第04章X射线物理学基础ppt课件.ppt

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1、2021/8/26第四章X射线物理学基础2021/8/26X射线的发展史1895年，德国物理学家伦琴（Röntgen,W.C.）发现X射线，也称为伦琴射线。伦琴(1845-1923)是德国维尔茨堡大学校长，第一届诺贝尔奖获得者。1895年他发现一种穿透力很强的一种射线。后来很快在医学上得到应用，也引起各方面重视。2021/8/26伦琴夫人的手X射线的发展史蛋白质螺旋结构人体的X照片2021/8/26X射线的发展史1912年，德国物理学家劳埃（Von.Laue,M）等人发现X射线在晶体中的衍射现象，确证X射线是一种电磁波

2、。1912年，英国物理学家布·喇格父子(Bragg,W.H;Bragg,V.L.)用X射线测定NaCl晶体，开创X射线晶体结构分析的历史。NaCl晶体结构2021/8/26X射线的发展史2021/8/26§4.1X射线的本质1.X射线的本质是一种电磁波，与无线电波、可见光、紫外线、γ完全相同，仅是波长短而已。具有波粒二象性波动性：以一定频率、波长在空间传播；2021/8/261.X射线的本质粒子性：以光子形式辐射和吸收时具有一定的能量和动量，它们之间的关系为：2021/8/261.X射线的本质X射线的波长范围：0.00

3、1～10nm波长短的X射线为硬X射线，反之为软X射线X射线金属学常用波长在0.05～0.25nm之间，材料探伤波长在0.005～0.1nm2021/8/261.X射线的本质x-ray的性质：不可见，极强的穿透能力沿直线传播使底片感光、荧光板发光、气体电离杀死（伤）生物细胞2021/8/262.X射线的产生（1）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。（2）产生条件①产生自由电子；②使电子作定

4、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。2021/8/262.X射线的产生（3）过程演示X射线工作情况2021/8/262.X射线的产生封闭式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：是发射电子的地方。由钨丝制成，通电后，钨丝发热释放自由电子。X射线管2021/8/262.X射线的产生(2)阳极：亦称靶，是使电子突然减速和发射X射线的地方。良好的循环水冷却，防止靶熔化。(3)窗口：是X射线从阳极靶向外射出的地方。2个或4个专门材料（Be）制成的。(4)焦点：是指阳极靶面

5、被电子束轰击的地方，正是从这块面积上发射出X射线。2021/8/26§4.2X射线谱X射线谱可分为两部分：1）连续X射线谱；2）标识（特征）X射线谱。X射线谱指的是X射线的强度I随波长λ变化的关系曲线。X射线强度大小由单位时间内通过与X射线传播方向垂直的单位面积上的光量子数决定。λ特征X射线λmin相对强度I连续X射线2021/8/261.连续X射线谱定义：具有连续波长的X射线，构成连续X射线谱，它和可见光相似，亦称多色X射线。产生机理能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，

6、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。单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的，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。2021/8/261.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。它是由电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。管电压越高，λmin越小。2021/8/261.连续X射线谱连续X射线谱的总强度：连续X射线谱中每条曲线下的面积表示连续X射线的总强度。也是阳极靶发射出的X射线的总能量。当

7、增加X射线管压时，各种波长射线的相对强度一致增高，最大强度X射线的波长λmax和短波限λ0变小；2021/8/261.连续X射线谱λIi1i2i3管流i3>i2>i1λIMoAgW不同阳极当管压保持恒定、增加管流时，各种波长X射线的相对强度一致增高，但λmax和λ0数值大小不变当改变阳极靶元素时，各种波长的相对强度随靶元素的原子序数增加而增加2021/8/262.特征X射线谱定义：具有特定波长的X射线，由于波长反映了靶材特征，所以称为特征X射线，也称单色X射线。特征X射线产生过程在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能

8、量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激发态。较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，并以光子的形式辐射出特征X射线谱。2021/8/262.特征X射线谱特征X射线产生过程KγKαKβK系激发NMKLLαLβL系激发K态（击走K电子）L态（击走L电子）N态（击走N电子）击走价电子中性原