X線與物質的相互作用X線與物質相互作用形式：相干散射、光電效應、康普頓效應、電子對效應和光核反應五種。診斷用X線能量范圍主要涉及光電效應和康普頓效應。1．相干散射X線與物質的相互作用發(fā)生干涉的散射過程。一個束縛電子吸收入射光子能量躍遷到高能級，隨即放出一個與原入射光子同樣波長、方向不同的光子，此即相干散射。相干散射在X線與物質相互作用時所占幾率很小，不超過5％，實際作用不大。2．光電效應（1）光電效應的定義X線與物質相互作用時，X線光子能量(hυ)全部給予了物質原子的殼層電子，獲得能量的電子擺脫原子核的束縛成為自由電子(即光電子)。而X線光子本身則被物質的原子吸收，這一過程稱為光電效應。（2）光電效應的產物光電效應，在攝影用X線能量范圍內是和物質相互作用的主要形式之一。它是以光子擊脫原子的內層軌道電子而發(fā)生。有如特征放射的發(fā)生過程。但又不完全一樣，其主要差別是擊脫電子的方式不同。光電效應可產生三種東西：特征放射、光電子(也叫負離子)和正離子(即缺少電子的原子)。在產生光電效應的過程中，當一個光子在擊脫電子時，其大部分能量是用于克服電子的結合能，多余能量作為被擊脫電子(光電子、負離子)的動能。由于帶電粒子穿透力很小，當這個電子進入空間后，很快就被吸收掉。失掉電子的原子軌道上的電子空位，很快就有電子來補充。這個電子經常是來自同原子的L層或M層軌道上的電子，有時也可來自其他原子的自由電子。在電子落入K層時放出能量，產生特性放射。但因其能量很低，在很近的距離內則又被吸收掉。例如，鈣是人體內最高原子序數(shù)的元素，它的最大能量的特性光子也只有4kev。這樣小的光子能量，從它的發(fā)生點幾個毫米內即可被吸收。但必須注意，常用造影劑碘和鋇，所產生的特性放射，會有足夠的能量離開人體，而使膠片產生灰霧。（3）光電效應產生的條件①光子能量與電子結合能，必須“接近相等”才容易產生光電效應。就是說，光子的能量要稍大于電子的結合能或等于電子的結合能。例如，碘的K層電子結合能為33.2kev，若光子能量為33.0kev，就不能擊脫該層電子。另一方面，一個有34kev能量的光子，又比一個具有100kev能量的光子更容易和碘K層電子發(fā)生作用。這就是說，光子能量的增加，反而會使光電作用的幾率下降。實際上，光電效應大約和能量的三次方成反比。在實際攝影中，我們通過調整管電壓的數(shù)值就可以達到調制的目的。②軌道電子結合得越緊越容易產生光電效應。高原子序數(shù)元素比低原子序數(shù)元素的軌道電子結合的緊。在低原子序數(shù)元素中，光電效應都產生在K層，因為這一類元素只有K層電子結合的比較緊。對高原子序數(shù)的元素，光子能量不足以擊脫它的K層電子，光電效應常發(fā)生在L層、M層，因為這兩層軌道電子結合的都比較緊，容易產生光電效應。所以說，光電效應的幾率，隨原子序數(shù)的增高而很快增加。其發(fā)生幾率和原子序數(shù)的三次方成正比。光電效應≈(原子序數(shù))3。它說明攝影中的3個實際問題：不同密度物質的影像，所以能產生明顯對比影像的原因；密度的變化可明顯影響到攝影條件；要根據(jù)不同密度的物質，選擇適當?shù)纳渚€能量。（4）光電效應在X線攝影中的實際意義①光電效應不產生有效的散射，對膠片不產生灰霧。②光電效應可增加射線對比度。X線影像的對比，產生于不同組織的吸收差異，這種吸收差別愈大，則對比度愈高。因為，光電效應的幾率和原子序數(shù)的三次方成正比。所以，光電效應可擴大不同元素所構成的組織的影像對比。例如，肌肉和脂肪間的對比度很小，如果選用低kVp攝影，就可以利用肌肉和脂肪在光電效應中所產生的較大吸收差別來獲得影像。③光電效應中，因光子的能量全部被吸收，這就使患者接受的照射量比任何其他作用都多。為了減少對患者的照射，在適當?shù)那闆r下，要采用高能量的射線。3．康普頓效應康普頓效應也稱散射效應或康普頓散射。它是X線診斷能量范圍內，X線與物質相互作用的另一種主要形式。當一個光子在擊脫原子外層軌道上的電子時，入射光子就被偏轉以新的方向散射出去，成為散射光子。而被擊脫的電子從原子中以與入射光子方向呈φ角方向射出，成為反沖電子。其間X線光子的能量一部分作為反跳電子的動能，而絕大部分是作為光子散射。一個光子被偏轉以后，能保留多大能量，由它的原始能量和偏轉的角度來決定。偏轉的角度愈大，能量的損失就愈多。散射光子的方向是任意的，光子的能量愈大，它的偏轉角度就愈小。但是，低能量的光子，在散射效應中，向后散射的多。在X線攝影所用能量(40~150kVp)范圍內，散射光子仍保留大部分能量，而只有很少的能量傳給電子。在攝影中所遇到的散射線，幾乎都是來自這種散射。因為，散射吸收是光子和物質相互作用中的主要形式之一。所以，在實際工作中無法避免散射線的產生，而只能想辦法消除或減少它的影響。4．電子對效應與光核反應電子對效應與光核反應，在診斷X線能量范圍內不會產生。因為電子對效應產生所需要的光子能量是1.02MeV，而光核反應所需光子能量要求在7MeV以上。所以，這兩種作用形式對X線攝影無實際意義。5．相互作用效應產生的幾率在診斷X線能量范圍內，相干散射占5％，光電效應占70％，康普頓效應占25％。①對低能量射線和高原子序數(shù)的物質，光電效應是主要的，它不產生有效的散射，對膠片不產生灰霧，因而可產生高對比度的X線影像。但會增加被檢者的X線接收劑量。②散射效應是X線和人體組織之間最常發(fā)生的一種作用，幾乎所有散射線都是由此產生的。它可使影像質量下降，嚴重時可使我們看不到影像的存在。但它與光電效應相比可減少患者的照射量。③它們之間的相互比率將隨能量、物質原子序數(shù)等因素的改變而變化。就人體而言，脂肪和肌肉的原子序數(shù)要低于骨骼。常用造影劑碘和鋇屬于高原子序數(shù)的元素。脂肪和肌肉除在很低的光子能量而外，散射作用是主