数目(N)和光子能量(hv)两个因素决定的。
即：
I = N hv
1、X线的量 在实际放射工作中，作为一种简便方法， 一般是用管电流(mA)和照射时间(s)的乘积来反映X线的 量，以毫安秒(mAs)为单位。
↗
基态 → 受激态 → 基态
↑ 激发
↑ 跃迁
当原子从基态 到受激态再回到基态 时，它将发射（或吸收）具有一定频 率的单色光子，其频率为 ：
E2 – E1 υ = ---------
h
四、同位素
凡其有相同的质子数（原子序数）和不同的中子 数的同一类元素称为同位素(isotope)。几乎所有元素 都有同位素。
原子的质量和体积都极其微
小，一个氢原子的质量是 1.6735×10-27 kg ， 较 重 的 铀 原 子也只有3.951× 10-25 kg。原子 的直径为10-10 m数量级，如果 把1亿个原子挨个排成一行，它 的长度仅有lcm。
原子核比原子还要小，核半径仅为原子半径的万分 之一到十万分之一，原子核的几何截面积仅为原子的 几千亿分之一。假设原子有一座10层楼那么大，原子 核只有樱挑那么小。由此可见，原子内有一个相对来 说很大的空间，核外电子就像几粒尘埃一样在这个庞 大的空间里绕核旋转。由于原子的这种“空虚”性， 一个高速电子或X线光子可以很容易地穿过许多原子后， 才会与某个原子发生碰撞。
制，低能成分被管壁吸收的缘故。射线的最大强度都 呈现在相同的光子能量处。
2）管电流的影响： 在一定管电压下同种靶物质和相同的照射时间，X线的量
与管电流成正比， 管电压一定时，X线管的管电流的大小反
应了阴极灯丝发射电子的情况，管电流越大表明阴极发射的 电子越多，因而电子撞击阳极靶产生的X线的量也越大：发 射出的X线的强度也就越大(质不变，量增加)。
4、影响X线质的因素 1）管电压（千伏值）的影响 X线的质仅取决于管电压的千伏值。无论何种靶物质，在
2、连续X线的最短波长、最强波长、平均波长及最大光子 能量。
最短波长：
最强波长：
λ最强 = 1.5 λmin
平均波长 λ平均 = 2.5λmin
最大光子能量 = hvmaX
3．影响连续X线的因素:
连续X线的总强度(I连)与管电流(i)、管电压(U)、靶原 子序数(Z)的关系可用下面公式近似表示出来:
使电子脱离轨道形成自由电子。失去电子的原子带正电， 与前者形成正、负离子对，这一过程称为电离。它是电离 辐射的主要机制，也是某些放射性探测器测量射线的物理 基础。
高速电子与原子的外层电子作用时，可以使原子电离而 损失部分能量△E。 当入射电子的能量损失大，并且大于 外层电子的电离能时，则靶原子被电离，其外层电子脱离 靶原子并且具有一定的动能，如果电离出的电子动能大于 100eV，则称此电离出的电子叫δ电子。δ电子是电离电 子中能量较高的那一部分，它与入射电子一样可以使原子 激发或电离，也可以与原子核和内层电子相互作用而逐渐 损失能量。
二、原子核及核外轨道电子
原子核由质子和中子所组成，通常又把质子和中子 统称为核子。每个质子带1个单位的正电荷，中子不带 电呈中性。因此，原子核所带电荷数由质子数决定。 核电荷数用Z表示。即
核电荷数(Z)=核内质子数=核外电子数
其中X表示原子，A为质量数；Z为质子数(即原子序数)
质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)
通常每个轨道上只有一个电子，由于 其运行受到多个参数的影响，故参数 相近的电子近乎在同样的空间运行， 这个容纳多个轨道的空间范围称为电 子层。距原子核由近及远依次可分为 K、L、M、N、O……层。各层轨道 电子均有特定的能量。
三、原子能级 (P5) 各层轨道电子均有特定的能量。这是因
为核外带负电的轨道电子处于带正电的核 电场中，具有负电势能；轨道电子绕核运 动具有动能，这两部份能量的代数和，就 是该壳层电子在原子中的总能量。
放射物理与防护
Radiological Physics and Radiation Protection
第一章 物质结构 一、原子的基本状况
目前已知的地球元素有107种，其中93种 是地球上天然存在的，15种是人造元素。
任何原子都是由小而致密的原子核和核外 高速绕行的电子所组成的。一个原子就如 同太阳系一样，它的核如同太阳，核外电 子如同行星，沿一定轨道绕原子核旋转。 原子核带正电荷，核外电子带负电荷。在 正常情况下，原子核所带正电荷量与核外 电子所带负电荷量相等。因此整个原子对 外呈现中性。
X线成像技术与后来发展起来的核医学成像、超声成 像、X线CT、磁共振成像、热图像、介入性放射学和内 镜等技术共同组成现代医学影像学的崭新领域。
二、X线的产生条件
电子源 使电子在某个空间高速运动 靶
三、X线产生装置
四、X线产生原理 （一）电子与物质的相互作用
1、电离 电子通过物质时，与其原子核外的轨道电子发生作用，
原子核对核外电子有很强的吸引力， 离核最近的K层电子所受引力最大。 显然，要从原子中移走K电子所需能 量也最多，外层电子受核的引力较小， 移走外层电子所需能量也较少。通常 把移走原子中某壳层轨道电子所需要 的最小能量，称为该壳层电子在原子 中的结合能。
基态 ：原子处于最低能量状态，电子运பைடு நூலகம்时如既 不向外界辐射也不向外界吸收能量，处于基态的原子最稳 定。
只要知道上述3个数中任意2个，就可推算 出另1个的数值来。如钨原子核内有74个质子， 质量数为184，则中子数为：
N = A – Z = 184 – 74 =110 碘的原子质量数为131，核内具有53个质 子，则中子数为： N = A – Z = 131 – 53 = 78
核外轨道电子 核外电子按一定轨道高速绕核运行。
2、激发 高速电子通过物质时，作用于轨道电子，轨道电子获得
能量从低能态轨道跃迁到高能态轨道，这种现象称为激发。 此时原子处于受激态，不稳定。当该电子退激时（跃迁）， 获得的能量将以光能或热能的形式释出。外层轨道电子受激 退激时产生热能，内层轨道电子受激退激时产生射线。
3、散射 电子受到物质原子核库仑电场的作用而发生方向偏折，称
电子在不连续的轨道上运动,原子所具有 的能量也是不连续的,这种不连续的能量 状态称为原子的能级.
电子在不同轨道上的能量大小与其所
在的轨道数有关，内层轨道的能级低， 外层轨道能级高。正常情况下，电子先 填满内层轨道，然后依次向外填充，这 时原子处于最低能量状态（能量最低原 理）。 当内层轨道电子从外界得到能量 时会转移到能量较高的外层轨道上去,此 时的原子处于不稳定状态(受激态),根据 能量最低原理,内层轨道空位立刻有外层 电子填充并释放能量.
管电压一定时，X线管的管电流的大小反应了阴极灯
丝发射电子的情况。管电流大，表明单位时间撞击阳极 靶的电子数多，由此激发出的X线光子数也正比地增加； 照射时间长，X线量也正比地增大。所以管电流和照射 时间的乘积能反映X线的量。
2、影响X线量的因素 1）靶原子序数的影响：在管电压、管电流、投照时
间相同的情况下，阳极靶的原子序数愈高，X线的量愈 大。从图56中可见，曲线的两个端点都重合。其高能 端重合，说明了X线谱的最大光子能量与管电压有关而 与靶物质无关；低能端重合是因为X线管固有滤过的限
受激态：电子吸收了一定大小的能量后（某两个能 级差的能量），电子跳跃到一更高的能级轨道上，此时原 子不稳定，称受激态。
跃迁：外层轨道电子或自由电子填充空位，同时放出一个 能量为hv的光子。（该光子的能量大小取决于两轨道之间 的能级差）
电离：电子吸收了足够大的能量而摆脱原子核的束缚而成 为自由电子。
hv
散射。散射对测量及防护都有一定程度的影响。
4、韧致辐射 电子在介质中受到阻滞、急剧减速时，将部分能量转化为
电磁辐射(即X射线)，称为韧致辐射，又称连续辐射。
（二）连续X线 对X线管发出的X线进行光谱分析，发现它由两种成分组
成，一种X线谱是连续的，称为连续X线；另一种则是线状 的，称为特征X线。可见X线是由这两种成分组成的混合射 线。
原子核的衰变：放射性同位素原子核不稳定，能自发地 放出α、β、γ射线而变成另一种元素 的现象。
α射线：由α粒子组成， α粒子是有2个质子和2个中 子组成的带2个正电荷的氦核。
β射线：由β粒子组成， β粒子就是从原子核内释放 出的带一个负电荷的电子。
γ射线：由γ光子组成，它是在原子核衰变时从核内释 放出的不带电的高能量光子。
且每个电子与靶原子作用前具有的能量也不同，所以各 次相互作用对应的辐射损失也不同，因而发出的X线光子 频率也互不相同。大量的X线光子组成了具有频率连续的 X线光谱。
3、X线的质 X线的质又称线质，它表示X线的硬度，即穿透物质本领的
大小。X线质完全由光子能量决定，而与光子个数无关。 在实际应用中是以管电压和滤过情况来反映X线的质。这
是因为管电压高、激发的X线光子能量大，即线质硬；滤过
板厚，连续谱中低能成分被吸收的多，透过滤过板的高能成 分增加，使X线束的线质变硬。在滤过情况一定时，常用管 电压的千伏值来粗略描述X线的质。 在工作中描述X线质除千伏值外，还用半价层、半值深度等 物理量来表示X线质。
I连 = K1 I Z Un
(三)标识 (特征)X线 1．标识X线的产生的原理
基态 →
↑
受激态
激发
X - ray
↗ → 基态
↑ 跃迁
2．特征X线的激发电压 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。
3．影响特征X线的因素 ： KV MAS
4.连续X线和特征X线的比例大小.
五、X线的量与质
习惯上常用X线强度来表示X线的量与质。所谓X线 强度是指在垂直于X线传播方向单位面积上，在单位时 间内通过光子数量与能量乘积的总和。可见X线强度(I) 是由光子数目(N)和光子能量(hv)两个因素决定的。
即：
I = N hv
1、X线的量 在实际放射工作中，作为一种简便方法， 一般是用管电流(mA)和照射时间(s)的乘积来反映X线的 量，以毫安秒(mAs)为单位。
↗
基态 → 受激态 → 基态
↑ 激发
↑ 跃迁
当原子从基态 到受激态再回到基态 时，它将发射（或吸收）具有一定频 率的单色光子，其频率为 ：
E2 – E1 υ = ---------
h
四、同位素
凡其有相同的质子数（原子序数）和不同的中子 数的同一类元素称为同位素(isotope)。几乎所有元素 都有同位素。
原子的质量和体积都极其微
小，一个氢原子的质量是 1.6735×10-27 kg ， 较 重 的 铀 原 子也只有3.951× 10-25 kg。原子 的直径为10-10 m数量级，如果 把1亿个原子挨个排成一行，它 的长度仅有lcm。
原子核比原子还要小，核半径仅为原子半径的万分 之一到十万分之一，原子核的几何截面积仅为原子的 几千亿分之一。假设原子有一座10层楼那么大，原子 核只有樱挑那么小。由此可见，原子内有一个相对来 说很大的空间，核外电子就像几粒尘埃一样在这个庞 大的空间里绕核旋转。由于原子的这种“空虚”性， 一个高速电子或X线光子可以很容易地穿过许多原子后， 才会与某个原子发生碰撞。
制，低能成分被管壁吸收的缘故。射线的最大强度都 呈现在相同的光子能量处。
2）管电流的影响： 在一定管电压下同种靶物质和相同的照射时间，X线的量
与管电流成正比， 管电压一定时，X线管的管电流的大小反
应了阴极灯丝发射电子的情况，管电流越大表明阴极发射的 电子越多，因而电子撞击阳极靶产生的X线的量也越大：发 射出的X线的强度也就越大(质不变，量增加)。
4、影响X线质的因素 1）管电压（千伏值）的影响 X线的质仅取决于管电压的千伏值。无论何种靶物质，在
2、连续X线的最短波长、最强波长、平均波长及最大光子 能量。
最短波长：
最强波长：
λ最强 = 1.5 λmin
平均波长 λ平均 = 2.5λmin
最大光子能量 = hvmaX
3．影响连续X线的因素:
连续X线的总强度(I连)与管电流(i)、管电压(U)、靶原 子序数(Z)的关系可用下面公式近似表示出来:
使电子脱离轨道形成自由电子。失去电子的原子带正电， 与前者形成正、负离子对，这一过程称为电离。它是电离 辐射的主要机制，也是某些放射性探测器测量射线的物理 基础。
高速电子与原子的外层电子作用时，可以使原子电离而 损失部分能量△E。 当入射电子的能量损失大，并且大于 外层电子的电离能时，则靶原子被电离，其外层电子脱离 靶原子并且具有一定的动能，如果电离出的电子动能大于 100eV，则称此电离出的电子叫δ电子。δ电子是电离电 子中能量较高的那一部分，它与入射电子一样可以使原子 激发或电离，也可以与原子核和内层电子相互作用而逐渐 损失能量。
二、原子核及核外轨道电子
原子核由质子和中子所组成，通常又把质子和中子 统称为核子。每个质子带1个单位的正电荷，中子不带 电呈中性。因此，原子核所带电荷数由质子数决定。 核电荷数用Z表示。即
核电荷数(Z)=核内质子数=核外电子数
其中X表示原子，A为质量数；Z为质子数(即原子序数)
质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)
通常每个轨道上只有一个电子，由于 其运行受到多个参数的影响，故参数 相近的电子近乎在同样的空间运行， 这个容纳多个轨道的空间范围称为电 子层。距原子核由近及远依次可分为 K、L、M、N、O……层。各层轨道 电子均有特定的能量。
三、原子能级 (P5) 各层轨道电子均有特定的能量。这是因
为核外带负电的轨道电子处于带正电的核 电场中，具有负电势能；轨道电子绕核运 动具有动能，这两部份能量的代数和，就 是该壳层电子在原子中的总能量。
放射物理与防护
Radiological Physics and Radiation Protection
第一章 物质结构 一、原子的基本状况
目前已知的地球元素有107种，其中93种 是地球上天然存在的，15种是人造元素。
任何原子都是由小而致密的原子核和核外 高速绕行的电子所组成的。一个原子就如 同太阳系一样，它的核如同太阳，核外电 子如同行星，沿一定轨道绕原子核旋转。 原子核带正电荷，核外电子带负电荷。在 正常情况下，原子核所带正电荷量与核外 电子所带负电荷量相等。因此整个原子对 外呈现中性。
X线成像技术与后来发展起来的核医学成像、超声成 像、X线CT、磁共振成像、热图像、介入性放射学和内 镜等技术共同组成现代医学影像学的崭新领域。
二、X线的产生条件
电子源 使电子在某个空间高速运动 靶
三、X线产生装置
四、X线产生原理 （一）电子与物质的相互作用
1、电离 电子通过物质时，与其原子核外的轨道电子发生作用，
原子核对核外电子有很强的吸引力， 离核最近的K层电子所受引力最大。 显然，要从原子中移走K电子所需能 量也最多，外层电子受核的引力较小， 移走外层电子所需能量也较少。通常 把移走原子中某壳层轨道电子所需要 的最小能量，称为该壳层电子在原子 中的结合能。
基态 ：原子处于最低能量状态，电子运பைடு நூலகம்时如既 不向外界辐射也不向外界吸收能量，处于基态的原子最稳 定。
只要知道上述3个数中任意2个，就可推算 出另1个的数值来。如钨原子核内有74个质子， 质量数为184，则中子数为：
N = A – Z = 184 – 74 =110 碘的原子质量数为131，核内具有53个质 子，则中子数为： N = A – Z = 131 – 53 = 78
核外轨道电子 核外电子按一定轨道高速绕核运行。
2、激发 高速电子通过物质时，作用于轨道电子，轨道电子获得
能量从低能态轨道跃迁到高能态轨道，这种现象称为激发。 此时原子处于受激态，不稳定。当该电子退激时（跃迁）， 获得的能量将以光能或热能的形式释出。外层轨道电子受激 退激时产生热能，内层轨道电子受激退激时产生射线。
3、散射 电子受到物质原子核库仑电场的作用而发生方向偏折，称
电子在不连续的轨道上运动,原子所具有 的能量也是不连续的,这种不连续的能量 状态称为原子的能级.
电子在不同轨道上的能量大小与其所
在的轨道数有关，内层轨道的能级低， 外层轨道能级高。正常情况下，电子先 填满内层轨道，然后依次向外填充，这 时原子处于最低能量状态（能量最低原 理）。 当内层轨道电子从外界得到能量 时会转移到能量较高的外层轨道上去,此 时的原子处于不稳定状态(受激态),根据 能量最低原理,内层轨道空位立刻有外层 电子填充并释放能量.
管电压一定时，X线管的管电流的大小反应了阴极灯
丝发射电子的情况。管电流大，表明单位时间撞击阳极 靶的电子数多，由此激发出的X线光子数也正比地增加； 照射时间长，X线量也正比地增大。所以管电流和照射 时间的乘积能反映X线的量。
2、影响X线量的因素 1）靶原子序数的影响：在管电压、管电流、投照时
间相同的情况下，阳极靶的原子序数愈高，X线的量愈 大。从图56中可见，曲线的两个端点都重合。其高能 端重合，说明了X线谱的最大光子能量与管电压有关而 与靶物质无关；低能端重合是因为X线管固有滤过的限
受激态：电子吸收了一定大小的能量后（某两个能 级差的能量），电子跳跃到一更高的能级轨道上，此时原 子不稳定，称受激态。
跃迁：外层轨道电子或自由电子填充空位，同时放出一个 能量为hv的光子。（该光子的能量大小取决于两轨道之间 的能级差）
电离：电子吸收了足够大的能量而摆脱原子核的束缚而成 为自由电子。
hv
散射。散射对测量及防护都有一定程度的影响。
4、韧致辐射 电子在介质中受到阻滞、急剧减速时，将部分能量转化为
电磁辐射(即X射线)，称为韧致辐射，又称连续辐射。
（二）连续X线 对X线管发出的X线进行光谱分析，发现它由两种成分组
成，一种X线谱是连续的，称为连续X线；另一种则是线状 的，称为特征X线。可见X线是由这两种成分组成的混合射 线。
原子核的衰变：放射性同位素原子核不稳定，能自发地 放出α、β、γ射线而变成另一种元素 的现象。
α射线：由α粒子组成， α粒子是有2个质子和2个中 子组成的带2个正电荷的氦核。
β射线：由β粒子组成， β粒子就是从原子核内释放 出的带一个负电荷的电子。
γ射线：由γ光子组成，它是在原子核衰变时从核内释 放出的不带电的高能量光子。
且每个电子与靶原子作用前具有的能量也不同，所以各 次相互作用对应的辐射损失也不同，因而发出的X线光子 频率也互不相同。大量的X线光子组成了具有频率连续的 X线光谱。