X射线是如何产生的?看这一篇就够了

2024-07-29 10:38 纳奥米科技 NAOMi-CT中国官方网站

X射线是如何产生的?

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    X射线是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流,是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁波。这种辐射的产生可以归因于两种主要方法:

  1. 电子的韧制辐射通过高能电子轰击金属,当电子在进入金属的过程中急剧减速时,由于加速的带电粒子会辐射出电磁波,如果电子能量足够大,就可以产生X射线。

  2. 原子内层电子跃迁内层电子被高能电子激发到更高能级后,再向低能级跃迁的过程。由于内层电子被激发后跃迁的能级差较大,因此能够产生波长较短的X射线。

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   在放射照相和NAOMi-CT技术中(包含柜CT和桌面式CT),X射线产生的所有三个步骤都在X射线管内进行,射线管的构造如上图所示。

   电子在X射线管的阴极灯丝处产生,具体的过程被称为热离子发射,这是一个专业物理反应但是通俗易懂,实际上是电子对热能响应的释放过程,通过灯丝的电流使其变得非常热,以至于电子实际上从金属中分离出来,成为游离态,并在灯丝周围形成电子云,这有点像白炽灯泡的灯丝,电流通过灯丝产生热量从而在X射线管中产生光,当灯丝变得非常热,产生了自由电子,但灯泡中的电子云就没那么好了,不利于灯泡的发光,当X射线管中获得了电子云,那么接下来会发生什么呢,X射线产生的第二步是加速这些电子这给了它们极高的动能 通过在电子云的不远处,施加一个电压来实现(工业用电压一般比较高,以kV为单位进行量化更容易),从而营造出一个强电场,在灯丝中产生的电子本身带负电,因为异性相吸电子被带负电的阴极排斥而被带正电的阳极吸引迫使电子加速,然后穿过X射线管,x射线产生的最后一步是使电子减速这些高速高能电子猛烈撞击X射线管的另一端,称之为靶1类似于射箭靶一个道理,对高速电子形成阻碍,在减速的过程中,电子以热的形式释放大多数能量,还有一种形式,那就是产生X射线,来减弱电子本身动能从而释放能量,X射线的数量和X射线的能量实际上主要是由操作员使用电压和电流进行控制的,还有一个对于图像质量影响很大的,那就是曝光时间,曝光时间增加会同样增加X射线管中产生的电子数量。

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   增加X射线管电流,会正比增加电子的数量,同样也会增加光子的数量,这是强度或数量的概念。

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   改变kV,也就是X射线管电压的效果则略有不同,提高电压,会同时通过两个方面增加X射线管中电子能量,第一个,更高的电压使电子移动得更快 电子能量的增加导致X射线能量的增加,这也就是光束质量的概念,同时增加的电子能量也增大了产生的X射线的总数,这主要是因为高能电子的撞击,更有可能转化为X射线,所以增加X射线管电压会,同时增加X射线的数量和能量。

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   增加曝光时间也会增加产生的X射线光子总数,曝光时间就是电子流过射线管产生X射线的时间,也等效于实际操作的时候,接收器接收X射线的时间,就像独角兽吃彩虹糖的时间越长,彩虹糖吃的就越多。


   总之,X射线不是由魔法或独角兽产生的,X射线的产生需要三个条件,第一个是电子源,第二个是给电子加速的电场,第三个就是要有阻碍物也就是靶,三个条件具备后,通过产生的电子加速撞击靶,一部分动能转化为X射线,这就是X射线产生的原理。

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