X射线物理学知识

X射线物理学知识

X射线是工业CT系统中的核心技术，其物理特性对成像质量有着重要影响。本文将从X射线的基本性质出发，介绍其在工业CT中的应用原理，帮助读者更好地理解这一重要技术。

X射线物理学知识，课程来自纳奥米科技，后面简称小纳

放射成像是通过将测试产品（医疗CT中是指病人），暴露在X射线束下产生的X射线束实际上是由数百万条单独的X射线组成的 那么什么是X射线呢

X射线只是一小束能量，我们称之为光子，这就是为什么有时我们称它为X射线光，X射线光子有很多能量，但它们没有质量，它们不带电荷，以光速运动，它们的速度永远不变

X射线实际上在某些方面与可见光相似，因为可见光和X射线都是电磁波的一部分，电磁波谱是光子能量的整体范围，这包括一些熟悉的无线电波，微波，可见光，X射线和伽马射线，都是电磁波谱的一部分，也都是光子，唯一的区别是这些光子的能量，这是由波长和频率控制的

波长和频率并不是复杂的概念，小纳中学时曾学习过，波长就是从一个波峰到下一个波峰的长度值

当我们谈论x射线光子时，波长通常以纳米为单位测量，当峰值靠近时，波长减小，X射线光子具有更多的能量，但是当波长减小时，频率也会增加，也就是单位时间内波循环次数更多，在这个动画演示中，频率大约是每秒两个半周期，波长和频率都影响光子的能量

你可以这样想，这两个光子都以相同的速度运动，对于所有光子，这是光速，唯一的区别是波长和频率，上面的光子具有很长的波长，因此它具有很低的频率和很低的能量，下面的光子具有很短的波长，也就是拥有更高的频率，因此高能量，

这几者之间的关系要记住，如果波长减小，换句话说，如果X光的波峰相互靠近，频率就会增加，这意味着每秒有更多的波周期，光子的能量增加了，注意速度并没有变化，只是波长和频率的变化，这就是影响能量的因素

当然反之亦然如果我们增加光子的波长波峰之间的距离就会更远频率就会降低此时X射线光子的能量就会降低

这就是X射线束，它不是由一种能量构成的，我们说X射线束是多能量的，也就是说是由很多不同能量的X射线光子组成，X射线束中有数百万个光子，所有这些光子的能量范围很广有高有低

这是一个典型的X射线光束能谱图

X轴表示光束中不同的光子能量，从非常低到非常高Y轴表示每个能级上的光子数，这个图告诉我们什么，曲线的最高部分表示光束的平均能量曲线最右边的点代表最高能量的光子，真正高能的光子并不多，这就是右边曲线高度降低的原因，那么这些光子是从哪里来的呢，这个巨大的钟形来主要自于一种X射线，我们称之为韧致辐射，右边的单峰来自特征辐射，这些X射线生产过程，小纳将在后面的两节课程中专门给大家讲解，当我们描述X射线束的数量和能量时

使用一些特定的术语是很好的，在X射线物理学中，量一词是指光束中X射线的总数，我们有时称之为光束强度，质量是指X射线光束的平均能量，有时我们称它为能量，数量和质量这两个术语在其他课程中也有更详细的介绍

最后，关于x射线还有一件事我们应该知道，当x射线在x射线管中产生时，它们是各向同性产生的，各向同性的意思是X射线在各个方向上均匀发散，事实上，这正是为什么X射线管需要一个含有铅的保护外壳，铅外壳吸收了所有额外的X射线光子，这些也是实际用不到的

X射线是直线传播的，所以它们会一直传播下去，直到我们在传播路径上放些东西来阻止它们，如果他们不与某些东西反应，他们就会继续前进，所以我们使用防护铅房来保护人免受不必要的辐射

以下是我们讨论X射线束的一些术语，光子：是X射线的基本单位，X射线束：由X射线光子构成 电磁波谱：是指光子能量的全部范围；电磁波谱包括X射线，但也包括能量较低的光子，如可见光，以及能量较高的光子，例如伽马射线

波长：指的是光子波中从一个峰到下一个峰的距离，随着波长的减小，光子能量增加，与此相关的是频率，频率是每秒的波周期数，随着频率的增加，光子能量也随之增加

另一个术语是数量，记住，这个数量指的是X射线光子的数量，质量，这个术语指的是光子的能量，最后，我们讨论了各向同性，各向同性指的是在所有方向上均匀发散的状态

小纳这里有一个练习题来确保你理解了这些概念高能X射线具有哪些特征 花点时间思考一下这个问题 然后决定你认为的答案是什么.

正确答案是B高频，当频率增加时，这意味着每秒有更多的波和更短的波长，这对应于更高能量的光子A是不正确的，因为波长长导致能量低，C是不正确的，因为强度指的是光子的数量，而不是能量，最后也D是不正确的，因为光子的速度总是一样的，为标准光速