「深度探析：宽束、多色射线的衰减规律与连续X射线」

1.宽束

宽束是指穿过一厚度物体后，如到达检测器的射线除一次透射射线外还包括散射线，则称为宽束射线。

2.多色、连续谱

多色是指具有线状谱，出现在特定的波长上，在束流中光子往往不具有相同的能量，如放射性同位素发出的γ射线。

连续谱是指含有不同能量光子，从一个波长到另一波长的一段范围内的射线谱是连续的，如X射线也称白色射线。

3.散射比

应用宽束射线时，一次透射射线I_p和散射射线I_s，同时到达探测器的射线总强度I，则有

；

式中 n=I_s/I_p称之散射比，n的大小与射线能量、穿透物质厚度、穿透物质种类等多种因素有关。n值的概念如下：

1）n为散射线与透射射线两者强度之比；

2）随光子能量hν在变化，、?；

3）随物质种类和厚度变化，、n。

4.平均衰减系数

对于多色射线或连续X射线，射线束是由不同能量的光子组成。由于光子能量不同，减弱系数也不同，与物质相互作用强度减弱程度也不同。

如一束多色射线束初始强度为I₁，其中不同能量的光子束流强度为I₀₁+I₀₂+……；衰减系数分别为μ₁、μ₂……；一次透过射线总强度为I，不同能量的分强度为I₁、I₂；这样按前式计算分别为：I₁=、I₂=T、……；所以，在计算多色射线强度公式中，把变量的μ值取平均值μ，可根据实验数据计算得出，总的强度衰减结果：

5.线质硬化现象

多色射线穿过物质过程中，低能量射线分量强度衰减的多，较高能量射线分量强度衰减相对较少，这样透射射线平均能量，将高于初始射线的平均能量，此过程称多色射线穿透物质过程的线质硬化现象。其结果是随着穿透厚度d的增加，线质逐渐变硬hν，平均衰减系数μ的数值逐渐减小，平均半价层Th值将逐渐增大。。

6.宽束多色射线强度衰减规律

对于宽束、多色射线的透射射线强度应为一次射线和散射线强度之和，即I=I_p+I_s。

当考虑单色宽束射线情况时，T；关于散射线常引入散射比，记为n，n=I_s/I_p这样有，I_s=nI_p，因为I_p=I₀e^-μT，所以I_s=nI₀e^-μT；

又因I=I_p+I_s，所以I=I_p+I_s=+，最后得

如引入积累因子，常用符号B标记，即B=1+I_s/I_p=（1+n），又可写成：

式中 I——透射射线强度，为一次透射射线I_p和散射射线I_s强度之和；(www.xing528.com)

n——散射比；

μ——衰减系数；

T——穿透物质厚度；

B——积累因子；

I₀——始射线强度。

7.连续谱X射线的衰减系数μ

上式中的μ值若是对应于射线等效波长的衰减系数，那么就可以近似应用于宽束连续谱射线强度的衰减公式中。

对同一连续谱X射线，穿过厚度不同，对应等效波长不同，随着穿透物体厚度增加，由于线质的硬化现象，使等效能量提高，等效波长减小，线减弱系数的曲线切线斜率不断变化，当厚度达到一定值后，μ变化很小近似为一定值。此时连续波谱近似成为单色射线。

8.连续X射线吸收（衰减）系数求出

1）以吸收物质厚度为横坐标，射线剂量率或相对强度为纵坐标，绘出射线强度衰减曲线，又称吸收曲线（见图1-12）；

图1-12 吸收曲线

B₁—250kVp B₂—220kVp B₃—180kVp B₄—140kVp

2）在半对数坐标中吸收曲线方程ln（I/I₀）=-μ。对窄束单色射线衰减系数μ为常数，吸收曲线为直线（图中曲线A），直线的斜率为μ。

3）对多色射线，线衰减系数μ是一个变量，为穿透厚度的函数，μ值随T值增大而减小，所以吸收曲线为一条向下凹的曲线，曲线上任意一点切线斜率，即为该点对应的透照厚度上射线的μ值。

4）若求某一穿透厚度范围内的射线平均衰减系数，可以用直线连接对应于厚度T₁和T₂的吸收曲线的两点，该直线的斜率就是平均衰减吸数。

按吸收曲线方程ln（I/I₀）=-μ导出：，设I=I₂对应厚度为T₂；I₀=I对应厚度为T₂，则；

9.对宽束多色射线的μ

对宽束多色射线，其吸收曲线方程为lnI/I₀=-μTln（1+n），因μ和n均是T的函数，曲线的形状更复杂一些，凹凸难以确定。

10.强度减弱公式对比（μ值为常数，值为平均值）

1）窄束单色：I=I₀e^-μT （1-21）

2）窄束连续：I=I₀e^-μT （1-22）

3）宽束单色：I=（1+n）I₀e^-μT （1-23）

4）宽束连续：I=（1+n）I₀e^-μT （1-24）