最新1 X射线的产生和性质教学讲义PPT.ppt

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1、1X射线的产生和性质X射线的发现◆1895年，德国物理学家伦琴研究阴极射线时发现，由于对其本质不了解，称为X射线，亦称伦琴射线Roentgen2X射线的发现劳厄(1879～1960)德国物理学家1912年发现了X射线通过晶体时产生的衍射现象，从而导致了X射线衍射技术的诞生，它成为研究晶体内部结构的重要技术手段。他因此项成果于1914年获奖。3X射线的应用◆X射线广泛地应用医学、工程、材料、宇航事业上。例如：人体探伤晶体结构分析材料和构件无损探伤7X射线的本质◆X射线的本质是电磁波，波长处于紫外线的上端，因此，不能用肉眼观察到8X射线本质的揭示◆1

2、912年，德国物理学劳厄等人利用晶体光栅观察到X射线的衍射现象，证实X射线的本质是电磁波◆英国物理学家布拉格父子利用X射线衍射方法测定了NaCl晶体结构，开始了X射线晶体结构分析的历史9X射线的本质◆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◆X射线和可见光一样属于电磁辐射，但其波长比可见光短得多，介于紫外线与γ射线之间，约为0.01—10nm的范围10X射线的本质◆X射线的波动性X射线的本质为电磁波，其磁场分量在与物质相互作用中效应很弱，所以只考虑电场分量A。一束沿y方向传播的波长为λ的X射线波方程表示为：11X射线的本质◆X射线

3、的频率大约是可见光的103倍，所以它的光子能量比可见光的光子能量大得多，表现明显的粒子性◆由于X射线波长短、光子能量大的两个基本特性，所以，X射线光学（几何光学和物理光学）虽然具有和普通光学一样的理论基础，但两者的性质却有很大的区别，X射线与物质相互作用时产生的效应和可见光也迥然不同12X射线的本质◆X射线和其它电磁波一样，能产生反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振和吸收等现象◆在通常实验条件下，很难观察到X射线的反射◆对于所有的介质，X射线的折射率n都很接近于1（但小于1），所以几乎不能被偏折到任一有实际用途的程度，不可能像可见光那样用透镜成像1

4、3X射线的本质◆因为n≈1，所以只有在极精密的工作中才需考虑折射对X射线作用介质的影响◆X射线能产生全反射，但是其掠射角极小，一般不会超过20‘～30’◆在物质的微观结构中，原子和分子的距离（1～10埃左右）正好落在X射线的波长范围内，所以物质（特别是晶体）对X射线的散射和衍射能够传递极为丰富的微观结构信息14X射线的本质◆大多数关于X射线光学性质的研究及其应用都集中在散射和衍射现象上，尤其是衍射方面◆X射线衍射方法是当今研究物质微观结构的主要方法15X射线的本质◆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

5、相分析◆软X射线：波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱，可用于分析非金属的分析◆X射线波长的度量单位常用埃（A）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=10A=m1kX=1.0020772±0.000053A(1973年值）16X射线的本质◆粒子性●特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电效应；二次电子等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6.625×10-34J.sc——

6、X射线的速度，等于2.998×1010cm/s.17X射线的产生原理◆通过高速电子流轰击金属靶能产生X射线：X射线管结构18X射线的产生原理◆X射线管是X射线产生器，由它产生X射线◆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99%的能量转换为热量，而1%的能量转换为X射线：19X射线的产生◆X射线产生的三个基本条件●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：20◆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●阴极：阴极是发射电子的地方●阳极

7、：亦称靶，是使电子突然减速和发射X射线的地方●窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方●焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方，正是从这块面积上发射出X射线：21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（回车键演示）X射线的产生过程演示40KV高压220V400mA电流22X射线的产生◆当给阴极和阳极之间加上极高的电压（40KV/40mA）的高压时，阴极产生高速电子打击在阳极（Cu）上，产生热量和X射线◆整个阴极和阳极封装在一个真实玻璃管中。在阳极的四边，开设四个小窗口，两个为长形，两个为圆点。长形焦斑用

8、于衍射仪，尺寸为1×10㎜2，而窗口与靶面成3~5°：23X射线束的形状：灯丝阳极X-RAY窗口两种焦斑◆由长焦斑结窗口（6°）得到0.