第四节　X线的质与量

X线的光谱范围在10-12～10-7cm之间，用于医学诊断的X线光谱为10-9～10-7cm，它是X线管在管电压为25～150kV条件下产生的。

一、X线波长与管电压

X线管灯丝发生的电子，在管电压的作用下加速。管电压增高，被加速的电子速度越大。当管电压为90kV时，被加速的电子与靶面撞击时速度为1.58×10-19cm/s，比光速的一半稍大一点，这个电子能量为：

这个能量若全部转换为X线能，根据普朗克公式E=hv=hc/λ，可知电子与靶面碰撞后产生的X线波长为：

另外，由Duane-Hunt公式，用管电压可直接求出X线的最短波长。管电压为90kV时，可根据下式计算出产生的最短波长。

可见，用上面两种方法计算出的波长是相等的。用公式算出的X线波长，以被加速的电子与靶面正面撞击而突然停止为条件，而电子与靶面这种撞击的概率很小。大部分高速电子进入靶面原子层深入时，都经几次反复非正面撞击。每次撞击，电子都失去一部分能量，失去的能量以X线能形成释放出来。因此，高速电子与靶面撞击，并非用公式计算出的一种波长，实际X线管产生出的X线是具有各种波长的连续X线。

X线管除发出连续X线外，还释放出标识X线，标识X线表示了靶面物质原子结构的重要特性。医用X线管的靶面多用钨制作的，它产生的L、M、N层的标识X线因能量低，几乎都被X线管壁所吸收。当管电压升高到69.5kV时，就产生了波长为0.178的K层标识X线。从图2-1的连续X线谱强度分布可知，波长最短的X线极少，线量最强的波长位于波长稍长处，全部X线的平均波长就更长了。所谓平均波长，是指波长曲线与横坐标所围成面积的重心的垂线与横坐标相交的点所代表的波长。最短波（λo），最强波长（λmas）和平均波长（λmean）之间关系式如下：

曝光时，以最强波长为中心的两侧波长段起重要作用。

二、X线的质

X线贯穿物质的本领叫做X线的质（或硬度）。在诊断上，通常以X线管的峰值管电压表示X线的质。因为峰值管电压决定了到达靶面的电子的最大动能，在轫致放射中（在X线束中基本上取决于连续X线），它决定了X线束的最短波λmin和中心波长λm，在一定程度上也反映了X线束中的平均波长。

X线的质只决定于每个光子能量的大小，而与光子的数目无关。对于一定物质，光子能量越大，愈不被物质吸收，即其贯穿本领大，X线愈硬。X线的质用波长或频率来表示，X线波长越短（X线的频率越高），X线光子所具有的能量就越大，X线穿透力就越强。反之，X线波长变长，穿透力变弱。X线的质另一种表示方法是用半价层。所谓半价层就是指使入射X线减少1/2的某种均匀物质的厚度。对同样质的X线来说不同物质的半价层是不一样的。但对同一物质来说，半价层值大的X线质硬，半价层值小的X线质软。

医用诊断X线的管电压在25～150kV之间。150kV管电压产生的X线质的波长为：

其波长范围，从理论上讲可相当大，但实际上其长波已被X线管壁、绝缘油层、放射窗口、附加滤过板等吸收，最后射出X线管壁的X线波长大约是0.6Å。在40kV管电压下产生的X线波长为：

由上述可知：应用于X线的线质在0.08～0.6Å之间。若用半价层来表示，在1.5～4mm厚度铝板之间。

最短波长λo的X线量少，在诊断X线中起主要作用的是以最强波长λmax为中心的X线波段。由于λmax=1.5 λ是在固定电压条件下产生的，由正弦波形电压所产生的X线波长比1.5 λ偏长。若高压发生装置是呈指数规律变化关系的电容器装置，那么λmax=2 λ。若管电压的照射效果与电压4次方呈正比，则相当于波峰值一半的管电压产生的X线照射效果将减少到（1/2）4=1/16≈6%。用低于这个峰值1/2的管电压产生的X线不仅无效，还增加靶面温度，且非常有害。为此，在电容器装置中切断这个无效的波段，即使是在正弦波中也要考虑切断。这样，用于照射的X线质就等于管电压峰值的1/2，其波长为：λ=12.42/（1/2）千伏值。由上述可知，应用的X线波长是在λ0～2 λ p之间。

X线管发生的X线质受许多因素制约：①管电压波峰值；②整流过的电压波形，电流波形；③管壁的玻璃、绝缘油层、管套窗口；④附加滤过板。通过上述装置射出的X线最短波长没有改变，但长波侧却明显被吸收，最强波长稍向短波侧靠近。

三、X线的量

单位时间内通过与射线方向垂直的单位面积的辐射能量，叫做X线的量。其意义是在1s内，把通过垂直于射线方向上1cm2面积上具有hv1能量的N1个光子的能量，具有hv2能量的N2个光子的能量，具有hv3能量的N3个光子的能量等等全部相加。单位是erg/（cm2· S）通常以X线管的管电流与照射时间乘积，即毫安秒表示X线的量。

X线管的管电流代表了单位时间射向阳极面的电子流，电子数目愈多，和靶物质发生各种作用的数量也增大。因此，辐射在各个波长上的光子数目也增多，X线的强度增大。所以，管电流与X线的强度相对应，而管电流与时间的乘积则与X线在该时间内辐射的总能量（放射量）相对应。

X线管发出的X线量与下列因素有关：①与靶面物质的原子序数（Z）呈正比；②与管电压的n次方即Vn呈正比；③与给予X线管的电能呈正比。从X线管焦点到距离为r的照射体上X线量H为：

K为比例常数，X线管靶面钨的原子序数Z=74是个定值，可计在常数K内。X线的关系式为：

在实际工作中，KV值选定的依据是被照物体的X线衰减程度，过低时绝大多数X线光子都不能贯穿被照体，过高时绝大多数X线光子都穿过被照体，都得不到好的图像。毫安与时间的乘积是一个定值，毫安与时间可进行多种组合。