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第二章 X射线的产生与性质 绪 论一．X射线实验技术的发展概况?1895年，德国物理学家伦琴（W.K.Rontgen)，作阴极射线实验时，发现了一种不可见的射线，由于当时不知它的性能和本质，故称X射线，也称伦琴射线。?1909年，巴克拉（Barkla)利用X射线，发现X射线与产生X射线的物质（靶）的原子序数（Z）有关，由此发现了标识X射线，并认为此X射线是原子内层电子跃迁产生。?1908~1909年，德国物理学家Walte.Pohl，将X射线照金属（相当于光栅），产生了干涉条纹。?1910年，Ewald发现新散射现象，劳埃由此得出：散射间距（即原子间距）近似于1A数量级。?1912年，劳埃提出非凡预言：X射线照射晶体时，将产生衍射。随后，为解释衍射图象，劳埃提出了劳埃方程；?1913年，布拉格父子导出了简单实用的布拉格方程；随后，厄瓦尔德把衍射变成了图解的形式：厄瓦尔德图解?1913~1914年，莫塞莱定律的发现，并最终发展成为X射线光谱分析及X射线荧光分析。?X射线衍射理论已基本完善，是一门相当成熟的学科，而X射线衍射技术仍在不断发展，近年来，发展尤为显著，其主要方面和原因有：?（1）新光源的发明：转靶、同步辐射、X射线激光、X射线脉冲源，高效率、强光源，使测量精度提高4个数量级。?（2）新的探测器：由气体探测器到固体探测器，高分辨率、高灵敏度，使测量提高2个数量级。?（3）新的数据记录及处理技术：高度计算机化 ?a. 实验设备、实验数据全自动化；?b. 数据分析计算程序化； ?c. 衍射花样的计算机模拟。 二．X射线分析在金属材料领域中的主要应用 ?物相分析?点阵常数的精确测定?织构的测定?此外还有：晶粒大小的测定，应力测定等等。?第二章 X射线的产生和性质（即X射线物理学）重点：X射线的电磁波本质；两种X射线谱的成因及其实验规律；X射线与物质（试样）相互作用的物理效应及意义。（首先对探测所用的辐射进行了解，然后对探测对象——晶体进行了解）第一节 X射线的本质 1.１ 性质 1895年德国物理学家伦琴（W.K.Rontyen）在研究阴极射线时，发现一种新的射线。后人为纪念发现者，称之为“伦琴射线”。伦琴在实验室的发现表明：X射线是用人的肉眼不可见的，但能使某些物质（铂氰化钡）发出可见荧光；具有感光性，能使照相底片感光；具有激发本领，使气体电离。X射线沿直线传播，经过电场时不发生偏转；具有很强的穿透能力，波长越短，穿透物质的能力越大；与物质能相互作用。另外，X射线通过物质时可以被吸收，使其强度衰减，偏振化——即经物质后，某些方向强度强，某些方向弱；能杀死生物细胞，实验中要特别注意保护。1.2 本质——X射线是一种电磁波，有明显的波粒二象性 X射线的波长为 λ=10-10cm～10-6cm，即或更短。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或第二节 X射线的产生和设备 2.1 X射线的产生条件 实验证明，高速运动着的电子突然被阻止时，伴随着电子动能的消失或转化，会产生X射线。因此，要获得X射线，必须满足以下条件：⑴产生并发射自由电子的电子源，如加热钨丝发射热电子；⑵在真空中（一般为10-6mmHg），使电子作定向的高速运动；⑶在高速电子流的运动路程上设置一障碍物（阳极靶），使高速运动的电子突然受阻而停止下来。这样，靶面上就会发射出X射线。上述条件构成了X射线发生装置的基本原理，如图2-3所示。图2-3 X射线发生装置?2.2 X射线的工作原理及结构2.2.1 X射线管基本工作原理 高速运动的电子与物体发生碰撞时，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射线的能量产生X射线，其中绝大部分能量（约左右）转变成热能使物体（靶）温度升高。2.2.2 X射线管的基本构造图2-4 X射线管示意图?X射线管有一个上限的使用额定功率，它是由阴阳极之间的加速电压（又称管电压）和阴极可能提供的电子束流（又称管电流）所决定。2.2.3 特殊结构的X射线管 ⑴旋转阳极X射线管：采用适当的方法使阳极高速旋转，这样，可使靶面受电子轰击的部位——焦斑随进改变，有利于散热，可以提高X射线管的额定功率几倍到几十倍。⑵细聚焦X射线管：在X射线管阴阳极之间，添加一套静电透镜或电磁透镜，使阴极发射的电子束聚焦在阳极上，焦斑只有几个微米到几十微米。虽然电子束流减小，但因焦斑小，单位焦斑面积发射的X射线强度增加。这种X射线管，除了可以缩短拍摄照片得到极细的X射线束，有利于提高结构分析的精度。2.3 X射线探测与防护 因X射线是人类肉眼看不见的射线，必须使用专门的设备和仪器进行间接探测。探测X射线的主要仪器设备是：荧光屏、照相底片和探测器等。过量的X射线对人