第二章X射线物理学基础预案.ppt

2- 前一章内容回顾 空间点阵 晶（向）面指数 倒易点阵定义和倒易矢量的基本性质 晶带定律 2-1 x射线的发现及x射线学发展过程 2-2 x射线与电磁波谱 2-3 x射线的产生及x射线谱（连续谱和标识谱） 2-4 x射线与物质的相互作用 2-5 x射线的探测、防护及应用 画线部分为重点。 对x射线的发现和应用有巨大贡献的科学家 德国物理学家伦琴（1895年）（发现了未知射线） 德国物理学家劳厄（1912年）（证明x射线的波动性） 英国布拉格父子（1912年）（简洁形式描述晶体对x射线的衍射现象，推动了x射线的应用） 2-3 x射线的产生及x射线谱 一、X射线的产生 (1)产生原理； (2)产生条件； (3)X射线管； 二、X射线谱 (1)连续X射线； (2)标识X射线。 一、x射线的产生 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。 （水冷） a.产生自由电子； b.使电子作定向的高速运动; c.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。 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：阴极是发射电子的地方。 (2)阳极：亦称靶，是使电子突然减速和发射X射线的地方。 二、X射线谱 由X射线管发射出来的X射线可以分为两种类型： (1)连续X射线； (2)标识X射线。 （1）连续X射线 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。 特性； 短波限； 产生机理； X射线的强度。 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。 相互关系为： 式中 e——电子电荷，等于 库仑； V——电子通过两极时的电压降； h——普朗克常数，等于 产生机理 高能电子与阳极靶的原子碰撞时，受靶中原子核的库仑场作用而速度骤减，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，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。高速电子进入靶内不同深度，损失的动能有各种数值，使射线(光子)波长连续变化,形成连续谱。 X射线的强度 X射线的强度是指垂直X射线传播方向的单位面积上在单位时间内所通过的光子数目的能量总和。 常用的单位是J/(cm2·s) . X射线的强度I是由光子能量hv和它的数目n两个因素决定的,即I=nhv.连续X射线强度最大值在1.5λ0 ,而不在λ0处。 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。 实验证明，I与管电流i、管电压V、阳极靶的原子序数Z存在如下关系： 且X射线管的效率为: (2)标识X射线（特征x射线） 是在连续谱的基础上叠加若干条具有一定波长的谱线，它和可见光中的单色相似，亦称单色X射线。 1.标识X射线的特征 ; 2.产生机理 ; 3.K系激发机理 ; 4.莫塞莱定律； 5.标识X射线的强度特征。 标识X射线的特征 当电压达到临界电压时，发出标识谱线； 随电压增加，标识谱线的波长不变化， 强度增强。 如钼靶K系标识X射线有两个强度高峰为Kα和Kβ ，波长分别为0.71 ?和0.63 ?. 激发电压：发出标识x射线的最低电压或临界电压。 产生机理 标识X射线谱的产生机理与阳极靶物质的原子内部结构紧密相关的。原子系统内的电子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各个能级。在电子轰击阳极的过程中，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标识X射线谱。 K系激发机理及命名 K层电子被击出时，原子系统能量由基态升到K激发态，高能级电子向K层空位填充时产生K系辐射。 L层电子填充空位时， 产生Kα辐射；M层电子 填充空位时产生Kβ辐 射。 由能级可知，Kβ辐射的光子能量大于Kα的能量，但K层与L层为相邻能级，故L层电子填充几率大，所以Kα的强度约为Kβ的5倍。 标识X射线的强度特征 K系标识X射线的强度与管电压、管电流的关系为： 当I标/I连最大，工作电压为K系激发电压的3～5倍时，连续谱造成的衍射背影最小。 莫塞莱定律 标识X射线谱的频率和波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，是物质的固有特性。且存在