chapter 1-x射线物理学基础

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1、第一章X射线物理学基础1895年伟大的物理学家,---“伦琴”发现X射线X射线衍射的发现•1895年11月8日，德国物理学家伦琴在研究真空管的高压放电时，偶然发现镀有氰亚铂酸钡的硬纸板会发出荧光。这一现象立即引起的细心的伦琴的注意。经仔细分析，认为这是真空管中发出的一种射线引起的。于是一个伟大的发现诞生了。由于当时对这种射线不了解，故称之为X射线。后来也称伦琴射线。1895年伦琴初次发现X射线时，拍摄的他夫人手指的X射线照•1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、传播、穿透力等大部分性质•1910年，伦琴因X射线

2、的发现而获得第一个诺贝尔物理学奖。•1912年劳埃进行了晶•1910年第一张诺贝尔物理学奖授予W.K.体的X射线衍射实验伦琴第一节X射线的性质X射线是电磁波的一种，它具有波粒二象性，即它既具波动性，又具有粒子性。波长在0.001-10nm左右。①X射线具有波动性•对X射线波动性最完美的研究是德国物理学家劳埃（Laue）。劳厄法X射线衍射实验的基本装置与所拍的照片爱因期坦称，劳厄的实验“物理学最美的实验”。它一箭双雕地解决了X射线的波动性和晶体的结构的周期性。②X射线具有粒子性X射线是由大量以光速运动的粒子组成的不连续粒

3、子流。这些粒子称为光量子，并具有能量E和动量P。hchvE=hν=P=h/λ=λc第二节X射线的产生及X射线谱一、X射线的产生：X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。一、X射线的产生在阴极通电流，在灯丝上产生大量的电子。在阴极和阳极之间加高压，使阴极产生的电子向阳极运动，并轰击阳极产生x射线。产生X射线的基本电气线路X射线产生条件（1）阴极——能产生自由电子的电子源－如加热钨丝发射热电子（2）阳极——靶，使电子突然减速并撞击靶材（阳极），以产生X射线。（3）高压发生器

4、——阳极和阴极间施加高压，以加速电子向阳极运动（4）真空环境>10－3Pa—促使电子无阻碍地撞击到阳极靶材上二、X射线的特点•人的肉眼看不见X射线，但X射线能使气体电离，使照相底片感光，能穿过不透明的物体，还能使荧光物质发出荧光。•X射线呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转；当穿过物体时仅部分被散射。•X射线对动物有机体（其中包括对人体）能产生巨大的生理上的影响，能杀伤生物细胞。在进行X射线分析时应注意对X射线的防护，不要让X射线直接照射人体。X射线最早的应用•在X射线发现后几个月医生就用它来为病人服务•右图是纪念伦琴

5、发现X射线100周年发行的纪念封三、X射线谱高速电子束轰击金属靶时会产生两种不同的X射线。一种是连续X射线，另一种是特征X射线。它们的性质不同、产生的机理不同，用途也不同。(一)连续X射线（白色X射线）正如太阳光包含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等许多不同波长的光一样，从X射线管中发出的X射线也不是单一波长（单色）的，而是包含有许多不同波长的X射线。这些波长构成连续的光谱，且是为一波长连续的光谱，包括从某一最小值开始的一系列连续波长的幅射。它与可见光中的白光相似，故也称白色X射线。它们的强度随波长的变化情况见图特点：X射

6、线波长从一最小值λ向长波方向伸展，强度在λm处S有一最大值。λ称该管电压下的短波限。S实验规律：•（1）当V保持不变，管电流i增加时，各种波长射线的相对强度一致增加，但λ和λ数值大小不变。ms•（2）当增加X射线管电压V时，各种波长射线的相对强度一致增加，但λ和λ变小ms•（3）当改变阳极靶材元素时，各种波长的相对强度随靶材元素的原子序数增加而增加。连续X射线谱的总强度与管电流强度I、靶材的原子序数Z以及管电压V的平方成正比。I=KiZV2连1X射线管的效率•X射线管的效率η，是指电子流能量中用于产生X射线的百分数，2

7、•即连续X射线总强度KiZVη===KZVX射线管功率iV•随着原子序数Z的增加，X射线管的效率提高，但即使用原子序数大的钨靶，在管压高达100kv的情况下，X射线管的效率也仅有1﹪左右，99％的能量都转变为热能。旋转阳极•上述常用X射线管的功率为500～3000W。目前还有旋转阳极X射线管、细聚焦X射线管和闪光X射线管。•因阳极不断旋转，电子束轰击部位不断改变，故提高功率也不会烧熔靶面。目前有100kW的旋转阳极，其功率比普通X射线管大数十倍。旋转阳极对连续X射线谱的解释1•根据经典物理学的理论，一个带负电荷的电子作

8、加速运动时，电子周围的电磁场将发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X射线谱。对连续X射线谱的解释2•量子力学概念，当能量为ev的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式辐射出去，每碰