第二章 X射线物理学基础.ppt

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1、前一章内容回顾空间点阵晶（向）面指数倒易点阵定义和倒易矢量的基本性质晶带定律2-1x射线的发现及x射线学发展过程2-2x射线与电磁波谱2-3x射线的产生及x射线谱（连续谱和标识谱）2-4x射线与物质的相互作用2-5x射线的探测、防护及应用画线部分为重点。第二章X射线的物理学基础2-1x射线的发现及x射线学发展过程X射线的发现是19世纪末20世纪初物理学的三大发现（X射线1895年、放射线1896年、电子1897年）之一，这一发现标志着现代物理学的产生。对x射线的发现和应用有巨大贡献的科学家德国物理学家伦琴（1895年）（发现了未知射线）德国物理学家劳厄（1912年）（证明x射

2、线的波动性）英国布拉格父子（1912年）（简洁形式描述晶体对x射线的衍射现象，推动了x射线的应用）1894年11月8日，德国物理学家伦琴将阴极射线管放在一个黑纸袋中，关闭了实验室灯源，他发现当开启放电线圈电源时，一块涂有氰亚铂酸钡的荧光屏发出荧光。用一本厚书，2－3厘米厚的木板或几厘米厚的硬橡胶插在放电管和荧光屏之间，仍能看到荧光。他又用盛有水、二硫化碳或其他液体进行实验，实验结果表明它们也是“透明的”，铜、银、金、铂、铝等金属也能让这种射线透过，只要它们不太厚。伦琴意识到这可能是某种特殊的从来没有观察到的射线，它具有特别强的穿透力。他一连许多天将自己关在实验室里，集中全部精

3、力进行彻底研究。6个星期后，伦琴确认这的确是一种新的射线。1895年12月22日，伦琴和他夫人拍下了第一张X射线照片。1895年12月28日，伦琴向德国维尔兹堡物理和医学学会递交了第一篇研究通讯《一种新射线———初步研究》。伦琴在他的通讯中把这一新射线称为X射线，因为他当时无法确定这一新射线的本质。伦琴发现X射线从而获得诺贝尔奖。1912年德国物理学家劳厄发现了X射线通过晶体时产生衍射现象，证明了X射线的波动性和晶体内部结构的周期性，发表了《X射线的干涉现象》一文。劳厄的文章发表不久，就引起英国布拉格父子的关注，年轻的小布拉格经过反复研究，成功地解释了劳厄的实验事实。他以更简

4、洁的方式，清楚地解释了X射线晶体衍射的形成，并提出了著名的布拉格公式：2dsinθ＝nλ。这一结果不仅证明了小布拉格解释的正确性，更重要的是证明了能够用X射线来获取关于晶体结构的信息。1912年11月，年仅22岁的小布位格以《晶体对短波长电磁波衍射》为题向剑桥哲学学会报告了上述研究结果。老布拉格则于1913年元月设计出第一台X射线分光计，并利用这台仪器，发现了特征X射线。X射线已被广泛应用于晶体结构的分析以及医学和工业等领域。对于促进20世纪的物理学以至整个科学技术的发展产生了巨大而深远的影响。X射线衍射分析的特点：反映出的信息是大量原子散射行为的统计结果，结果与材料的宏观性

5、能有良好的对应关系。不足之处：不可能给出材料实际存在的微观成分和结构的不均匀性的资料。2-2x射线与电磁波谱X射线的本质是电磁辐射，与可见光完全相同，仅是波长短而已，因此具有波粒二象性。(1)波动性;(2)粒子性。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×m/s.X射线波长范围0.01～10nm，在电磁波谱上位于紫外线和γ射线之间。无线电波红外线可见光紫外线可见光X射线γ射线分为软x射线（波长大于0.5nm）和硬x射线（波长小于0.5nm）。用于衍射分析的波长0.05～0

6、.25nm。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，可用于非金属的分析。X射线波长的度量单位常用埃（Å）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=10Å2-3x射线的产生及x射线谱一、X射线的产生(1)产生原理；(2)产生条件；(3)X射线管；二、X射线谱(1)连续X射线；(2)标识X射线。一、x射线的产生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

7、热能使物体温度升高。（水冷）（1）产生原理a.产生自由电子；b.使电子作定向的高速运动;c.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。（2）产生条件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)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）X射线管二、X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；(2)标识X射线。（1）连续X