x射线物理学基础

x射线具有很强的穿透物质的能力，经过电场 和磁场时不发生偏转，当穿过物质时x射线可 被偏振化．可被吸收而使强度减弱，它能使空 气或其它气体电离，能激发荧光效应，使照相 片感光，并能杀死生物细胞与组织。
它成为研究晶体结构，进行元素分析，以及医 疗透射照像和工业探伤等多方面问题的有力工 具。
§2 x射线谱
当X射线管中高速运动的电子和阳极靶碰撞时 、产生极大的负加速度，电子周围的电磁场将 发生急剧的变化，辐射出电磁波。由于大量电 子轰击阳极靶的时间和条件不完全相同，聚射 出的电磁波具有各种不同的波长，因而形成了 连续X射线谱。
根据量子力学观点、能量为eV的电子和阳极靶 碰撞时产生光子，从数值上看光子的能量应该 小于或最多等于电子的能量。
1914年 劳埃(德)
获诺贝尔物理奖
1915年 布拉格父子(英) 获诺贝尔物理奖
1936年 德拜(英/荷) 获诺贝尔化学奖
1962年 奥森等3人
获诺贝尔生物奖
1964年 霍奇金(英/埃) 获诺贝尔化学奖
1985年 豪普特曼等2人 获诺贝尔化学奖
…………
X射线衍射法结构测定
X射线荧光光谱成分分析
x射线物理学基础
x射线谱指的是x射线的wenku.baidu.com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。
实验表明，x射线管阳靶发射出的X射线 谱分为两类：连续x射线谱和特征x射线 谱。
一、 连续x射线谱
连续x射线是高速运动的电子被阳极靶突 然阻止而产生的。
它由某一短波限λ0开始直到波长等于无 穷大λ∞的一系列波长组成。
3．施加在阴极和阳极之间的高压，用以加速 自由电于朝阳极靶方向加速运动，如高压发生 器；
4．将阴阳极封闭在＞10-3Pa的高真空中，保 持两极纯洁，促使加速电子无阻地撞击到阳极 靶上。
二、X射线发生装置基本原理
三、X射线的本质
X射线的波动性与粒子性是X射线具有的客观属 性
1 、X射线的波动性
连续x射线谱有短波限λ0存在，且与电压成反比。 但是，在被加速的电子中的大多数高速电子与阳 极靶撞击时，其部分能量ε’要消耗在电子对阳极 靶的各种激发作用上，所以转化为X射线光量子 的能量要小于加速电子的全部能量，即ε＝eV—ε’ 。
—个电子有时要经过几次碰撞才能转换 成光量子，或者一个电子转换为几个光 量子，这说明大多数辐射的波长均应大 于短波极限λ0，因而组成了连续X射线谱 。
实验规律：
1)当增加x射线管压时，各种波长射线的 相对强度—致增高，最大强度X射线的波 长λm和短波限λ0变小。
2)当管压保持恒定、增加管流时．各种 波λ0数长值x射大线小的不相变对。强度一致增高，但λm和
3)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。
电动力学和量子力学的知识解释
库伦坎普弗(Kulenkampff)综合各种连续x 射线强度分布的实验结果，得出一个经 验公式
此式说明，连续谱的总强度与管电流强 度I、靶的原子序数Z以及管电压V的平方 成正比。
X射线管的效率η定义为x射线强度与x射 线管功率的比值，即
当用钨阳极管Z＝74，管电压为100kv时 ，x射线管的效率为1%或者更低，这是 由于x射线管中电子的能量绝大部分在和 阳极靶碰撞时产生热能而损失，只有极 少部分能量转化为x射线能。
它具有如下实验规律：如图5—2。
连续X射线由高真空度的X射线管产生。当 热阴极发射出热电子后，电子在几万电子伏高 压电场下被加速，电子流撞击到阳极靶上，当 高速电子撞击靶面时，受到靶材料原子核的库 仑力作用而突然减速，使电子周围电磁场发生 急剧变化。电子的部分动能转变为X射线辐射 能。由于撞击到阳极靶上的电子并不都是以同 样的方式受到原子核的库仑力作用，其中有些 电子在一次碰撞中立即释放出全部能量而停止 运动，有些电子则与靶材料发生多次碰撞才逐 步失去动能而停止运动，从而产生了不同波长 的X射线。对于大量电子射到靶材料来讲，其 能量损失或转变是一个随机变量，因而产生各 种波长的连续X射线。
2、x射线粒子性．
x射线在空间传播具有粒子性，或者说x射线是 由大量以光速运动的粒子组成的不连续的粒子 流。这些粒子叫光量子
每个光量子具有能量hγ是X射线的最小能量单 位。
当它和其他元素的原子或电子交换能量时只能 一份一份地以最小能量单位被原于或电子吸收 ，由式(5—1)可见．对不同频率v或波长λ的x射 线，光量子的能量是不同的。
1912年、劳厄(M.v.Lnue)等利用晶体作为产生 x射线衍射的光栅，使x射线产生衍射，证实了 x射线本质上是一种电磁波，波动性是其本性 的—个方面。
它与可见光一样，x射线以光速沿直线传播， 其电场强度矢量E和磁场强度矢量H相互垂直 ，并位于垂直于x射线传播方向的平面上。
x射线波长范围为10—0.001nm，在X射 线金属学中，常用的波长约在0.25— 0.05nm之间，用于材料探伤的x射线波长 在0.1—0.005nm之间，一般波长短的x射 线称为硬x射线．反之称为软X射线。
x射线物理学基础
2020年4月22日星期三
开创了人类认 识物质微观结 构的新纪元
发展了X射线 的衍射理论
1912年劳埃（Laue ）
X射线的发现和广泛应用是廿世纪科学发展 中最伟大成就之一
围绕X射线发现 、发展和应用 而进行科研工 作的科学家获 诺贝尔奖的就 有近卅人之多
1901年 伦琴(英)
获诺贝尔物理奖
§1 x射线的本质 §2 x射线谱 §3 x射线与物质相互作用
§1 x射线的本质
1895年德国物理学家伦琴(W.K．Rontyen) 在研究阴极射线时，发现了—种新的射线。 后人为纪念发现者，称之为“伦琴射线”
实验表明，高速运动的电子被物质(如阳极 靶)阻止时，伴随电子动能的消失与转化， 会产生x射线。
X射线是一种短波长（0.005-10nm） 、高能量（2.5×105-1.2×102）的电磁波 。它是原子内层电子在高速运动电子流 冲击下，产生跃迁而发射的电磁辐射。
一、x射线须具备如下条件：
1．产生自由电子的电子源，如加热钨丝发射 热电子；
2．设置自由电子撞击靶子，如阳极靶，用以 产生x射线；