LUẬN văn sư PHẠM vật lý TIA x và ỨNG DỤNG TRONG kỹ THUẬT CHỤP CT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
BỘ MÔN VẬT LÝ
.......Ï&Ð.......

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

TIA X
VÀ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT CHỤP CT

Giáo viên hướng dẫn:
Thầy HỒ HỮU HẬU
Giáo viên phản biện:
Thầy VƯƠNG TẤN SĨ
Thầy PHẠM VĂN TUẤN

Sinh viên thực hiện:
NGUYỄN THỊ DIỄM PHÚC
MSSV: 1050307
Lớp: SP LÝ – TIN K31

Cần Thơ 2009


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian nghiên cứu đề tài “Tia X và ứng
dụng trong kỹ thuật chụp CT”, tôi đã gặp rất nhiều khó khăn.
Tuy nhiên, với sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn
và thầy cô bộ môn Vật Lý đã giúp tôi hoàn thành tốt đề tài của
mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Hồ Hữu Hậu đã nhiệt

tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận
lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn này.
Xin gởi đến thầy Vương Tấn Sĩ và thầy Phạm Văn Tuấn
lời biết ơn sâu sắc vì đã đọc tài liệu và góp ý vào luận văn này
để tôi khắc phục những sai sót.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô và các
bạn lớp sư phạm Vật Lý – Tin Học K31 đã đóng góp ý kiến cho
tôi hoàn thành tốt đề tài của mình.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Diễm Phúc

i


TÓM TẮT
›&š
“Vật lý của hôm nay là kỹ thuật của ngày mai”. Khi các nhà vật lý cho ra đời
những định luật, công bố phát hiện mới thì dần dần nó có thể được ứng dụng vào cuộc
sống. Vào năm 1895, trong một dịp tình cờ Roentgen đã phát hiện ra tia X. Sau đó tia X
được ứng dụng vào lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, … đặc biệt là lĩnh vực y khoa.
Khoa học càng phát triển thì nhu cầu chăm sóc sức khỏe con người rất được quan tâm.
Việc chẩn đoán chính xác bệnh là rất cần thiết đối với người bác sĩ. Một trong những
phương pháp giúp bác sĩ chẩn đoán chính xác đó là phương pháp chụp CT dựa trên nền
tảng của việc sử dụng tia X.
Tia X là một bức xạ điện từ có bước sóng ngắn. Nó có khả năng đâm xuyên sâu,
có thể xuyên qua gỗ, giấy, phần mềm cơ thể, … Chùm tia X được phát ra theo hai cơ chế:
cơ chế phát bức xạ hãm và cơ chế phát bức xạ đặc trưng. Phổ phát bức xạ hãm là phổ liên
tục còn phổ phát bức xạ đặc trưng là phổ vạch. Tia X được chia thành hai loại là tia X

cứng và tia X mềm. Để phát ra tia X người ta dùng bóng phát tia X. Đó là bóng Cooligde
là một bóng thủy tinh có độ chân không cao. Hai đầu bóng có hai điện cực là anode và
cathode. Khi cathode được nung nóng sẽ tạo ra các electron. Dưới hiệu điện thế giữa
anode và cathode, các electron chuyển động về phía anode. Khi đến anode, electron có
động năng lớn đập vào anode và phát ra tia X. Để ghi nhận tia X người ta dùng thiết bị đo
bức xạ đó là các detector bức xạ.
Ngoài tính chất sóng được thể hiện qua hiện tượng nhiễu xạ, tia X còn có tính chất
hạt được thể hiện qua sự tương tác tia X với vật chất. Nếu chùm tia X đi vào vật chất thì
sẽ bị hấp thụ một phần. Cường độ chùm tia X sẽ suy giảm theo quy luật I = I o e - mx . Sự
hấp thụ này còn phụ thuộc vào bản chất của vật chất và năng lượng của tia X.
Dựa vào tính chất đâm xuyên của tia X và sự hấp thụ tia X khác nhau mà nó được
ứng dụng vào phương pháp chẩn đoán hình ảnh, một trong những phương pháp đó là
phương pháp chụp CT. Tia X được tạo ra từ nguồn phát tia X, sau khi tia X đi ngang qua
cơ thể, do các tế bào khác nhau hấp thụ tia X cũng khác nhau nên sự suy giảm cường độ
sau khi đi qua cơ thể cũng khác nhau. Các bộ phận detector (bộ cảm biến điện tử) sẽ ghi
nhận và truyền thông tin đến hệ thống thu nhận dữ kiện. Hệ thống này sẽ xử lý và xuất ra
màn hình. Nhờ vào những hình ảnh thu được có thể giúp bác sĩ chẩn đoán chính xác một
số bệnh.

ii


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... i
TÓM TẮT ........................................................................................................................... ii
MỤC LỤC .......................................................................................................................... iii
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................................ 1
2. Câu hỏi nghiên cứu ..................................................................................................... 2

3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................. 2
4. Các bước thực hiện ..................................................................................................... 2
PHẦN NỘI DUNG ................................................................................................................ 3
Chương 1

TÌM HIỂU VỀ TIA ROENTGEN (TIA X) .................................................... 3

1.1. Phát hiện tia X ......................................................................................................... 3
1.2. Bản chất tia X .......................................................................................................... 4
1.3. Cơ chế phát xạ và phổ tia X ...................................................................................... 5
1.3.1. Phổ liên tục ........................................................................................................... 5
1.4.2. Phổ vạch ............................................................................................................... 7
1.5. Công suất phát xạ của bóng phát tia X ..................................................................... 11
Chương 2

NGUỒN PHÁT TIA X VÀ SỰ GHI NHẬN TIA X .................................... 13

2.1. Nguồn phát tia X.................................................................................................... 13
2.1.1. Cấu tạo ............................................................................................................... 13
2.1.2. Nguyên lý hoạt động ........................................................................................... 14
2.1.3. Phân loại bóng phát tia X ..................................................................................... 15
2.1.3.1. Bóng phát tia có hai tiêu điểm ........................................................................... 15
2.1.3.2. Bóng phát tia X có anode quay .......................................................................... 17
2.2. Liều lượng bức xạ .................................................................................................. 17
2.2.1.Liều hấp thụ ......................................................................................................... 17
2.2.2. Liều tương đương................................................................................................ 18
2.2.3. Liều hiệu dụng .................................................................................................... 19
2.2.4. Liều chiếu ........................................................................................................... 20
2.2.5. Liên hệ giữa liều chiếu với liều tương đương ........................................................ 21
2.3. Ghi nhận tia X ....................................................................................................... 21

2.3.1. Detector chứa khí ................................................................................................ 21
2.3.1.1. Nguyên tắc cơ bản của detector chứa khí ........................................................... 21
2.3.1.2. Buồng ion hóa .................................................................................................. 23
iii


2.3.1.3. Ống đếm tỷ lệ................................................................................................... 24
2.3.1.4. Ống đếm Geiger-Muller .................................................................................... 25
2.3.2. Detector chất rắn ................................................................................................. 26
2.3.2.1. Nguyên lý hoạt động ........................................................................................ 26
2.3.2.2. Detector nhấp nháy ........................................................................................... 27
2.3.2.3. Detector nhiệt huỳnh quang .............................................................................. 28
2.3.3. Detector bán dẫn ................................................................................................. 28
2.3.4. Hiệu ứng quang ảnh ............................................................................................ 29
Chương 3

MẠNG VÀ CẤU TRÚC TINH THỂ ......................................................... 30

3.1. Mạng tinh thể ........................................................................................................ 30
3.2. Sự đối xứng mạng tinh thể ...................................................................................... 31
3.3. Hệ tinh thể và hệ mạng Bravais............................................................................... 32
3.4. Cấu trúc tinh thể điển hình...................................................................................... 33
3.5. Biểu thị các nút, chiều và mặt tinh thể - chỉ số Miller ............................................... 34
3.5.1. Chỉ số các nút ..................................................................................................... 34
3.5.2. Chỉ số phương của tinh thể .................................................................................. 35
3.5.3. Chỉ số của các mặt trong tinh thể.......................................................................... 36
3.6. Mạng đảo .............................................................................................................. 37
3.7. Nhiễu xạ tia X........................................................................................................ 40
3.7.1. Hiện tượng nhiễu xạ ............................................................................................ 40
3.7.2. Định luật Bragg................................................................................................... 41

3.8. Các phương pháp xác định cấu trúc tinh thể............................................................. 44
3.8.1. Phương pháp Laue .............................................................................................. 44
3.8.2. Phương pháp tinh thể quay .................................................................................. 44
3.8.3. Phương pháp bột ................................................................................................. 45
Chương 4

TƯƠNG TÁC CỦA TIA X VỚI VẬT CHẤT ............................................ 46

4.1 Hiệu ứng quang điện ............................................................................................... 46
4.2 Hiệu ứng Compton.................................................................................................. 49
4.3 Hiệu ứng tạo cặp ..................................................................................................... 52
4.4 Sự hấp thụ tia X ...................................................................................................... 53
Chương 5

ỨNG DỤNG TIA X TRONG KỸ THUẬT CHỤP CT ................................ 55

5.1. Chẩn đoán X quang ................................................................................................ 55
5.1.1. Kỹ thuật chiếu X quang ....................................................................................... 55
5.1.2. Chụp X quang ..................................................................................................... 55
5.1.2.1. Kỹ thuật ........................................................................................................... 55
5.1.2.2. Phương pháp loại trừ tia thứ .............................................................................. 56
iv


5.2. Chẩn đoán bằng kỹ thuật chụp CT .......................................................................... 56
5.2.1. Lịch sử ............................................................................................................... 56
5.2.2. Nguyên lý cơ bản ................................................................................................ 57
5.2.2.1. Cấu tạo ............................................................................................................ 57
5.2.2.2. Nguyên lý hoạt động ........................................................................................ 59
5.2.3. Nguyên lý tái tạo lại hình theo ma trận. Đơn vị Hounsfield .................................... 61

5.2.4. Đặc điểm hình ảnh .............................................................................................. 62
5.2.5. Nhiễu ảnh ........................................................................................................... 64
5.2.6. Các thế hệ máy chụp CT ...................................................................................... 64
5.2.7. Lượng nhiễm xạ đối với chụp CT ......................................................................... 66
5.2.8. Ứng dụng của chụp CT ........................................................................................ 66
5.3. Tác dụng sinh lý của tia X ...................................................................................... 68
5.4. Phương pháp bảo vệ để tránh tác hại của tia X ......................................................... 70
5.4.1. Đối với nơi đặt máy............................................................................................. 70
5.4.2. Khi chụp và chiếu ............................................................................................... 70
PHẦN KẾT LUẬN .............................................................................................................. 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 73

v


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Khi nói về vai trò của vật lý trong khoa học kỹ thật, người Nga có một nhận định:
“Vật lý học của ngày hôm nay chính là kỹ thuật của ngày mai”. Đúng vậy, việc khám phá
ra hiện tượng cảm ứng điện từ của Faraday vào năm 1831 dựa trên nền tảng lý thuyết
điện từ của Maxwell, tạo nên một ứng dụng quan trọng trong việc chế tạo các loại máy
điện; định luật phát xạ của Albert Einstein tìm ra năm 1917 đã dẫn đến sự ra đời của máy
phát lượng tử (Laser) năm 1965; …
Sau phát minh của Faraday, các nhà vật lý đổ xô tìm hiểu về phát minh mới này.
Vào những năm 1890, đề tài về tia điện là đề tài hấp dẫn của nhiều nhà khoa học, trong
đó có Roentgen. Đến năm 1895, tại phòng thí nghiệm trường đại học Wurzburg, khi thực

hiện về tia âm cực trên ống chân không Crookes, Roentgen đã tình cờ phát hiện ra tia X.
Ngay sau công bố của ông, tia X đã được ứng dụng trong lĩnh vực chẩn đoán y khoa. Sau
đó, tia X còn được ứng dụng rộng rãi như dùng phương pháp nhiễu xạ tia X để nghiên
cứu cấu trúc vật chất. Ngoài ra tia X còn được ứng dụng trong lĩnh vực nghiên cứu sinh
học, …
Ngày nay, sự xâm nhập của công nghệ thông tin vào y học đã mang lại những
bước tiến mới. Điển hình là sự ra đời của nhiều phương pháp chẩn đoán hình ảnh. Các
phương pháp này ngày càng phát triển và giữ vai trò quan trọng trong việc giúp bác sĩ
chẩn đoán bệnh tốt hơn. Một trong những phương pháp như vậy là phương pháp chụp cắt
lớp vi tính CT. Ngày nay, chụp CT đã trở nên nổi tiếng nhưng cách đây hơn 30 năm, việc
nghiên cứu thành công máy chụp cắt lớp phân tầng đã mở ra một cuộc cách mạng trong
lĩnh vực chẩn đoán y khoa, đóng góp rất nhiều cho việc phát hiện sớm để điều trị nhiều
căn bệnh nan y. Máy chụp CT được phát minh dựa trên nền tảng việc sử dụng tia X. Vậy
tia X được tạo ra bằng cách nào? Nó có bản chất và tính chất gì và nó được ứng dụng
trong kỹ thuật chụp CT ra sao?
Là một sinh viên Vật Lý Trường Đại Học Cần Thơ, tôi đã được tìm hiểu về tia X ở
góc độ lý thuyết. Tuy nhiên, những kiến thức về y học của tôi còn hạn chế, chưa sâu
rộng. Do đó, việc tìm hiểu về tia X và tầm quan trọng của tia X trong lĩnh vực chẩn đoán
hình ảnh là rất cần thiết. Với những lý do đó đã tạo cho tôi một động lực để tôi quyết
định chọn đề tài “Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT”. Tôi tin rằng những kiến
thức mà tôi tìm hiểu và nghiên cứu sẽ rất có ích cho tôi trong quá trình học tập cũng như
công tác giảng dạy sau này.

GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 1

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc

Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

2. Câu hỏi nghiên cứu
Với những lý do đã trình bày, luận văn này được xây dựng để trả lời những câu
hỏi sau:
Tia X là gì? Tia X được phát hiện ra như thế nào?
Tia X có những bản chất và tính chất gì?
Tia X được ứng dụng như thế nào trong kỹ thuật chẩn đoán bệnh bằng phương
pháp chụp CT?
3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tia X dựa trên cơ sở phân tích những tài liệu, những
thông tin có liên quan.
Từ sự phân tích cơ sở lý thuyết đó, tiến hành nghiên cứu ứng dụng tia X trong kỹ
thuật chụp CT.
Cuối cùng rút ra kết luận, nêu những ưu điểm và hạn chế của đề tài.
4. Các bước thực hiện
Bước 1: Nhận đề tài và tìm hiểu đề tài.
Bước 2: Lập đề cương cho đề tài.
Bước 3: Sưu tầm và tìm các tài liệu có liên quan.
Bước 4: Viết báo cáo và sửa chữa theo sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn.
Bước 5: Báo cáo.

GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 2

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc

Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

PHẦN NỘI DUNG
Chương 1
TÌM HIỂU VỀ TIA ROENTGEN (TIA X)
1.1. Phát hiện tia X
Wilhelm Conrad Roentgen sinh ngày 27 tháng 3 năm 1845, ở tỉnh Rhein nước
Đức. Ông thi vào trường kỹ thuật tổng hợp Zurich và nhận được văn bằng tốt nghiệp kỹ
sư cơ khí, sau đó đạt học vị tiến sĩ triết học. Tuy nhiên, ông rất say mê vật lý. Ông đã
tham gia nghiên cứu và giảng dạy ở nhiều trường đại học như Strassburg, Giessen,
Wurburg và Munchen.
Năm 1895, Roentgen là hiệu trưởng của trường đại học tổng hợp Wurburg và là
giáo sư vật lý giảng dạy tại đây, kiêm giám đốc một phòng thí nghiệm rất hoàn hảo do
chính ông xây dựng. Ngày 8 tháng 11 năm 1895, vẫn như mọi ngày Roentgen cũng về
nhà trễ hơn mọi người, vô tình ông ra về mà quên ngắt cầu dao cao thế dẫn vào ống
cathode nên ông đã quay trở lại phòng thí nghiệm. Theo thói quen ông không cần bật
đèn, đi thẳng tới bàn thí nghiệm, ông đã rất ngạc nhiên khi thấy một vệt sáng màu xanh
lục trên bàn. Ông nhanh chóng xác định ra được vệt sáng đó nằm trên màn phủ chất
huỳnh quang Bari platinat đặt trước ống cathode. Khi ngắt cầu dao cao thế thì ánh sáng
đó biến mất. Ông lập lại vài lần kết quả vẫn như thế.
Ông làm đi làm lại các thí nghiệm với ống cathode và màn huỳnh quang. Ông thử
dùng giấy đen bịt kín ống cathode nhưng kết quả vẫn làm màn huỳnh quang phát sáng.
Rồi ông làm thí nghiệm với những vật rắn khác nhau như giấy, gỗ, bìa cứng, … Có lần
ông đặt dưới ống cathode một hộp đựng giấy ảnh, khi không đóng mạch điện, giấy ảnh
tráng ra vẫn màu trắng; khi đóng mạch điện, tờ giấy ảnh khi tráng ra trở nên đen kịt. Lặp
lại thí nghiệm, tờ giấy vẫn ngã màu đen. Bất chợt ông thấy ở mép của một tấm ảnh có vật
gì trắng trắng giống hình một đốt xương, phải chăng đó là bóng ngón tay ông đã cầm hộp

giấy ảnh?
Khi lặp lại thí nghiệm, lần này ông đặt lên hộp giấy
cả bàn tay của mình. Khi quan sát tờ giấy ông thấy rõ một
bàn tay gớm ghiếc có thể phân biệt được cả phần da, thịt lẫn
phần xương. Như thế, tia này đâm xuyên qua các vật liệu
như giấy, gỗ, ... kể cả da, thịt và hiện lên giấy ảnh.
Qua nhiều lần làm đi làm lại thí nghiệm ông đã rút ra
kết luận: tia đặc biệt này có khả năng đâm xuyên qua giấy,
gỗ, phần mềm cơ thể, … nhưng không qua được kim loại,
không xuyên qua được một số bộ phận của cơ thể, nhất là
GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 3

Hình 1.2: Tấm phim Xquang đầu tiên

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

những bộ phận có chứa các nguyên tố nặng như xương. Mặt khác, nó không bị ảnh
hưởng bởi từ trường hay điện trường, nó ion hóa không khí và tác dụng lên kính ảnh. Từ
đó ông gọi tia đặc biệt này là tia X, Roentgen đã phát hiện tia X chính là ở chỗ có chùm
electron đập vào. Từ đó, ông chế tạo ra được một thiết bị phát ra chùm tia X mạnh mà
ngày nay người ta gọi là bóng phát tia X hay bóng phát tia Roentgen.
1.2. Bản chất tia X
Qua quá trình nghiên cứu Roentgen đã nhận thấy tia X được phát ra từ vật rắn khi

vật đó bị bắn bởi chùm electron có năng lượng lớn. Roentgen cùng Stocker và
Gongamme đã đi sâu nghiên cứu bản chất tia X và đi đến kết luận: Tia X là sóng điện từ.
Sau gần 20 năm, những thí nghiệm nhằm chứng minh bản chất sóng của tia X và
xác định bước sóng của nó đều thất bại và chỉ rút ra được một kết luận: Bước sóng tia X
nhỏ hơn bước sóng bức xạ điện từ thông thường rất nhiều.
Mãi đến năm 1913, Laue đã dùng tinh thể làm cách tử để nghiên cứu hiện tượng
nhiễu xạ của tia X và đã cho những số liệu đầu tiên về bước sóng tia X. Từ đó người ta đã
đi sâu về nghiên cứu bản chất tia X và thấy rằng: Tia X là sóng điện từ, có bước sóng
0

0

ngắn trong khoảng 0,01 A đến 100 A .
Tia X có năng lượng trong khoảng 200 eV đến 1MeV, chúng nằm giữa tia gamma
( g ) và bức xạ tia cực tím (UV) trong phổ điện từ.

Loại sóng

Bước sóng (m)

Tia gamma

nhỏ hơn 10-12

Tia Roentgen

10-12 đến 10-9

Tia tử ngoại

10-9 đến 4.10-7
4,10-7 đến 7,5.10-7

Ánh sáng nhìn thấy

7,5.10-7 đến 10-3

Tia hồng ngoại

10-3 trở lên

Các sóng vô tuyến

Bảng 1.1: Các loại sóng điện từ và bước sóng tương ứng.

Tia X và tia gamma tương tự nhau, chúng chỉ khác nhau ở hai tính chất quan
trọng. Thứ nhất, các tia g phát ra từ trong hạt nhân nguyên tử còn tia X phát ra từ những
thay đổi trên quỹ đạo điện tử. Thứ hai, tia g của một nguồn đồng vị xác định có năng
lượng rời rạc xác định, nhưng tia X thì thường có một dãy hoặc phổ năng lượng rộng lên
một giá trị cực đại đặc trưng nào đó.
GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 4

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

Ngoài tính chất sóng như ánh sáng, tia X còn có tính chất hạt được thể hiện qua
các quá trình tương tác của nó với vật chất. Đối với tia X ta không thể quan sát bằng mắt
thường mà phải dùng màn huỳnh quang hoặc phim ảnh để quan sát. Khác với bức xạ
thông thường, tia X có khả năng đâm xuyên rất lớn và bị các chất hấp thụ cũng rất khác
nhau tùy thuộc vào năng lượng hoặc bước sóng của tia X.
1.3. Cơ chế phát xạ và phổ tia X
Chùm tia X phát ra từ anode của bóng phát tia X theo một trong hai cơ chế: Bức
xạ hãm và bức xạ đặc trưng. Trong đó phổ phát bức xạ hãm là phổ liên tục còn phổ phát
bức xạ đặc trưng là phổ vạch.

e1.3.1. Phổ liên tục

1 2
mv
2

Cường độ

Phổ liên tục được tạo ra khi
chùm điện tử từ cathode bay đến
anode, qua quá trình được điện
trường gia tốc, vận tốc trước lúc
đập vào anode có giá trị rất lớn. Khi
đập vào anode điện tử dừng lại đột
1
ngột, nghĩa là có gia tốc rất lớn.
mv' 2
2
Theo điện động lực học cổ điển,

một hạt tích điện có gia tốc sẽ phát
Hình 1.3: Cơ chế tạo phổ liên tục
sóng điện từ vào không gian xung
quanh. Điện tử ở bóng phát tia X có gia tốc rất lớn như vậy sẽ phát sóng điện từ vào
không gian xung quanh, đó là tia X. Năng lượng của tia X là động năng của điện tử
chuyển hóa thành. Vì lúc dừng lại, các điện tử bị gia tốc rất khác nhau nên phổ tia X phát
ra là phổ liên tục.

lg
0

Bước sóng ( A )
Hình 1.4: Phân bố cường độ phổ liên tục theo bước sóng
GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 5

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

Phổ liên tục bao gồm dãy các tần số liên tục tăng dần đến tần số cực đại ứng với
bước sóng ngắn nhất lmin . Đường cong chỉ có một cực đại ứng với một giá trị bước
sóng nào đó, bước sóng ứng với năng lượng cực đại là lm . Giá trị cực đại của năng
lượng tăng theo sự tăng của hiệu điện thế giữa anode và cathode và lệch về phía sóng
ngắn.
Khi bước sóng giảm, cường độ bức xạ hãm giảm mạnh hơn và bị sụt đột ngột, khi

cường độ giảm tới giá trị 0 ứng với một bước sóng tại đó gọi là bước sóng giới hạn
l g = lmin , dưới giá trị bước sóng này thì phổ liên tục không tồn tại.
Tần số giới hạn n g được xác định bởi điện áp gia tốc U. Khi đó n g tỷ lệ với U.
Với một hiệu điện thế nhất định thì giới hạn của đường cong ứng với một bước sóng giới
hạn l g . Nếu hiệu điện thế giữa anode và cathode càng cao thì giá trị lm và l g càng dịch
chuyển dần về phương sóng ngắn đồng thời giá trị năng lượng cực đại càng tăng.
Bước sóng ngắn giới hạn có thể giải thích dựa vào thuyết photon về ánh sáng.
Electron sau khi vượt qua hiệu điện thế U sẽ có năng lượng Eđ = eU. Khi va chạm với
nguyên tử một phần năng lượng của chúng bị mất đi và được bức xạ dưới dạng photon.
eU = hn + T

Với T là động năng của electron sau va chạm: T =

(1.1)

1
mv' 2
2

Tần số cực đại v g xác định khi toàn bộ động năng của electron dùng để tạo thành
lượng tử, khi đó:
v'= 0
T =0

Suy ra:
Phương trình (1.1) trở thành:

hn g = eU

lg =

Suy ra:
Với:

hc
eU

(1.2)
(1.3)

h = 6,626.10-34Js.

c = 2,998.108m/s.
e = 1,6.10-19C.
Thay các giá trị vào ta được:

lg =

GVHD: Hồ Hữu Hậu

12415 0
(A )
U

Trang 6

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

Qua nghiên cứu cho thấy: Giá trị bước sóng lm ứng với cực đại của đường cong
3
bằng l g .
2

3
lm = lg
2

Tức là:

(1.4)

Phổ bức xạ hãm là phổ liên tục vì dòng electron đến đập vào anode có năng lượng
khác nhau nên phần năng lượng biến thành lượng tử tia X cũng khác nhau. Các photon
phát ra có năng lượng cực đại đến giá trị năng lượng nhỏ nhất tương ứng với bước sóng
từ l g đến các bước sóng lớn hơn.
1.4.2. Phổ vạch
Các electron trên các vỏ nguyên tử
của bia trong bóng tia Roentgen có thể bị
kích thích bởi các electron tới. Ngoài ra, do
electron tới có năng lượng lớn đập vào một
nguyên tử trong bia và làm bật ra một
electron nằm sâu trong nguyên tử đó. Khi
một electron ở mức năng lượng thấp bị bứt
ra khỏi nguyên tử thì các electron ở mức
năng lượng cao hơn sẽ chuyển về lấp chỗ

trống đó và năng lượng dư thừa sẽ phát dưới
dạng bức xạ với tần số n . Do khoảng cách
Hình 1.5: Cơ chế phát tia X đặc tưng
giữa các mức năng lượng có giá trị lớn nên
bước sóng của bức xạ phát ra nằm trong vùng phổ của tia Roentgen (tia X).
Một mối tương quan rất thành công giữa mẫu nguyên tử Bohr với quan sát thực
nghiệm là việc nghiên cứu phổ tia X bởi nhà vật lý người Anh là Henry G.J.Moseley.
Năm 1913, Moseley đã tìm ra đặc điểm phổ đặc trưng của tia X. Khi nguyên tử
chuyển từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp thì nguyên tử sẽ phát ra bức
xạ với tần số:

W -W
n= 2 1
h

(Z - a)
Theo công thức Rydberg: W = - Rhc
2

(1.5)
2

(1.6)

n

Trong đó:

R là hằng số Rydberg (R = 1,097.107 m-1)
Z là nguyên tử số.

a là số hiệu chỉnh.
n là lượng tử số.

GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 7

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

Biểu thức (1.5) có thể viết lại:
é 1
1ù
n = Rc(Z - a )2 ê 2 - 2 ú
êë n1 n2 úû

(1.7)

Mặt khác, theo Rydberg thì số sóng của tất cả các vạch quang phổ có thể biểu diễn
bằng hiệu số của hai số hạng quang phổ:

n = T1(n1 ) - T2 (n2 )

(1.8)

Khi nguyên tử bức xạ ánh sáng có tần số n ứng với năng lượng bằng hn thì theo

định luật bảo toàn năng lượng, nội năng của nguyên tử phải giảm đi một lượng DW .

DW = hc éëT1(n1) - T2 (n2 ) ùû

(1.9)

Vì số hiệu T1 (n1 ) - T2 (n2 ) thay đổi gián đoạn và hoàn toàn xác định cho từng loại
nguyên tử nên biểu thức (1.11) chứng tỏ nội năng của nguyên tử chỉ có thể thay đổi
những lượng gián đoạn và giá trị của sự thay đổi ấy phụ thuộc vào từng loại nguyên tử
nhất định.
Từ biểu thức (1.7) suy ra:

n=

hc éëT1(n1) - T2 (n2 ) ùû

(1.10)

h

Thay (1.8) vào biểu thức (1.10) ta được:

n = cn

(1.11)

Từ (1.8) và (1.11) suy ra:

W
W

T1(n1 ) = - 1 và T2 (n2 ) = - 2
hc
hc
Như vậy số hạng quang phổ là một đại lượng tỷ lệ với giá trị năng lượng của các
trạng thái dừng.

Hình 1.6: Sơ đồ các mức năng lượng
GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 8

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

Nếu electron bị bứt ra khỏi nguyên tử ở lớp vỏ K (n=1) sẽ để lại một lỗ trống trong
lớp vỏ đó. Khi các electron ở mức năng lượng cao hơn chuyển về để lấp đầy lỗ trống sẽ
phát ra một dãy vạch phổ ký hiệu Ka , K , K g , … theo ký hiệu của bức xạ Roentgen
b
(Hình 1.6).
Nếu electron bứt ra là ở lớp vỏ L (n=2) thì nguyên tử sẽ phát ra dãy vạch L. Tương
tự, các nguyên tử chuyển về lớp vỏ M sẽ cho dãy M, ...
Khi electron bị bắn ra ngoài trước kia nằm ở lớp vỏ ứng với n = 1 và electron đến
thay thế ở lớp vỏ ứng với n = 2 thì tia X sẽ bức xạ số sóng:

R (Z - a )2 R (Z - a )2
n=

12
22

(1.12)

Vạch đó được gọi là vạch Ka .
Số sóng của vạch K

b được tính theo công thức:
R (Z - a )2 R (Z - a )2
12
32

(1.13)

R (Z - a )2 R (Z - a )2
n=
12
42

(1.14)

n=
Tương tự vạch Kg :

0

Thí dụ vạch Ka của lớp vỏ có bước sóng l = 0,17982 A , vạch K có
b
0

l = 0,15865 A . Đối với các nguyên tố nặng, các lớp vỏ electron ở trong cùng có cấu tạo
như nhau và các điện tử ở bên ngoài ít ảnh hưởng đến chúng nên số hiệu chỉnh a giữ
không đổi với mọi nguyên tố nặng, nghĩa là không phụ thuộc thuộc vào số thứ tự Z. Do
đó biểu thức (1.12) có thể viết dưới dạng:
n

21

=

Suy ra:

GVHD: Hồ Hữu Hậu

R (Z - a )2
n12

-

R (Z - a )2
n2 2

=

(

R (Z - a )2 n2 2 - n12
n12 n2 2

n2 2 - n12
n 21
(Z - a )
=
R
n1n2

Trang 9

)

(1.15)

(1.16)

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

Biểu thức (1.16) đúng cho mọi nguyên tố và là nội dung của định luật Moesley.
Phương trình (1.16) là một đường thẳng và hoàn toàn phù hợp với số liệu thực nghiệm
(Hình 1.7).
Z

Hình 1.7: Đồ thị Moseley

n

cR

Dưới những điều kiện nhất định, đối cathode sẽ phát ra bức xạ tia X đặc trưng
thường gồm hai vạch phân biệt là Ka và K .
b
Từ thực nghiệm người ta thấy rằng mỗi vạch phổ tia X đặc trưng gồm nhiều vạch
rất gần nhau. Đó là kết quả cấu trúc tinh tế của các mức năng lượng nguyên tử (trừ vỏ K,
với vỏ đó ta có n = 1 và L = 0). Trong trường hợp tồn tại nhiều mức năng lượng hơn so
với trước thì trong phổ sẽ có thêm các vạch phụ. Các vạch phụ này hay cấu trúc tinh tế có
thể quan sát dễ dàng nhờ các phổ kế với độ phân giải cao vừa phải. Lúc đó người ta thấy
rằng nhiều vạch trước đây tưởng là vạch đơn nhưng thực tế mỗi vạch đó gồm nhiều vạch
0

với bước sóng cách nhau cở vài A .
Măc dù mẫu Bohr đã được phát triển để nghiên cứu các nguyên tử tự do ở thể khí
nhưng người ta cũng có thể áp dụng mẫu đó để giải thích các tính chất của các nguyên tử
trong môi trường rắn do chúng chịu tác dụng của các tương tác mạnh. Nguyên nhân là do
các chuyển dời tia X chỉ xảy ra giữa các electron ở mức năng lượng thấp nhất và chịu liên
kết mạnh nhất với hạt nhân. Khi các nguyên tử liên kết với nhau để tạo thành một vật rắn
thì năng lượng của các electron ở các vỏ ngoài sẽ khác với năng lượng mà chúng có, khi
các nguyên tử ở trạng thái khí. Năng lượng của các electron ở các vỏ trong sẽ không chịu
một biến đổi nào do chúng liên kết mạnh.

GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 10

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc

Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

1.5. Công suất phát xạ của bóng phát tia X
Bóng phát tia X có nhiều loại, tùy theo công việc cụ thể mà người ta sử dụng các
loại bóng phát tia X khác nhau. Mỗi bóng có một công suất phát xạ nhất định và được
xác định. Trong y học thường dùng cơ chế phát bức xạ hãm nên công suất phát xạ ở đây
chỉ giới hạn cho bức xạ hãm.
Giả sử có một bóng phát tia X, hiệu điện thế giữa anode và cathode là U, cường độ
dòng điện chạy qua bóng là I, nguyên tử số chất làm anode là Z thì thực nghiệm đã xác
định công suất phát xạ của bóng là:

P = kU 2 IZ

(1.19)

Nếu hiệu điện thế tính bằng V, dòng điện là A và công suất là W thì hệ số tỷ lệ
k=10 . Như vậy công suất phát xạ tỷ lệ với bình phương hiệu điện thế giữa anode và
cathode, tỷ lệ bậc nhất với cường độ dòng điện qua bóng và nguyên tử số Z của chất làm
anode.
-9

Muốn bóng có công suất lớn thì tăng hiệu điện thế U, điều đó phù hợp với điều
kiện tạo ra photon tia X có năng lượng lớn (bước sóng nhỏ). Như vậy, khi tăng hiệu điện
thế giữa anode và cathode thì sẽ thu được tia X có năng lượng lớn. Những tia X có bước
sóng cỡ một phần trăm milimicron hoặc ngắn hơn gọi là tia X cứng, còn những tia X có
bước sóng cỡ một phần mười milimicron hoặc lớn hơn gọi là tia X mềm.
Ngoài ra công suất tiêu thụ còn phụ thuộc vào dòng điện I chạy qua bóng, dòng
lớn hay nhỏ còn phụ thuộc vào số electron phát ra khỏi cathode nhiều hay ít. Muốn điều

khiển dòng electron thì điều khiển hiệu điện thế đốt nóng cathode. Bên cạnh đó còn có
một yếu tố ảnh hưởng đến công suất phát xạ của bóng là nguyên tử số Z của chất làm
anode. Người ta thường chọn chất làm anode có Z lớn, bền vững, có nhiệt độ nóng chảy
cao và ít bị bào mòn khi chùm electron đập vào.
Với mỗi bóng phát tia X thường có hệ số hiệu dụng h được xác định như sau:

h=

P kU 2 IZ
=
= kUZ
P'
UI

(1.20)

P’ là công suất tiêu thụ của bóng. Với volfram có Z = 74, U = 50 KV thì
h = 3,7.10-3 . Ta thấy phần công suất để phát bức xạ tia X rất nhỏ chỉ bằng từ ba đến
bốn phần nghìn công suất tiêu thụ.

GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 11

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

TÓM TẮT CHƯƠNG I
Roentgen sinh ra ở Đức, năm 1895 ông tình cờ phát hiện ra tia X. Bản chất tia X là
0

0

sóng điện từ, có bước sóng ngắn trong khoảng 0,01 A đến 100 A .Tia X có khả năng đâm
xuyên rất lớn, có thể xuyên qua giấy, gỗ, phần mềm cơ thể, ...
Chùm tia X được phát ra từ anode của bóng phát tia X theo hai cơ chế: bức xạ hãm
và bức xạ đặc trưng. Trong đó phổ phát bức xạ hãm là phổ liên tục, phổ phát bức xạ đặc
trưng là phổ vạch.
Bước sóng giới hạn của phổ liên tục: l g =

12415 0
(A )
U

Moseley đã tìm ra đặc điểm phổ đặc trưng của tia X. Biểu thức của Moseley:

n2 2 - n12
n 21
(Z - a )
=
R
n1n2

GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 12

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

Chương 2
NGUỒN PHÁT TIA X VÀ SỰ GHI NHẬN TIA X
2.1. Nguồn phát tia X
Nguồn phát tia X chủ yếu là bóng phát tia X. Có hai loại bóng phát tia X là bóng
khí kém (bóng Croockes) và bóng Coolidge. Nhưng bóng khí kém có nhiều nhược điểm
nên đến nay người ta không dùng loại ống này nữa mà chủ yếu dùng bóng Coolidge.
Bóng Coolidge là loại bóng âm cực cháy đỏ vận chuyển theo nguyên lý của hiệu
ứng nhiệt điện tử.
2.1.1. Cấu tạo
Tia X được phát ra khi các hạt mang điện chuyển động nhanh bị hãm đột ngột bởi
vật chắn. Thông thường để tạo ra tia X người ta sử dụng các electron, vì việc gia tốc
electron đòi hỏi cường độ điện trường thấp hơn so với trường hợp sử dụng các hạt mang
điện khác. Như vậy để phát tia X thì cần phải tạo ra các quá trình sau:
- Tạo ra các electron tự do trong chân không.
- Phải gia tốc các electron tự do bằng một điện trường.
- Hãm các electron tự do được gia tốc bằng một vật chắn.
Kết quả của tương tác giữa chùm electron có động năng lớn với các nguyên tử của
vật chắn làm phát ra tia X.
Để tạo ra các quá trình trên, người ta tạo ra một bóng phát tia X. Đó là bóng
Coolidge, là một bóng thủy tinh có độ chân không cao, dưới một phần triệu mmHg. Hai
đầu bóng có hai điện cực, một điện cực dương (anode), một điện cực âm (cathode).

Nước vào

Nước ra

Hình 2.1: Bóng phát tia X

GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 13

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

Cathode bóng phát tia X
Là một sợi dây Tungsten cuốn hình xoắn ốc đốt nóng bởi một dòng điện phụ.
Nguồn điện phụ này là một máy giảm thế, có dòng điện sơ cấp là dòng điện có
hiệu điện thế 110V và dòng điện ra ở cuộn thứ cấp là dòng điện có hiệu điện thế 6 – 10V
(tùy từng loại sợi làm cathode) được đưa vào cathode để đốt nó nóng đỏ. Cathode được
nung nóng là nơi phát ra electron tự do để bay về anode.
Cathode được đặt nằm trong một cái phiễu hoặc một cái ống với mục đích để tập
trung điện tử lại thành một luồng hướng thẳng về phía anode, không cho chùm electron
tóe ra và giữ cho sợi dây làm cathode khỏi bị méo và tránh cho cathode mau hư hỏng do
sức hút của những ion dương trong bóng. Bộ phận này gọi là bộ phận tập trung, nối liền
với cathode.
Anode ống phát tia X
Là một khối kim loại hình trụ bằng đồng, có tác dụng dẫn nhiệt ra ngoài. Trên mặt

gắn một gương phản xạ bằng Tungsten hình chữ nhật mỗi cạnh chỉ khoảng 2 – 4 mm, có
độ nóng chảy khá cao khoảng 3.350 độ. Khi các electron bay đến đập vào anode làm cho
anode nóng lên do đó nhiệt độ anode rất cao.
Khi chùm electron năng lượng cao bay đến và bị hãm bởi anode thì chỉ chưa tới
1% năng lượng biến thành tia X, còn hơn 99% năng lượng biến thành nhiệt nung nóng
anode. Do đó anode phải có hệ thống làm nguội anode.
2.1.2. Nguyên lý hoạt động
Muốn bóng phát làm việc thì cần phải có các điều kiện sau:
- Phải có nguồn electron.
- Giữa anode và cathode phải có trường gia tốc cho electron.
Khi cathode được nung nóng sẽ phát ra các electron, khả năng phát ra electron của
cathode phụ thuộc vào dòng sợi đốt và diện tích bề mặt cathode. Lúc này xung quanh
cathode xuất hiện đám mây các electron bao quanh cathode.
Dưới tác dụng của hiệu điện thế giữa anode và cathode mà các electron chuyển
động về phía anode, tạo ra dòng điện trong ống. Hiệu điện thế này càng cao thì vận tốc
electron càng lớn, dẫn đến động năng của electron càng lớn, động năng của electron được
tính theo công thức:

1
E = eU = mv 2
đ
2

(2.1)

Khi đến anode, electron có động năng lớn này đập vào anode, động năng bị triệt
tiêu và biến thành năng lượng bức xạ. Nếu toàn bộ động năng của electron đều chuyển
thành năng lượng photon tia X thì theo phần phổ tia X trình bày ở chương sau.

GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 14

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

eU = hv g
c
lg

Hay:

eU = h

Suy ra:

lg =

hc
eU

(2.3)

lg =

12415 0

(A )
U

(2.4)

Với:

(2.2)

h = 6,625.10-34 Js .
c = 2,998.108 m s .

Thay các giá trị vào ta được:

l giảm khi U tăng và ngược lại.
2.1.3. Phân loại bóng phát tia X
Có nhiều cách để phân loại bóng phát tia X. Tùy thuộc vào phương pháp tạo
electron tự do người ta phân biệt bóng phát ion và bóng phát điện tử:
- Bóng phát ion là loại bóng có chứa khí loãng, với áp suất khoảng
10-2 ¸ 10-3 mmHg . Khi đặt hiệu điện thế cao vào giữa anode và cathode, khí trong bóng
bị ion hóa, các ion dương bắn vào cathode tạo ra electron tự do.
- Bóng phát điện tử là loại bóng tạo ra các eletron tự do bằng cách nung nóng
cathode ở nhiệt độ cao. Loại bóng này có nhiều ưu điểm hơn bóng phát ion nên bóng phát
điện tử được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.
Tùy thuộc vào phương pháp tạo và giữ chân không, người ta phân biệt bóng phát
hàn kín và bóng phát lắp ráp:
- Trong bóng phát hàn kín, chân không được tạo ra khi chế tạo. Bóng được hàn kín
sau khi tạo chân không, độ chân không được giữ nguyên trong quá trình sử dụng.
- Trong bóng phát lắp ráp chân không được tạo ra và duy trì nhờ hệ thống bơm
chân không.

Dựa vào hiệu suất của bóng người ta còn phân ra bóng có công suất lớn, công suất
nhỏ hay công suất trung bình.
Sau đây là một số loại bóng phát tia X.
2.1.3.1. Bóng phát tia có hai tiêu điểm
Cathode của bóng có hai tiêu điểm, một tiêu điểm lớn và một tiêu điểm nhỏ, độ
chân không của bóng rất cao. Hai tiêu điểm này hình chữ nhật dài 3 ´ 10mm và 3 ´ 8mm ,
GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 15

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

được đặt nằm nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang của phim để làm cho hình chiếu lên
phim thu nhỏ lại. Nếu độ nghiêng là 700 thì hình quang học của tiêu điểm thực thu nhỏ lại
một phần ba, nếu độ nghiêng là 800 thì hình quang học của tiêu điểm thực thu nhỏ lại một
phần sáu. Hai tiêu điểm của cathode có độ nghiêng khác nhau để tăng hiệu lực lên.
Tiêu điểm lớn được dùng khi nào cần một công suất cao (ví dụ như chụp X-Quang
những bộ phận dày hay di động, cần chụp nhanh). Tiêu điểm nhỏ được dùng để chiếu và
chụp những bộ phận tinh vi.
Để đảm bảo cho bóng hoạt động ở chế độ điện áp cao mà vẫn có độ cách điện tốt,
người ta đặt bóng trong vỏ kim loại chứa đầy dầu. Dầu không chỉ có tác dụng cách điện
mà còn có tác dụng làm mát cho bóng.

Diện nhiệt của
tiêu điểm thường

3,3 x 9,9 m/m
Diện quang học của
tiêu điểm dài 12
KW 3,3 x 3,3 m/m

Diện nhiệt của
tiêu điểm dài
3 x 18 m/m

Diện quang học của
tiêu điểm thường 6
KW 3,3 x 3,3 m/m
Hình 2.2: Bóng phát tia X có hai tiêu điểm

Phía trong vỏ kim loại có một lớp chì mỏng dùng để ngăn cản những tia X theo
hướng không có lợi, tia X chỉ được phát ra ở cửa sổ của bóng.
Loại bóng này có anode cố định. Loại bóng này có ưu và nhược điểm sau:
- Ưu điểm: Gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ dàng di chuyển.
- Nhược điểm: Chùm electron luôn đập vào một vị trí nhất định của anode nên làm
cho vị trí đó ở anode có nhiệt độ rất cao và làm giảm tuổi thọ của bóng.

GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 16

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

2.1.3.2. Bóng phát tia X có anode quay
Để khắc phục nhược điểm của bóng phát tia X có anode cố định người ta chế tạo
loại bóng có anode quay, bóng phát tia X có anode quay thỏa mãn được hai yêu cầu:
- Tăng được diện tích anode.
- Trong quá trình quay bóng sẽ tự
động làm mát.
Trong bóng phát tia X có anode
quay thì anode có dạng như một cái dĩa úp
sấp, bờ xung quanh vát nghiêng, có trục
gắn với rotor của một động cơ điện và
quay được nhờ vào từ trường quay do
cuộn stator được đặt ngoài vỏ thủy tinh
của bóng phát tia tạo nên.

Hình 2.3: Sơ đồ ống phát tia X có anode quay

Lúc bóng làm việc thì anode xoay
với vận tốc 50 vòng s . Năng lượng mà
anode phải chịu đựng được phân tán trên diện tích lớn, vì vậy sức chịu đựng của nó cao
hơn bóng có anode cố định rất nhiều. Loại bóng này có ưu và nhược điểm sau:
- Ưu điểm: Có dòng phát từ vài trăm đến vài ngàn mA, dòng phát tia này được tạo
ra trong thời gian ngắn nên đảm bảo cho bóng phát tia làm việc được lâu dài.
- Nhược điểm: Phải lắp đặt cố định, phải có chế độ đảm bảo an toàn cao.
2.2. Liều lượng bức xạ
2.2.1.Liều hấp thụ
Tác hại của bức xạ lên cơ thể người phụ thuộc vào sự hấp thụ năng lượng bức xạ
và gần đúng tỷ lệ với nồng độ năng lượng hấp thụ trong mô sinh học. Do đó, đơn vị cơ
bản của liều bức xạ được biểu diễn qua năng lượng hấp thụ trên một đơn vị khối lượng

của mô. Khái niệm liều hấp thụ không chỉ dùng cho đối tượng sinh học mà dùng cho một
môi trường vật chất bất kỳ. Do đó liều hấp thụ được định nghĩa như sau:
Liều hấp thụ (kí hiệu là D) là tỷ số giữa năng lượng trung bình de mà bức xạ
truyền qua vật chất trong thể tích nguyên tố và khối lượng vật chất dm của thể tích đó:

D=

1g:

de
dm

(2.5)

Trước đây liều hấp thụ được đo bằng đơn vị rad. 1 rad là liều hấp thụ 100 erg trên
1rad = 100 erg g

GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 17

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

Đơn vị liều hấp thụ trong hệ SI là Gray (kí hiệu là Gy). 1Gy bằng năng lượng 1
June truyền cho 1 kg vật chất.

1Gy = 1 J kg
Do:

1J = 107 erg và 1kg = 1000 g

Nên: 1rad = 0,01Gy hay 1Gy = 100rad
Suất liều hấp thụ D& là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian:

dD
D& =
dt

(2.6)

Đơn vị suất liều hấp thụ trong hệ SI là Gy/s. Đơn vị khác là rad/s hay rad/h.
2.2.2. Liều tương đương
Tác dụng sinh học của các loại bức xạ khác nhau là khác nhau. Đó là do sự khác
nhau của độ mất mát năng lượng trên 1 đơn vị đường đi của các loại bức xạ khác nhau.
Chẳng hạn tác dụng sinh học của 1Gy của hạt alpha khác với hạt gamma và khác với hạt
photon tia X. Do điện tích và khối lượng lớn, hạt alpha gây nên độ ion hóa trên một
quãng đường đơn vị lớn hơn bức xạ gamma, 1Gy của hạt alpha cho hiệu ứng sinh học lớn
hơn 20 lần so với 1Gy của bức xạ gamma.
Liều hấp thụ tương đương hay liều tương đương H là đại lượng để đánh giá mức
độ nguy hiểm của các loại bức xạ, bằng tích của liều hấp thụ D với trọng số bức xạ (kí
hiệu là WR). khi đó:

H = DWR

(2.7)

Đơn vị của liều tương đương trong hệ SI là Sievert (kí hiệu là Sv). Theo công thức
trên ta có:

1Sv = 1GyWR
Đơn vị liều tương đương ngoài hệ SI thường dùng là rem :
1rem = 1radWR

1Sv = 100rem hay 1rem = 0,01Sv

Loại bức xạ
Tia X, g , b

Năng lượng

WR

Bất kỳ

1

Nhiệt (0,025eV)

5

Neutron

GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 18

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc


Luận văn tốt nghiệp

Tia X và ứng dụng trong kỹ thuật chụp CT

0,01MeV

10

0,1MeV

10

0,5MeV

20

>0,1MeV – 0,2MeV

Proton

20

>2MeV – 20MeV

5

Năng lượng cao

5

Hạt a , mảnh vỡ phân hạch, hạt nhân nặng

20

Bảng 2.1: Trọng số bức xạ đối với một số loại bức xạ.

2.2.3. Liều hiệu dụng
Khi định nghĩa liều tương đương chúng ta đã coi tất cả các mô sinh học hay cơ
quan trong cơ thể có cùng một độ nhạy cảm bức xạ. Trên thực tế các mô và các cơ quan
có độ nhạy khác nhau, điều đó được thể hiện bằng đại lượng trọng số mô WT . Trọng số
mô là tỷ số của các rủi ro do các hiệu ứng ngẫu nhiên như bệnh ung thư và bệnh di truyền
trên các mô so với tổng số các rủi ro. Các trọng số được nêu trong bảng dưới đây dựa trên
các thừa số rủi ro đối với ung thư gây chết người và các hiệu ứng di truyền.

Cơ quan, mô

WT

Cơ quan sinh dục

0,2

Tủy xương đỏ

0,12

Ruột kết

0,12

Phổi

0,12

Dạ dày

0,12

Bàng quang

0,05

Vú

0,05

Gan

0,05

Thực quản

0,05

Tuyến giáp

0.05

Da

0,01

Bề mặt xương

0,01

GVHD: Hồ Hữu Hậu

Trang 19

SVTH: Nguyễn Thị Diễm Phúc