X 射线的吸收与衰减

X 线的吸收与衰减

X 线通过物质后强度减弱的现象叫吸收。由于 X 线是一种电离辐射，入射光子与物质作用时，能产生电离电子和散射光子，通过电离和激发的过程把能量传给物质，作用的结果，使 X 线进行方向上的强度减弱，造成了物质对 X 线的吸收。X 线束被吸收的多少，取决于辐射的穿透能力，以及照射体截面的大小和密度。

X 线衰减与吸收实质上是一个过程的两方面。X 线穿过物质时，与构成物质的原子、电子或原子核相互作用，而自身能量减少的过程称为衰减。衰减过程有：

①汤姆逊散射（古典散射）；

②光电效应的吸收（r）；

③康普顿效应引起的散射和吸收；

④对电子吸收；

⑤光核反应吸收。

汤姆逊吸收是 X 线波长与原子大小近似时产生的现象，原子直径为 10^－8 cm，显然这一现象是医用 X 线领域以外的事。产生对电子吸收的 X 线能是在 1.02MeV 以上，产生光核反应的 X 线能在 17.5MeV 左右。

因此，汤姆逊散射，对电子吸收和光核反应，是诊断 X 线不会发生的事。

物质对 X 线的吸收与该物质的光学性质无关

比如铅玻璃对可见光是透明的，对 X 线却能完全吸收，并不透明；一块薄铝片对可见光不透明，但对 X 线是透明的。

作用的原子性

由于 X 线光子能量远大于组成分子的各个原子间的结合能，所以 X 线光子能深入到分子内部与各个原子发生作用。物质对 X 线的吸收是在原子内部的这种相互作用过程中形成的。分子的吸收本领可由组成分子的各个原子的吸收本领相加而成。

每次作用结果光子损失大部或全部能量

每次作用结果光子损失大部或全部能量。这一点与高速电子和物质的相互作用不同。比如，具有能量为 1MeV 的高速电子至完全被阻止，这期间要经过和原子的相互作用达一万次左右，每次作用仅损失很小部分能量，而一个 X 线光子，其能量被完全吸收大约作用 30 次左右就可以了。

作用过程的复杂性

X 线进入生物组织后，从 X 线光子能量传递给次级电子到最终引起生物损伤，是一个复杂的作用过程。X 线光子进入生物组织后，与体内原子核外的某一电子相互作用，形成高速电子和散射光子。高速电子沿途与原子作用，使其电离或激发，引起化学变化和生物损伤。在吸收的能量中 97％转变为热能，只有 3％的能量以化学变化的形式积存起来；有些高速电子可能和原子作用后产生韧致辐射，这些射线与散射线又象原射线一样继续和其它核外电子相作用，重复上述过程。

一部分 X 射线与物质作用（主要是光电效应和康普顿散射），而从入射束中移去（被吸收），强度被衰减。

提高 X 射线影像质量

一个 X 线影像基本上可以说是由光电吸收和透过射线的差所造成。

吸收与原子序数的关系

除了管电压很低的情况下，大多数情况 X 线都产生康普顿效应（即散射线），要得到高质量的影像，必须选择合适的管电压以产生最大的吸收差。光电效应中原子序数高的物质吸收 X 线多，原子序数低的物质吸收 X 线少，康普顿散射与吸收物质的原子序数无关。

吸收与密度的关系

空气与软组织的有效原子序数比较接近（软组织为 7.4，空气为 7.6），但一张胸片仅可显示肺，这主要是密度的差别而出现的吸收差别。软组织的密度比空气的密度大 773 倍，X 线与组织之间的相互作用几率与组织的密度成正比，密度增加一倍，相互作用的电子数就增加一倍，与 X 线产生相互作用的机会也增加一倍，因而可以把软组织很清楚地显示出来。

利用对比介质检查

对比介质如钡和碘化合物的原子序数和密度都比软组织高，利用它可摄取内部器官的高对比的清晰图像。X 线在这些对比介质中的光电作用的概率大约比软组织大 400 倍，如果将碘化物注入颈内动脉，用 90kV 以上的管电压进行照射，不但能看到器官的外形，还能穿透对比介质更清楚地看到器官的腔。