X射线的产生与本质

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1、第一章X射线的产生与本质1-1X射线的本质；1-2X射线的产生；1-3X射线谱；1-4X射线与物质相互作用；1-5X射线的探测与防护；1-1X射线的本质X射线的本质是电磁辐射，具有波粒二像性。(1)波动性;(2)粒子性。相关习题：电磁波谱波动性X射线的波长范围：0.01~100Å表现形式：用晶体作衍射光栅观察到了X射线的衍射现象，即证明了X射线的波动性。硬X射线：波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。软X射线：波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱，可用于非金属材料的分析。X射线波长的度量单位常用埃（Å）或

2、晶体学单位（kX）表示；通用的国际计量单位中用纳米（nm）表示，它们之间的换算关系为：1nm=10Å=m1kX=1.0020772±0.000053Å(1973年值)。粒子性特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量。表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电效应；荧光辐射等。X射线的频率ν、波长λ以及其光子的能量ε、动量p之间存在如下关系：式中h——普朗克常数，等于6.625×J.s;c——X射线的速度，等于2.998×cm/s.1-2X射线的产生(1)产生原理；(2)产生条件；(3)过程演示；(4)X射线管；(5)其它X射

3、线装置。产生原理高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体温度升高。产生条件1.产生自由电子；2.使电子作定向的高速运动;3.在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。接变压器玻璃钨灯丝金属聚灯罩铍窗口金属靶冷却水电子X射线X射线X射线管剖面示意图（回车键演示）过程演示X射线管1.X射线管的结构；2.特殊构造的X射线管；3.市场上供应的种类。图1-2X射线管的结构封闭式X射线管实质上就是一个大的真空（）二极管。基本组成包括：(1

4、)阴极：阴极是发射电子的地方。(2)阳极：亦称靶，是使电子突然减速和发射X射线的地方。(3)窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。(4)焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方，正是从这块面积上发射出X射线。1-3X射线谱由X射线管发射出来的X射线可以分为两种类型：(1)连续X射线谱；(2)特征X射线谱（标识谱）。连续X射谱包含从某一短波限λ0开始，直到波长等于无穷大λ∞的一系列波长与相对强度的关系曲线。亦称多色X射线。产生机理；演示过程；短波限；X射线的强度。（一）实验规律当管电压Kv、管电流mA、阳极靶Z一定时，其强度I与波长λ的关系如图

5、所示，其中：λ0:短波限，最短波长；λm:X射线强度最大值所对应的波长。当变化其中任何一个量时，则X射线谱发生有规律的变化。1、当阳极靶物质Z一定时，如W，管电流mA一定时，如20mA。增加管电压Kv。各种波长的X射线相对强度一致增高；X射线最大强度所对应的波长λm变小（左移）；最短波长λ0变小（左移）。即波谱范围增大。2、当阳极靶物质Z一定时，如W，管电压Kv一定时，如35Kv。增加管电流mA。各种波长的X射线相对强度一致增高；λm不变；λ0不变。3、管电压Kv、管电流mA均保持恒定不变。改变阳极靶物质，如Z增大时，则各种波长的X射线相对强度一

6、致增高；λ0、λm不变；某些靶会在某一特定波长出现X射线强度猛增的现象，称为特征X射线谱。可见：管电压Kv影响强度大小及波谱范围，即λ0、λm是由Kv决定的；管电流mA只影响强度大小，不影响波谱范围；特征X射线谱的波长是由制靶元素Z决定的。（二）产生机理能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，使电子的振动状态发生改变，产生加速度，根据经典电动力学的观点，当电子的振动状态发生改变、产生加速度时，就会向周围空间辐射球面波，在这里就是X射线。电子失去自己的能量，其中部分或全部能量以光子的形式辐射.碰撞一次产生一个能量为hv的光子，这样的光子流即为X射线。

7、由于单位时间内到达阳极靶面的电子数量巨大，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱。短波限连续X射线谱在短波方向有一个波长极限，称为短波限λ0.它是由光子一次碰撞就耗尽能量所产生的X射线。它只与管电压有关，不受其它因素的影响。相互关系为：式中e——电子电荷，等于静电单位；V——电子通过两极时的电压降（静电单位）；h——普朗克常数，等于相关习题：短波限λ0∵eV=hc/λ0∴λ0=hc/eV=12.4/V（Å）其中V的单位为KV。可见λ0仅由V决定，即每种管电压下对应一定的短波限λ0。相关习题试计算用50千伏操作时，

8、X射线管中的电子在撞击靶时的速度和动能，所发射的X射线短波限为多少？（三）辐射强度和效率波长是描述X射线性质的物理量;而强度则是描述X射