X射线的物理学基础.ppt

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1、第一章X射线物理学基础本章主要内容§1-1X射线的产生及其性质§1-2X射线谱§1-3X射线与物质相互作用§1-4X射线的衰减规律及其应用§1-5X射线的探测与防护§1-1X射线的产生及性质◆X射线的本质X射线和可见光一样，都显示波粒二象性，故两者的本质是相同的，都会产生干涉、衍射、吸收和光电效应等现象，两者的主要差别于波长不同。X射线是由高能量粒子轰击原子所产生的电磁辐射，电磁辐射的辐射能是由光子传输的，而光子所取的路径是由波动场引导。X射线这种波、粒二象性，可随不同的实验条件表现出来。显示其波动性有：以光速直线传播、反射、折射、衍射、偏振和相干散射；显示其微粒性有：光电吸收、非

2、相干散射、气体电离和产生闪光等。X射线的波长范围X射线是一种波长较短的电磁辐射：波长0.01~10nm；能量：124keV-0.124keV其短波段与γ射线长波段相重叠，其长波段则与真空紫外的短波段相重叠。g-raysX-raysUVVisual0.0010.010.11.010.0100200nmX射线的能量量子理论将X射线看成由一种量子或光子组成的粒子流，每个光子具有的能量为：(依据X射线的波长即可计算出其能量)公式MgKCaKFeKPbLE(keV)1.2533.697.05710.55(nm)=1.24/E(nm)0.98950.33600.17570.1175

3、X射线的本质◆习惯上，称波长短的X射线为硬X射线，波长长的X射线为软X射线。软、硬表示X射线穿透物质的能力。射线越硬，即其波长越短，则穿透物质的能力就越大。用于结构分析和成分分析的一般为软X射线，用于医学透视的为硬X射线。◆X射线波长的度量单位常用埃（Å）或晶体学单位（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=10-9m人们根据X射线的干涉和衍射现象，确定了X射线具有波动性。然而，波动理论对X射线的短波限、光电效应、荧光辐射和康谱顿散射等现象则无法解释。所以，波动性仅仅是X射线本性的一个方面。在大量科学实验的基础上，人们又认识到X射线

4、本质的另一个方面—粒子性。即X射线在空间传播时，也具有粒子性。X射线的性质：1）X射线能使照相底片感光；2）X射线有很大的贯穿本领；3）X射线能使某些物质的原子、分子电离；4）X射线是不可见光，它能使某些物质发出可见光的荧光；5）X射线本质上是一种电磁波，同此它具有反射、折射、衍射、偏振等性质综上所述，X射线和一切微观粒子（电子、中子、质子等）一样，都同时具有波动性及粒子性双重特性，简称波粒二象性。它的波动性主要表现为以一定的频率和波长在空间传播，反映了物质运动的连续性；它的粒子性主要表现为以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量、能量和动能，反映了物质运动的分立性。波粒二象性是X射线

5、的客观属性，二者是相互补充的，在不同的实验条件下，它们有时波动性表现明显，有时粒子性表现明显。由于X射线波长短，频率高，光子能量相对来说比较大，因此它的粒子性比较明显。此外，X射线具有很强的穿透物质的能力，经电场和磁场时不发生偏转，当穿过物质时X射线可被偏振化、可被吸收而强度衰减，它能使空气或其他气体电离，能激发荧光效应，使照相底片感光，并能杀死生物细胞与组织等。由于X射线具有上述一系列性质，使它成为研究晶体结构、进行元素分析、工业探伤和医疗透视等多种问题的有力工具。迷人的X光片~~在X射线下，任何东西都会很美！！1-1-2X射线的产生大量实际所用X射线是由X射线管产生的，不论是探

6、伤用X光机还是照相法用的X光机和X射线衍射仪，都包括：高压发生器（包括整流部分），控制线路、X射线管及探测记录系统。其中，X射线管和探测记录系统是X射线仪特有的。本节主要介绍X射线管，而探测系统将在后面的章节里讨论。至于高压发生器和控制部分属于一般电气装置，可查阅有关电工书籍。一、X射线管的种类关于阴极射线管式发生器，自伦琴以来已有了很多发展，突出表现在X射线管的功率、光强上，因光强越强，灵敏度就越高，分辨率也越好，还可减少实验的时间。当然，在结构、材料等许多方面也有许多变化。从构造上来讲可分为两类，即密封式X射线管及旋转阳极式X射线管。X射线管实际上就是一只特殊的高压二极真空管，

7、其中有阴极和阳极，外有玻璃壳。按发生电子的方式来分，有：1、热阴极X射线管；(1)密封式灯丝X射线管；(2)可拆式灯丝X射线管。2、冷阴极X射线管X射线管的种类密封式X射线管实际上就是一只特殊的高压二极真空管，其中有阴极和阳极，外有玻璃壳。按发生电子的方式来分，有：1、热阴极X射线管；(1)密封式灯丝X射线管；(2)可拆式灯丝X射线管。2、冷阴极X射线管X射线管二、X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)阴极：阴极是发射电子的