X射线的物理基础

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1、第一章X射线的性质X射线于1895年由德国物理学家伦琴（Rontgen）在研究真空管高压放电现象时无意发现。X射线或者伦琴射线伦琴——第一位诺贝尔奖获得者（1901）发现三个月后就得到了应用——维也纳医院W.C.Röntgen（1845－1923）WilhelmConradRöntgendiscoveredtheX-raysin1895.In1901hewashonouredwiththeNobelprizeforphysics.In1995theGermanFederalMaileditedas

2、tampdedicatedtoW.C.Röntgen.1.1X射线的物理学基础X射线的本质X射线是一种本质与可见光完全相同的电磁波或电磁辐射，只不过X射线是由高速带电粒子与物质原子中的内层电子作用而产生的，因此能量大，波长短（0.1-10nm），穿透物质的能力强。102910－410－610－710－810－1210－1310－15波长，米晶体衍射用X射线（0.05～0.2nm）：硬X射线金属探伤X射线（0.005～0.1nm）：硬X射线医用X射线（>0.5nm）：软X射线无线电波红外线可见光紫外

3、线X射线γ射线宇宙射线X射线的物理学基础德国维尔茨堡大学W.C伦琴教授1895.12.28~1896.3.9发表三篇论文，论述它的性质：1，像可见光一样直线传播，经电场不发生偏转。2，有很强的穿透能力，所有物质多少它都能够透过。3，使萤光物质发光，使气体电离。4，使照相底片感光，而人的肉眼无法直接观察到它。1.2X射线的性质X射线为研究材料的微观特性开辟了一个新的途径瑞典皇家科学院院长奥得纳(C.T.Odher)在伦琴获诺贝尔奖的致词中说：对于这种能量辐射的真实组成，目前尚不清楚，然而，伦琴本人和

4、后来从事这方面研究的其他科学家已发现了它的若干特殊性质。毫无疑问，当人们充分研究这种奇异的能量形式并全面探索它的广阔应用领域时，物理科学将取得许多成就。X射线的性质X射线的发现和研究历程1895年，伦琴发现X射线(1901年)1907年，亨利·布拉格（1915）和巴克拉（1917）争论X射线的波粒二象性。1912年，劳厄（1917）发现X射线衍射，由此确定了X射线的波动性。1913年，劳伦斯·布拉格（1915）提出X射线衍射公式，亨利.布拉格创建X射线分光仪。1913年，莫塞莱确定X射线标识谱线的

5、规律性。1917年，康普顿（1927）研究X射线散射，发现康普顿效应。1921年，凯·西格班（1924）发表X射线光电子能谱学成果。晶体结构分析X射线衍射学物相分析精细结构(EXAFS)晶体取向与织构X射线影像学无损检测X射线能谱学化学成分分析X射线在材料科学中的应用波粒二象性是X射线的客观属性1）X射线具有波动的性质，有一定的频率和波长，反映物质的连续性。现象表现为晶体衍射。2）X射线具有粒子性，是具有一定能量光子的粒子流，反映物质运动的分立性。现象表现为光电效应和荧光辐射。X射线的物理性质已出

6、现的设想：晶体中呈有规律、周期性排列，组成三维原子网络，以上未能得到实验证实。Laue根椐理论分析预测提出：“晶体中原子间距与X射线波长相近，应当可以作为使X射线发生衍射的立体光栅。”晶体的晶面间距是10-10m,与X射线的波长（2×10-10m）相当。一箭双雕的实验：X射线的本质是短波电磁辐射；晶体结构中点阵的假设是正确的。证明X射线的波动性劳厄（Laue）实验（1912）ZnS的劳厄衍射照片显示其四重对称轴显示其三重对称轴ZnS的劳厄衍射结果解析光电效应：入射X射线产生光电效应和荧光辐射的条件

7、与频率(波长)有关，而与强度和照射时间无关。康普敦效应：在光的散射过程中,有些散射波的波长比入射波的波长略大。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：ε=h.υ=h.c/λp=h/λ式中h——普朗克常数，等于6.626×10-34J.s;c——X射线的速度，等于2.998×108m/s.实验证明X射线的粒子性1.3X射线的产生及X射线管产生原理：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

8、右）能量转变成热能使物体温度升高。X射线产生的几个基本条件产生自由电子；使电子作定向的高速运动;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。X射线管的结构阴极：又称灯丝(钨丝)，通电加热后便能释放出热辐射电子。阳极：又称靶，通常由纯金属制成(Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag,W等)，使电子突然减速并发射X射线。阳极需要水强制冷却。窗口：是X射线射出的通道，维持管内高真空，对X射线吸收较少，如金属铍、含铍玻璃、薄云母片。封闭式X射线管实质上就是一个大的真空二极管。真空