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X射线的应用及发展趋势



一、特点:

    X射线的特征是波长非常短频率很高,其波长约为(20~0.06)×10-8厘米之间。 X-ray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-ray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,因此能产生干涉、衍射现象。
    X射线谱由连续谱和标识谱两部分组成标识谱重叠在连续谱背景上, X-ray连续谱是由于高速电子受靶极阻挡,而产生的轫致辐射的其短波极限λ 0 由 X-ray加速电压V决定:λ 0 = hc /( ev )为普朗克常数, e 为电子电量, c 为真空中的光速。标识谱是由一系列线状谱组成它们是因靶元素内层电子的跃迁而产生,每种元素各有一套特定的标识谱反映了原子壳层结构 。同步辐射源可产生高强度的连续谱X射线现已成为重要的X射线源。
    X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。

二、分类:
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,连续光谱的性质和靶材料无关。
   (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,特征光谱和靶材料有关。
X光机
三、应用:
医用诊断X线机
    (1)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[1])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。
   (2)工业中用来探伤。长期受X射线辐射对人体有伤害 。X射线[2]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。

四、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。
   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。

五、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射线则用来检测肠道梗塞,自由气体(free air,由于内脏穿孔)及自由液体(free fluid)。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)。

借助计算机,人们可以把不同角度的X射线影像合成成三维图像,在医学上常用的电脑断层扫描(CT扫描)就是基于这一原理。

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