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时间:2020-09-17
《X射线物理基础(08材料物理)ppt课件.ppt》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第一章X射线物理学基础伟大的物理学家,X射线发明者------伦琴08材料物理NaCl晶体的三维空间点阵X射线的应用.1895年德国物理学家---“伦琴”发现X射线.1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、传播、穿透力等大部分性质.1901年伦琴获诺贝尔奖.1912年劳埃进行了晶体的X射线衍射实验X射线最早的应用在X射线发现后几个月医生就用它来为病人服务右图是纪念伦琴发现X射线100周年发行的纪念封X射线的性质人的肉眼看不见X射线,但X射线能使气体电离,使照相底片感光,能穿过不透明的物体,还能使荧光物质发出荧光。X射线呈直线传播,在电场和磁场中不发生偏转;当穿过物体时仅部分
2、被散射。X射线对动物有机体(其中包括对人体)能产生巨大的生理上的影响,能杀伤生物细胞。波长很短的电磁波0.01~100Å用于晶体分析的λ=0.5~2.5Å具有波粒二象性波动性:以一定频率、波长在空间传播;微粒性:以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量、能量和动量。x射线的本质X射线具有波粒二相性X射线的强度是衍射波振幅的平方(),也是单位时间内通过单位截面的光量子数目。X射线的产生及X射线管X射线的产生:X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后减速,且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。1X射线的发生装置X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速,或与该物质中的内层电子相互
3、作用而产生的。X射线冷却水4、积上发射出来的。焦点的尺寸和形状是X射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯丝的形状,螺形灯丝产生长方形焦点X射线衍射工作中希望细焦点和高强度;细焦点可提高分辨率;高强度则可缩短暴光时间旋转阳极上述常用X射线管的功率为500~3000W。目前还有旋转阳极X射线管、细聚焦X射线管和闪光X射线管。因阳极不断旋转,电子束轰击部位不断改变,故提高功率也不会烧熔靶面。目前有100kW的旋转阳极,其功率比普通X射线管大数十倍。旋转阳极X射线谱---连续X射线谱X射线强度与波长的关系曲线,称之X射线谱。在管压很低时,小于20kv的曲线是连续变化的,故称之连续X射线谱,即连续谱。连续谱变化规律i5、1i2i3λI管流i3>i2>i1Iλ连续谱的总强度与效率连续谱的总强度决定于U,I,Z三因素,即当X射线管仅产生连续谱时,其效率为:X射线管的效率X射线管的效率η,是指电子流能量中用于产生X射线的百分数,即随着原子序数Z的增加,X射线管的效率提高,但即使用原子序数大的钨靶,在管压高达100kv的情况下,X射线管的效率也仅有1﹪左右,99%的能量都转变为热能。对连续X射线谱的解释1根据经典物理学的理论,一个带负电荷的电子作加速运动时,电子周围的电磁场将发生急剧变化,此时必然要产生一个电磁波,或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相同,因而得到的电磁波将6、具有连续的各种波长,形成连续X射线谱。对连续X射线谱的解释2量子力学概念,当能量为ev的电子与靶的原子整体碰撞时,电子失去自己的能量,其中一部分以光子的形式辐射出去,每碰撞一次,产生一个能量为hv的光子。大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同,而且还有多次碰撞,因而产生不同能量不同强度的光子序列,即形成连续谱。极限情况下,能量为ev的电子在碰撞中一下子把能量全部转给光子,那么该光子获得最高能量和具有最短波长,即短波限λ0。都有一个最短波长,称之短波限λ0,强度的最大值在λ0的1.5倍处。eV=hvmax=hc/λ0λ0=1.24/V(nm)X射线谱---特征X射线谱当管电压超过某7、临界值时,特征谱才会出现,该临界电压称激发电压。当管电压增加时,连续谱和特征谱强度都增加,而特征谱对应的波长保持不变。钼靶X射线管当管电压等于或高于20KV时,则除连续X射线谱外,位于一定波长处还叠加有少数强谱线,它们即特征X射线谱。钼靶X射线管在35KV电压下的谱线,其特征x射线分别位于0.63Å和0.71Å处,后者的强度约为前者强度的五倍。这两条谱线称钼的K系特征X射线的产生机理特征X射线的产生机理与靶物质的原子结构有关。原子壳层按其能量大小分为数层,通常用K、L、M、N等字
4、积上发射出来的。焦点的尺寸和形状是X射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯丝的形状,螺形灯丝产生长方形焦点X射线衍射工作中希望细焦点和高强度;细焦点可提高分辨率;高强度则可缩短暴光时间旋转阳极上述常用X射线管的功率为500~3000W。目前还有旋转阳极X射线管、细聚焦X射线管和闪光X射线管。因阳极不断旋转,电子束轰击部位不断改变,故提高功率也不会烧熔靶面。目前有100kW的旋转阳极,其功率比普通X射线管大数十倍。旋转阳极X射线谱---连续X射线谱X射线强度与波长的关系曲线,称之X射线谱。在管压很低时,小于20kv的曲线是连续变化的,故称之连续X射线谱,即连续谱。连续谱变化规律i
5、1i2i3λI管流i3>i2>i1Iλ连续谱的总强度与效率连续谱的总强度决定于U,I,Z三因素,即当X射线管仅产生连续谱时,其效率为:X射线管的效率X射线管的效率η,是指电子流能量中用于产生X射线的百分数,即随着原子序数Z的增加,X射线管的效率提高,但即使用原子序数大的钨靶,在管压高达100kv的情况下,X射线管的效率也仅有1﹪左右,99%的能量都转变为热能。对连续X射线谱的解释1根据经典物理学的理论,一个带负电荷的电子作加速运动时,电子周围的电磁场将发生急剧变化,此时必然要产生一个电磁波,或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相同,因而得到的电磁波将
6、具有连续的各种波长,形成连续X射线谱。对连续X射线谱的解释2量子力学概念,当能量为ev的电子与靶的原子整体碰撞时,电子失去自己的能量,其中一部分以光子的形式辐射出去,每碰撞一次,产生一个能量为hv的光子。大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同,而且还有多次碰撞,因而产生不同能量不同强度的光子序列,即形成连续谱。极限情况下,能量为ev的电子在碰撞中一下子把能量全部转给光子,那么该光子获得最高能量和具有最短波长,即短波限λ0。都有一个最短波长,称之短波限λ0,强度的最大值在λ0的1.5倍处。eV=hvmax=hc/λ0λ0=1.24/V(nm)X射线谱---特征X射线谱当管电压超过某
7、临界值时,特征谱才会出现,该临界电压称激发电压。当管电压增加时,连续谱和特征谱强度都增加,而特征谱对应的波长保持不变。钼靶X射线管当管电压等于或高于20KV时,则除连续X射线谱外,位于一定波长处还叠加有少数强谱线,它们即特征X射线谱。钼靶X射线管在35KV电压下的谱线,其特征x射线分别位于0.63Å和0.71Å处,后者的强度约为前者强度的五倍。这两条谱线称钼的K系特征X射线的产生机理特征X射线的产生机理与靶物质的原子结构有关。原子壳层按其能量大小分为数层,通常用K、L、M、N等字
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