X射线物理学基础 PPT
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X射线物理基础.完整版PPT
2、特征 X 射线谱(特征谱/标识谱)
它是迭加在连续谱上的分立谱线，在 X 射线 谱中，特别窄，特别高的峰就是特征 X 射 线。
1）产生机理
2）特征谱线的命名
3）特征波长
1）产生机理
4）特征波长及其与z关系： Pt(Z=78)的质量吸收系数 μm 随入射 X 射线波长 λ 的变化 hν=hc/λ≥ev
1879年克鲁克斯曾抱怨放在他的阴极射线管附近的照相底片老出现模糊的阴影。
不同阳极靶材，在有不X同的射特线征谱管线中，波，长当不同阴λ~极z关发系射，由的19电14年子莫束塞萊轰（击MO阳SL极EY）的定过律确程定中。 ，当某个具有足 够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出，于是在低能级上出现空位，原 子的系统能量升高，系统处于激发状态。 这种激发态是不稳定的，随后便有较高能级上的电子向低能级上的空位跃 迁，使原子的系统能量重新降低而趋于稳定。在原子系统中，电子从高能级 向低能级的跃迁过程中多余的能量以光子的形式向外辐射特征 X 射线。
X 射线：波长0.001～10nm的电磁波； 高速电子撞击阳极(Cu、Cr等重金属)：热能(99%)+X射线(1%)
高速电子撞击 使阳极元素的内层 电子激发；产生X 射线辐射；
X 射线谱
X 射线谱是 X 射线强度I-波长λ的关系曲线
X 射线管产生的辐射按射 线谱特征分为连续 X 射线 和特征 X 射线两类。
波长一定而强度很强
与靶材、激发电压有 关，与管电流无管
特征谱的产生与靶材 原子内部结构有关如 Kα，Kβ
hn2n1 En2En1
En2和En1—— 分别为高能级和低能级电子的能量
n1 n2En1 hEn2 cR(Z)2 n2 2 1n1 2
第二章-X射线成像的物理基础
特征辐射
高速电子流轰击阳 极靶，将某些内层电子 击出，转移到外部壳层 或击出原子之外。
轨道电子从外层跃迁 到内层。放出特征X射 线光子。
1. 连续辐射(韧致辐射)：如果被靶阻挡的电子的能量，不越过一 定限度时，只发射连续光谱的辐射。这种辐射叫做轫致辐射。 连续光谱的性质和靶材料无关。
2. 特征辐射(标识辐射)：当电子的能量超过一定的限度时，可以 发射一种不连续的，它只有几条特殊的线状光谱，这种发射 线状光谱的辐射叫做特征辐射。 特征光谱和靶材料有关，不同的材料有不同的特征光谱这就是 为什么称之为“特征”的原因。
在压产生X射 线的时间
X射线的量：管电流×曝光时间（mA×s）
穿透物质 的能力
X射线的质：管电压（kV）
X射线的质/线质一般用于表示X射线的硬度(hardness of X-ray)
X射线的三个参量：
管电压(kVp) 管电流(mA) 曝光时间(s)
名称
极软X射线
X射线谱， 波长大致介于70～0.01 nm范围内的电磁
辐射，X射线谱由连续谱和标识谱两部分组成，标识谱重
叠在连续谱背景上。连续谱是由于高速电子受靶极阻挡而
产生的轫致辐射，其短波极限λ0由加速电压V决定：
0
=
hc eV
为普朗克常数，e为电子电量，c为真空中的光速。 标识谱是由一系列线状谱组成，它们是因靶元素内层
第二章 X线成像物理基础
章节目录
第1节 X线的本质 第2节 X射线的产生和影响因素 第3节 X线的各种作用 第4节 X射线与物体原子间相互作用 第5节 X线的量与质
我们视而不见的光亮，对于我们就是黑 暗。当我们清醒时，曙光才会破晓。来日方 长，太阳只是启明星。
《医学物理学》课件X射线
《医学物理学》课件：X射线一、引言医学物理学是物理学在医学领域中的应用，为医学研究和临床实践提供理论支持和实验方法。
X射线作为一种重要的医学成像技术，对于疾病的诊断和治疗具有重要意义。
本课件将详细介绍X射线的基本原理、产生方式、成像原理及其在医学领域的应用。
二、X射线的基本原理1.X射线的发现19世纪末，德国物理学家伦琴在实验中发现了X射线。
他发现，当阴极射线管中的电子高速撞击金属靶时，会产生一种穿透力极强的电磁波，即X射线。
2.X射线的特性（1）穿透性：X射线具有很强的穿透能力，可以穿透人体软组织，但无法穿透骨骼和重金属等高密度物质。
（2）荧光效应：X射线照射到某些物质上时，会使这些物质发出荧光，如X射线照射到硫化锌屏上，会发出明亮的蓝光。
（3）感光性：X射线可以激发感光物质，如胶片，产生潜影，从而实现成像。
（4）电离性：X射线具有一定的电离能力，可以使空气分子电离，产生电离效应。
三、X射线的产生1.X射线管X射线管是产生X射线的主要设备，由阴极、阳极和真空玻璃壳组成。
阴极发射电子，阳极接收电子并产生X射线。
阳极通常由钨、钼等高熔点金属制成，以承受高温。
2.X射线发生条件（1）高真空：X射线管内必须保持高真空状态，以避免空气分子对X射线的吸收和散射。
（2）高温阳极：阳极在高速电子撞击下，温度升高，产生X射线。
（3）高速电子流：阴极发射的电子在高压作用下，形成高速电子流，撞击阳极产生X射线。
四、X射线成像原理1.X射线成像X射线成像利用X射线的穿透性和感光性，将X射线透过人体或物体，使感光材料（如胶片）产生潜影，从而实现成像。
2.X射线成像设备（1）X射线摄影（X-rayRadiography）：利用X射线透过人体，使胶片感光，从而获得人体内部结构的影像。
五、X射线在医学领域的应用1.诊断（1）骨折、脱位：X射线成像可以清晰地显示骨骼结构，对骨折、脱位等外伤的诊断具有重要意义。
（2）肺部疾病：X射线成像可以观察肺部病变，如肺炎、肺结核等。
X射线的性质PPT课件
M K, K
M亚层K, K1， K2
10
特征X射线谱的特点
1) 需要最低的管电压Vk（激发电 压），它由阳极靶的原子序数Z决 定。 2) 靶不同，特征X射线谱的波长也 不同。 3) V>V激时,特征X射线谱的波长不 变，仅强度增大。
Mo靶X射线管的X射线强度曲线
11
1.4 X射线与物质相互作用
2、X射线产生的基本条件 • 产生自由电子； • 使电子作定向的高速运动; • 与靶材相互碰撞，突然减速。
4
3、X射线管的结构
阴极：灯丝(钨丝)，通电加热后便能释放出电子。
阳极：靶材，通常由纯金属制成(Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag, W等)，使电子
突然减速并发射X射线。
高压：使电子加速；25－50 KV
到达靶上的电子要经过多次碰撞，逐步把能 量释放到零，产生能量各不相同的辐射，因此 形成连续X射线谱。
特点： （1）强度随连续变化，
短波限0
（2）随电压增加，X强度增加；向短波方向移动， 存在短波限；
（3）不同电压，有不同的短波限0
6
产生短波限的原因：
假设电子在一次碰撞中将全部能量(h)一次转换为一个光量子（即X 射线），这个光量子具有最高能量（光量子能量不可能超过电子的能量）, 最高能量 最短波长。
俄歇电子的能量与激发源（光或电子）的能量无关，只取决于物质的 能级结构，是元素的特征值，俄歇效应特别适合做表面轻元素的分析。
俄歇电子
E＝（El－Ek）
15
3、X射线的吸收
X射线通过均匀物质,其强度的衰减符合下式:
dI dx I
I=I0e -t
其中μ为线吸收系数,表示在X 射线的传播方向上,单位长度物质引起X 射
第6章_X射线物理学基础
内层电子跃迁辐射x射线示意图45balmer线系跨越1个能级跨越2个能级跨越3个能级跨越1个能级跨越2个能级46三产生机理的分析5波长长而强度高在原子系统中各能级能量不同且各能级间能量差也不均布愈靠近原子核的相邻能级间的能量差愈大
1
第六章
X射线物理学基础
第六章 X射线物理学基础
2
第一节 X射线的性质 第二节 X射线的产生与X射线谱 第三节 X射线与物质的相互作用
3. X射线上述特性，成为研究晶体结构、进行元素分析、医 疗透视和工业探伤等方面的有力工具。
第二节 X射线的产生与X射线谱
24
一、X射线产生： 1. X射线：高速运动带电粒子（电子）与某物质相撞击后突 然减速或被阻止，与该物质中内层电子相互作用而产生的。 2. X射线产生条件： 1）产生并发射自由电子（加热W灯丝发射热电子）； 2）在真空中迫使电子作定向的高速运动（加速电子）； 3）在电子运动路经上设障碍，使其突然减速或停止（靶） 据此，就可理解X射线发生器的构造原理了。
2. 威廉· 康拉德· 伦琴（Wilhelm Konrad RÖntgen ）摄于1896年
4
1845年3月27日生于德国莱茵州雷 内普 （Lennep）镇。 1869年获苏黎世大学理学博士学位 1870年回德国维尔茨堡大学工作。 1894年任维尔茨堡大学校长。 1895年11月8日发现了X射线。 1900年任慕尼黑大学物理研究所教 授，主任。 1901年，获首届诺贝尔物理学奖。 1923年2月10日，在慕尼黑去世。
X射线波动性的表现（2）
17
4. 电场矢量E 随传播时间或传播距离变化呈周期性波动， 波振幅为 A（或E0）。 一束沿 y 轴方向传播的波长为λ的X射线波方程为：
1
第六章
X射线物理学基础
第六章 X射线物理学基础
2
第一节 X射线的性质 第二节 X射线的产生与X射线谱 第三节 X射线与物质的相互作用
3. X射线上述特性，成为研究晶体结构、进行元素分析、医 疗透视和工业探伤等方面的有力工具。
第二节 X射线的产生与X射线谱
24
一、X射线产生： 1. X射线：高速运动带电粒子（电子）与某物质相撞击后突 然减速或被阻止，与该物质中内层电子相互作用而产生的。 2. X射线产生条件： 1）产生并发射自由电子（加热W灯丝发射热电子）； 2）在真空中迫使电子作定向的高速运动（加速电子）； 3）在电子运动路经上设障碍，使其突然减速或停止（靶） 据此，就可理解X射线发生器的构造原理了。
2. 威廉· 康拉德· 伦琴（Wilhelm Konrad RÖntgen ）摄于1896年
4
1845年3月27日生于德国莱茵州雷 内普 （Lennep）镇。 1869年获苏黎世大学理学博士学位 1870年回德国维尔茨堡大学工作。 1894年任维尔茨堡大学校长。 1895年11月8日发现了X射线。 1900年任慕尼黑大学物理研究所教 授，主任。 1901年，获首届诺贝尔物理学奖。 1923年2月10日，在慕尼黑去世。
X射线波动性的表现（2）
17
4. 电场矢量E 随传播时间或传播距离变化呈周期性波动， 波振幅为 A（或E0）。 一束沿 y 轴方向传播的波长为λ的X射线波方程为：
《X射线衍射分析》全册完整教学课件
I连 =iZU 2
X射线管发射连续X射线的效率η为：
连续X射线总强度 X射线管功率
iZU 2
iU
ZU
当用钨阳极（Z=74），管电压为100kV时，η≈1%，可见效率是 很低的。
连续X射线的用途
连续X射线的用途不多，只有劳埃法才用它。 在其它方法中它只能造成不希望有的背景。
连续X射线（小结）
……
K系特征X射线
当原子K层的电子被打掉 出现空位时，其外面的L、M、 N…… 层 的 电 子 均 有 可 能 回 跃到K层来填补空位，由此 将产生K系特征X射线，
高能电子
包括L层电子回跃到K层产生的Kα特征X射线，M层电子回跃 到K层产生的 Kβ特征X射线和N层电子回跃到K层产生的Kγ 特征X射线。
适宜的管电压选用激发电压 的3-5倍，这时特征射线和连 续射线的强度比最大，峰背 比最高，对于利用特征射线 最为有利。
特征X射线的相对强度
特征X射线的相对强度决定于电子在各能级间的跃 迁几率。由于L层电子比M层电子跃入K层的几率 大，所以Kα线比Kβ线强。
因为L3子壳层上的电子数比L2子壳层上的电子数 多1倍。L3子壳层比L2子壳层的电子跃入K层的几 率大，所以Kα1线比Kα2线强。
X射线衍射分析全册完整 教学课件
X射线衍射分析
伦琴 1845-1923
1895年发现X射线 1896年正式发表 1901年获诺贝尔物理学奖
1912年，劳厄（Max Von Laue，1879-1960）证实
X射线穿过硫化锌晶体后会产生衍射，在底片上出
现四次对称的衍射斑点，既证实了X射线具有波动 性，又验证了晶体具有周期性，标志着原子尺度
这里的µm(= µl /ρ)称为质量吸收系数，表示单位 质量物质对X射线的吸收程度。它只与X射线的 波长以及吸收物质的原子序数有关，与材料的厚 度和密度无关。因此，它可以反映不同元素吸收 X射线的能力。
X射线管发射连续X射线的效率η为：
连续X射线总强度 X射线管功率
iZU 2
iU
ZU
当用钨阳极（Z=74），管电压为100kV时，η≈1%，可见效率是 很低的。
连续X射线的用途
连续X射线的用途不多，只有劳埃法才用它。 在其它方法中它只能造成不希望有的背景。
连续X射线（小结）
……
K系特征X射线
当原子K层的电子被打掉 出现空位时，其外面的L、M、 N…… 层 的 电 子 均 有 可 能 回 跃到K层来填补空位，由此 将产生K系特征X射线，
高能电子
包括L层电子回跃到K层产生的Kα特征X射线，M层电子回跃 到K层产生的 Kβ特征X射线和N层电子回跃到K层产生的Kγ 特征X射线。
适宜的管电压选用激发电压 的3-5倍，这时特征射线和连 续射线的强度比最大，峰背 比最高，对于利用特征射线 最为有利。
特征X射线的相对强度
特征X射线的相对强度决定于电子在各能级间的跃 迁几率。由于L层电子比M层电子跃入K层的几率 大，所以Kα线比Kβ线强。
因为L3子壳层上的电子数比L2子壳层上的电子数 多1倍。L3子壳层比L2子壳层的电子跃入K层的几 率大，所以Kα1线比Kα2线强。
X射线衍射分析全册完整 教学课件
X射线衍射分析
伦琴 1845-1923
1895年发现X射线 1896年正式发表 1901年获诺贝尔物理学奖
1912年，劳厄（Max Von Laue，1879-1960）证实
X射线穿过硫化锌晶体后会产生衍射，在底片上出
现四次对称的衍射斑点，既证实了X射线具有波动 性，又验证了晶体具有周期性，标志着原子尺度
这里的µm(= µl /ρ)称为质量吸收系数，表示单位 质量物质对X射线的吸收程度。它只与X射线的 波长以及吸收物质的原子序数有关，与材料的厚 度和密度无关。因此，它可以反映不同元素吸收 X射线的能力。
X射线物理学基础PPT课件
m K 43Z 3
μm
01—X射线物理学基础
μm
LІ LⅢ
LⅡ K
λ 理想μm随入射波长的变化
（Z一定）
λ 实际μm随入射波长的变化
（Z一定）
每种物质都有本身确定的一系列吸收限，这种带有特征吸收限的吸收 系数曲线称为该物质的吸收谱。吸收限的存在暴露了吸收的本质。
敦德励学 知行相长
μm
LІ LⅢ
XI’AN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY
敦 知材料研德究方法 第一行章 X射励线的物理特性 相学 长
敦德励行 知行相长
01—X射线物理学基础
1895年，德国物理学家伦琴（Rontgen W.C） 在研究阴极射线时发现了X射线。1901年，首届诺 贝尔物理学奖授予伦琴， 以表彰他发现了对物理 学界有重大影响意义的X射线。 X射线、放射性和 电子被称为世纪之交的三大发现。
1917 年 ， 英 国 巴 克 拉，发现了标识X射 线。
1921年，爱因斯坦， 光电效应。
1924年，瑞典卡尔·西 格班，X射线光谱学。
1937 年 ， 美 国 戴 维 森 和 英 国 G.P.汤姆孙，用晶体对电子进 行衍射。
敦德励学 知行相长
01—X射线物理学基础
劳埃在1912年进行的晶体衍射实验 结果证明：X射线是一种波长很短的电磁 波，也揭示了物质内部原子规则排列的 特性。
卡文迪许在热学理论、计温学、气象学、 沉睡了一百年的手稿。
大地磁学等方面都有研究。1798年他完成最 后的实验时，已年近七十。
敦德励学 知行相长
A eC
U
X射线
i
kV 220V
敦德励学 知行相长
01—X射线物理学基础
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X射线物理学基础 PPT
1895年，德国物理学家伦琴（Rontgen W.C） 在研究阴极射线时发现了X射线。1901年，首届诺 贝尔物理学奖授予伦琴， 以表彰他发现了对物理 学界有重大影响意义的X射线。 X射线、放射性和 电子被称为世纪之交的三大发现。
X射线的发现像一声春雷，唤醒了沉睡的物理学界。由此而引发了一系 列重大的发现，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现 代物理学的序幕。
特征X射线谱
Kα
当 管电 压 增 高到 Uk 时 ，在
连续谱上，会出现一系列强度很
Kβ
高、波长范围很窄的线状光谱，
它们的波长对一定材料的阳极靶
有严格恒定的数值，此波长可作
为阳极靶材的标志或特征，故称
为特征谱或标识谱。
λ/nm
特征谱的波长不受管电压、管电流的影响，只决定于阳极
靶材元素的原子序。莫塞莱定律表明：阳极靶材的原子序数越
质量吸收系数μm
ml /
II0em t I0em m
μm的物理意义：μm指X射线通过单位面积上单位质量物质后强度的相对
衰减量，是反映物质本身对X射线吸收特性的物理量。
μm取决于吸收物质的原子序数Z和X射线的波长λ 。
m K 43Z 3
可见，物质的原子序数越大，对X射线的吸收能力最强；对一定的吸 收体，X射线的波长越短，穿透能力越强，表现为吸收系数的下降。
50mA 40 30
92－U 78－Pt 74－W 47－Ag
2
30
20
10 1
20
0
λSWL0.05
10 0.1 0.15
λSWLλm
a）管电压的影响 b）管电流的影响
42－Mo 29－Cu
24－Cr 13－Al
λSWL λm
c）阳极靶原子序的影响
U、i、Z三个因素决定了连续谱的总强度，即
I连
m K 43Z 3
μm
μm
LІ LⅢ
LⅡ K
λ 理想μm随入射波长的变化
（Z一定）
λ 实际μm随入射波长的变化
（Z一定）
每种物质都有本身确定的一系列吸收限，这种带有特征吸收限的吸收 系数曲线称为该物质的吸收谱。吸收限的存在暴露了吸收的本质。
μm
LІ LⅢ
K
LⅡ
λ
μm随入射波长的变化（Z一定）
光电效应消耗大量入射能量，表现 为吸收系数突增，对应的入射波长即为 吸收限。光电效应所造成的入射能量消 耗就是真吸收。
在多晶材料的衍射分析中总是希望应用以特征谱为主的单色光源，即有
尽可能高的I特/I连。对K系谱线，当U/Uk＝4时I特/I连获最大值。所以X射线管适 宜的工作电压U≈（3～5）Uk。
当X射线与物质相遇时，会产生一系列效应，这是X射线应用的基础。
使气体电离
X-ray
使荧光物质发光 强的穿透能力
入射到某物质的X射线分为穿透和吸收两部分。
由入射X射线所激发出来的荧光X 射线和俄歇电子都是被照物质化学成分 的信号。
入射光量子
荧光X-ray
自由电子
二次X-ray
光量子
E
自由电子 俄歇电子
利用吸收限两侧吸收系数 差很大的现象可制成滤波片。 用来吸收不需要的辐射而得到 单色光源。
选择滤波片时应使其吸收 限满足：
K 光源 K 滤波片 K 光源
阳极靶材
X射线 阴极灯丝
A eC
U
X射线
i
kV 220V
板状阳极A和阴极C密封 在玻璃－金属管壳内；
阴极通电加热；
在阳极和阴极间加直流 高压U；
阴极产生的大量热电子 mA 将在高压电场作用下飞向
阳极；
热电子e轰击阳极的瞬间 产生X射线。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
连续X射线谱 ——X射线的波长从最小值λSWL（短波限）向长波
大，相应于同一系的特征谱波长越短。
1
K2Z
X射线的强度（相对单位）
Kα 入射电子
Kβ
MgKβ光子 MgKα光子
Mg
35kV
25 20
K
二次电子
L
（自由电子）
M
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
λ/nm
特征X射线的产生
由于在K激发态下，L层电子向K层跃迁的几率远大于M层跃 迁的几率，所以Kα谱线 国 G.P.汤姆孙，用晶体对电子进 行衍射。
劳埃在1912年进行的晶体衍射实验 结果证明：X射线是一种波长很短的电 磁波，也揭示了物质内部原子规则排列 的特性。
在电磁波谱上，X射 线处于紫外线和γ射线之间， 波长约为0.01～10nm，用 于衍射分析的X射线波长 一般为0.05～0.25nm。X射 线具有波粒二相性，而粒 子性表现突出，可视为具 有一定能量的光量子流。
x dx t
I0
I
X射线通过物质后的衰减
I
t
X射线强度随透入深度的 指数衰减关系
X射线通过深度为x 处的dx 厚度物
质，其强度的衰减dIx 与dx 成正比。
dI x Ix
l dx
线吸收系数
I elt I0
即I： I0elt
透射系数
线吸收系数μl表明物质对X射线的吸收特性。
l dxIIx1dx
可知，μl是X射线通过单位厚度（单位体积）物质的相对衰减量。
方向伸展，强度随波长连续变化，且在λm处有一最大值。
X射线的强度（相对单位）
λSWL
4
λm
3
2
1
0
0.05
0.1
0.15 λ（nm）
连续X 射线谱受管电压U、管电流i和阳极靶材的原子序数Z 三个因素作用。
X射线的强度（相对单位） X射线的强度（相对单位） X射线的强度（相对单位）
5
50kV
4
40 3
I()d
SWL
Κ1iΖ2U
产生连续谱时，X射线管的效率
I连 iU
K1ZU
可见，管电压越高，阳极靶材的原子序越大，X射线管的效率越高。
连续谱是如何形成的？为什么存在短波限？
一个光量子所可能获得的最大能量为
hmaxeU
max
eU h
c
SWL
此光量子的波长即为短波限λSWL
SW e h L U c 6 .6 1 2 1 . 6 3 J 0 6 4 s 1 0 2 . 1 9 C 0 2 9 U 1 9 8 m 0 8 s 1 1 .4 U 2 1 7 m 0
1905年，德国基尔大学 1914年，德国法兰克福大学 的勒纳德。阴极射线。 的劳厄，晶体的X射线衍射。
1915年，英国的亨利·布拉格和劳伦 斯·布拉格，X射线分析晶体结构。
1917 年 ， 英 国 巴 克 拉，发现了标识X 射线。
1921年，爱因斯坦， 光电效应。
1924年，瑞典卡尔·西 格班，X射线光谱学。
1895年，德国物理学家伦琴（Rontgen W.C） 在研究阴极射线时发现了X射线。1901年，首届诺 贝尔物理学奖授予伦琴， 以表彰他发现了对物理 学界有重大影响意义的X射线。 X射线、放射性和 电子被称为世纪之交的三大发现。
X射线的发现像一声春雷，唤醒了沉睡的物理学界。由此而引发了一系 列重大的发现，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现 代物理学的序幕。
特征X射线谱
Kα
当 管电 压 增 高到 Uk 时 ，在
连续谱上，会出现一系列强度很
Kβ
高、波长范围很窄的线状光谱，
它们的波长对一定材料的阳极靶
有严格恒定的数值，此波长可作
为阳极靶材的标志或特征，故称
为特征谱或标识谱。
λ/nm
特征谱的波长不受管电压、管电流的影响，只决定于阳极
靶材元素的原子序。莫塞莱定律表明：阳极靶材的原子序数越
质量吸收系数μm
ml /
II0em t I0em m
μm的物理意义：μm指X射线通过单位面积上单位质量物质后强度的相对
衰减量，是反映物质本身对X射线吸收特性的物理量。
μm取决于吸收物质的原子序数Z和X射线的波长λ 。
m K 43Z 3
可见，物质的原子序数越大，对X射线的吸收能力最强；对一定的吸 收体，X射线的波长越短，穿透能力越强，表现为吸收系数的下降。
50mA 40 30
92－U 78－Pt 74－W 47－Ag
2
30
20
10 1
20
0
λSWL0.05
10 0.1 0.15
λSWLλm
a）管电压的影响 b）管电流的影响
42－Mo 29－Cu
24－Cr 13－Al
λSWL λm
c）阳极靶原子序的影响
U、i、Z三个因素决定了连续谱的总强度，即
I连
m K 43Z 3
μm
μm
LІ LⅢ
LⅡ K
λ 理想μm随入射波长的变化
（Z一定）
λ 实际μm随入射波长的变化
（Z一定）
每种物质都有本身确定的一系列吸收限，这种带有特征吸收限的吸收 系数曲线称为该物质的吸收谱。吸收限的存在暴露了吸收的本质。
μm
LІ LⅢ
K
LⅡ
λ
μm随入射波长的变化（Z一定）
光电效应消耗大量入射能量，表现 为吸收系数突增，对应的入射波长即为 吸收限。光电效应所造成的入射能量消 耗就是真吸收。
在多晶材料的衍射分析中总是希望应用以特征谱为主的单色光源，即有
尽可能高的I特/I连。对K系谱线，当U/Uk＝4时I特/I连获最大值。所以X射线管适 宜的工作电压U≈（3～5）Uk。
当X射线与物质相遇时，会产生一系列效应，这是X射线应用的基础。
使气体电离
X-ray
使荧光物质发光 强的穿透能力
入射到某物质的X射线分为穿透和吸收两部分。
由入射X射线所激发出来的荧光X 射线和俄歇电子都是被照物质化学成分 的信号。
入射光量子
荧光X-ray
自由电子
二次X-ray
光量子
E
自由电子 俄歇电子
利用吸收限两侧吸收系数 差很大的现象可制成滤波片。 用来吸收不需要的辐射而得到 单色光源。
选择滤波片时应使其吸收 限满足：
K 光源 K 滤波片 K 光源
阳极靶材
X射线 阴极灯丝
A eC
U
X射线
i
kV 220V
板状阳极A和阴极C密封 在玻璃－金属管壳内；
阴极通电加热；
在阳极和阴极间加直流 高压U；
阴极产生的大量热电子 mA 将在高压电场作用下飞向
阳极；
热电子e轰击阳极的瞬间 产生X射线。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
连续X射线谱 ——X射线的波长从最小值λSWL（短波限）向长波
大，相应于同一系的特征谱波长越短。
1
K2Z
X射线的强度（相对单位）
Kα 入射电子
Kβ
MgKβ光子 MgKα光子
Mg
35kV
25 20
K
二次电子
L
（自由电子）
M
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
λ/nm
特征X射线的产生
由于在K激发态下，L层电子向K层跃迁的几率远大于M层跃 迁的几率，所以Kα谱线 国 G.P.汤姆孙，用晶体对电子进 行衍射。
劳埃在1912年进行的晶体衍射实验 结果证明：X射线是一种波长很短的电 磁波，也揭示了物质内部原子规则排列 的特性。
在电磁波谱上，X射 线处于紫外线和γ射线之间， 波长约为0.01～10nm，用 于衍射分析的X射线波长 一般为0.05～0.25nm。X射 线具有波粒二相性，而粒 子性表现突出，可视为具 有一定能量的光量子流。
x dx t
I0
I
X射线通过物质后的衰减
I
t
X射线强度随透入深度的 指数衰减关系
X射线通过深度为x 处的dx 厚度物
质，其强度的衰减dIx 与dx 成正比。
dI x Ix
l dx
线吸收系数
I elt I0
即I： I0elt
透射系数
线吸收系数μl表明物质对X射线的吸收特性。
l dxIIx1dx
可知，μl是X射线通过单位厚度（单位体积）物质的相对衰减量。
方向伸展，强度随波长连续变化，且在λm处有一最大值。
X射线的强度（相对单位）
λSWL
4
λm
3
2
1
0
0.05
0.1
0.15 λ（nm）
连续X 射线谱受管电压U、管电流i和阳极靶材的原子序数Z 三个因素作用。
X射线的强度（相对单位） X射线的强度（相对单位） X射线的强度（相对单位）
5
50kV
4
40 3
I()d
SWL
Κ1iΖ2U
产生连续谱时，X射线管的效率
I连 iU
K1ZU
可见，管电压越高，阳极靶材的原子序越大，X射线管的效率越高。
连续谱是如何形成的？为什么存在短波限？
一个光量子所可能获得的最大能量为
hmaxeU
max
eU h
c
SWL
此光量子的波长即为短波限λSWL
SW e h L U c 6 .6 1 2 1 . 6 3 J 0 6 4 s 1 0 2 . 1 9 C 0 2 9 U 1 9 8 m 0 8 s 1 1 .4 U 2 1 7 m 0
1905年，德国基尔大学 1914年，德国法兰克福大学 的勒纳德。阴极射线。 的劳厄，晶体的X射线衍射。
1915年，英国的亨利·布拉格和劳伦 斯·布拉格，X射线分析晶体结构。
1917 年 ， 英 国 巴 克 拉，发现了标识X 射线。
1921年，爱因斯坦， 光电效应。
1924年，瑞典卡尔·西 格班，X射线光谱学。