2.6 X射线的物理特征

X射线作为一种电磁波，除了具有波动性、微粒性等电磁波共同拥有的属性外，还由于其波长短、光子能量大而具有其他电磁波不具备的多种特殊物理化学性质。医学上根据波长将X射线大致分为极软、软、硬、极硬几个等级，具体分法参见表2.12。X射线具有的物理化学性质与其能量（波长）密切相关。

表2.12 按波长对X射线进行的大致分类

1.物理效应

（1）贯穿本领X射线的作为电磁波的主要特征是波长短、光子能量大，穿透介质的能力强。X射线对介质的穿透能力不但与射线的波长有关，还与物质的性质、结构有关。一般原子序数高、物理密度大的介质，吸收、散射光子多，不易被X射线穿透。原子序数小、物理密度低的介质，容易被X射线穿越。出射射线的强度变化，反映了组织内部的性质差异，正是X射线成像的基础。

人体组织中密度最大的是骨骼，它含有大量的钙质，钙的原子序数（Z=20）相对较高，所以吸收射线较多。各种软组织（包括某些结缔组织、肌肉、软骨等）以及各种体液（包括血液、尿液等），都是由氢、氧、碳、氮等低原子序数的原子所组成的，它们的密度与水相近，吸收射线较少，脂肪组织的原子与肌肉组织相似，但排列稀疏，密度比肌组织小，吸收X射线更少。体内的肺部、胃肠道、副鼻窦等部位含有气体。气体虽然也是由氢、氧、氮等组成，但其分子排列更稀疏，密度更小，因而吸收射线最少。表2.13归纳了X射线对不同人体组织的穿透特征。

表2.13 X射线对人体组织的穿透性

X射线对介质的穿透和介质对X射线的吸收是一个过程的两种说法。吸收作用越强，穿透作用就越弱。穿透是对X射线而言的，主要反映射线的性质；吸收是对介质而言的，主要反映介质的性质。

（2）荧光作用X射线照射某些物质时，由于电离或激发使原子处于激发状态，当原子从激发态回到基态的过程中，由于电子的能级跃迁而辐射出特定频率的可见荧光。能受激产生荧光的物质称为荧光物质。如钨酸钙、铂氧化钡、硫化锌镉、碘化铯及稀土元素内的某些物质。荧光的强弱取决于X射线的强弱，荧光的频率则却取决于荧光物质电子跃迁的能级差。X射线透视用的荧光屏、X射线摄影时用的增感屏以及影像增强器中的输入屏和输出屏，都是利用物质的荧光特性制作的。另外，在测量辐射量时广泛使用的闪烁晶体以及荧光玻璃等也都是物质荧光特性的常见应用例子。

（3）电离作用 物质受X射线照射时，核外电子得到的能量大于其结合能时会脱离原来运动轨道，如果电子得到的动能较小，可能会进入高能级轨道，这种情况称为原子的激发；如果电子得到的动能较大则会离开原子，这种情况称为原子的电离。电离的结果是一个原子变成了一正一负两个带电粒子。在光电效应和康普顿散射过程中，出现光电子和反冲电子脱离原子的过程叫一次电离，这些光电子或反冲电子在行进中又和其他原子碰撞，将自身能量传递给被撞原子核外的电子，使被撞原子的电子离开原子称二次电离。在固体和液体中，电离后的正、负离子将很快复合，不易收集。但气体中的电离电荷却很容易收集起来，通过X射线电离空气得到电荷的多少来测定射线的剂量。多种辐射量测量的仪器如电离室、正比计数器、盖革弥勒计数器，都是利用这个原理制成的。

2.化学效应

（1）感光作用X射线与可见光一样，当它照射到胶片的溴化银上时，使溴化银药膜起化学变化，出现银粒还原沉淀，导致胶片感光。银粒还原沉淀的多少，由射线的照射量而定。经化学显影，变成黑色的金属银，形成胶片影像，未感光的溴化银被定影液溶去。X射线摄影用的胶片及其感光过程将在第3章详细介绍。

（2）着色作用 某些物质如铂氧化钡、铅玻璃、水晶等，经X射线长期照射后，其结晶体脱水而改变颜色，这个现象称为射线的着色作用。

3.生物效应

X射线对生物组织细胞特别是增殖性强的细胞，经一定量照射后发生电离作用，可以使细胞抑制、损伤甚至坏死，这种作用是X射线生物效应的主要表现之一，是高能射线用于临床治疗的生物物理基础。目前常见的放射治疗包括X刀、γ刀等。X射线其他的生物效应还包括脱发、白血球减少、组织发红、发炎等。

X射线的生物效应也是射线相关工作者需要注意放射防护的原因。