X射線是如何產生的?
X射線是由于原子中的電子在能量相差懸殊的兩個能級之間的躍遷而產生的粒子流,?是波長介于紫外線和γ射線之間的電磁波。?這種輻射的產生可以歸因于兩種主要方法:?
電子的韌制輻射:?通過高能電子轟擊金屬,?當電子在進入金屬的過程中急劇減速時,?由于加速的帶電粒子會輻射出電磁波,?如果電子能量足夠大,?就可以產生X射線。?
原子內層電子躍遷:?內層電子被高能電子激發到更高能級后,?再向低能級躍遷的過程。?由于內層電子被激發后躍遷的能級差較大,?因此能夠產生波長較短的X射線。?
在放射照相和NAOMi-CT技術中(包含柜CT和桌面式CT),X射線產生的所有三個步驟都在X射線管內進行,射線管的構造如上圖所示。
電子在X射線管的陰極燈絲處產生,具體的過程被稱為熱離子發射,這是一個專業物理反應但是通俗易懂,實際上是電子對熱能響應的釋放過程,通過燈絲的電流使其變得非常熱,以至于電子實際上從金屬中分離出來,成為游離態,并在燈絲周圍形成電子云,這有點像白熾燈泡的燈絲,電流通過燈絲產生熱量從而在X射線管中產生光,當燈絲變得非常熱,產生了自由電子,但燈泡中的電子云就沒那么好了,不利于燈泡的發光,當X射線管中獲得了電子云,那么接下來會發生什么呢,X射線產生的第二步是加速這些電子這給了它們極高的動能 通過在電子云的不遠處,施加一個電壓來實現(工業用電壓一般比較高,以kV為單位進行量化更容易),從而營造出一個強電場,在燈絲中產生的電子本身帶負電,因為異性相吸電子被帶負電的陰極排斥而被帶正電的陽極吸引迫使電子加速,然后穿過X射線管,x射線產生的最后一步是使電子減速這些高速高能電子猛烈撞擊X射線管的另一端,稱之為靶1類似于射箭靶一個道理,對高速電子形成阻礙,在減速的過程中,電子以熱的形式釋放大多數能量,還有一種形式,那就是產生X射線,來減弱電子本身動能從而釋放能量,X射線的數量和X射線的能量實際上主要是由操作員使用電壓和電流進行控制的,還有一個對于圖像質量影響很大的,那就是曝光時間,曝光時間增加會同樣增加X射線管中產生的電子數量。
增加X射線管電流,會正比增加電子的數量,同樣也會增加光子的數量,這是強度或數量的概念。
改變kV,也就是X射線管電壓的效果則略有不同,提高電壓,會同時通過兩個方面增加X射線管中電子能量,第一個,更高的電壓使電子移動得更快 電子能量的增加導致X射線能量的增加,這也就是光束質量的概念,同時增加的電子能量也增大了產生的X射線的總數,這主要是因為高能電子的撞擊,更有可能轉化為X射線,所以增加X射線管電壓會,同時增加X射線的數量和能量。
增加曝光時間也會增加產生的X射線光子總數,曝光時間就是電子流過射線管產生X射線的時間,也等效于實際操作的時候,接收器接收X射線的時間,就像獨角獸吃彩虹糖的時間越長,彩虹糖吃的就越多。
總之,X射線不是由魔法或獨角獸產生的,X射線的產生需要三個條件,第一個是電子源,第二個是給電子加速的電場,第三個就是要有阻礙物也就是靶,三個條件具備后,通過產生的電子加速撞擊靶,一部分動能轉化為X射線,這就是X射線產生的原理。
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