第1章X射线的物理学基础-2012课件.ppt

第一章X射线物理学基础 本章主要内容 X射线的波长范围 X射线是一种波长较短的电磁辐射： 波长0.01 ~ 10nm；能量：124 keV - 0.124 keV 其短波段与γ射线长波段相重叠，其长波段则与真空紫外的短波段相重叠。 X射线的能量 量子理论将X射线看成由一种量子或光子组成的粒子流，每个光子具有的能量为： (依据X射线的波长即可计算出其能量) 人们根据X射线的干涉和衍射现象，确定了X射线具有波动性。然而，波动理论对X射线的短波限、光电效应、荧光辐射和康谱顿散射等现象则无法解释。所以，波动性仅仅是X射线本性的一个方面。在大量科学实验的基础上，人们又认识到X射线本质的另一个方面—粒子性。即X射线在空间传播时，也具有粒子性。 X射线的性质： 1）X射线能使照相底片感光； 2）X射线有很大的贯穿本领； 3）X射线能使某些物质的原子、分子电离； 4）X射线是不可见光，它能使某些物质发出可见光的荧光； 5）X射线本质上是一种电磁波，同此它具有反射、折射、衍射、偏振等性质 综上所述，X射线和一切微观粒子（电子、中子、质子等）一样，都同时具有波动性及粒子性双重特性，简称波粒二象性。它的波动性主要表现为以一定的频率和波长在空间传播，反映了物质运动的连续性；它的粒子性主要表现为以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量、能量和动能，反映了物质运动的分立性。 波粒二象性是X射线的客观属性，二者是相互补充的，在不同的实验条件下，它们有时波动性表现明显，有时粒子性表现明显。由于X射线波长短，频率高，光子能量相对来说比较大，因此它的粒子性比较明显。 此外，X射线具有很强的穿透物质的能力，经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、可被吸收而强度衰减，它能使空气或其他气体电离，能激发荧光效应，使照相底片感光，并能杀死生物细胞与组织等。 由于X射线具有上述一系列性质，使它成为研究晶体结构、进行元素分析、工业探伤和医疗透视等多种问题的有力工具。 迷人的X光片~~在X射线下，任何东西都会很美！！ 一、X射线管的种类 关于阴极射线管式发生器，自伦琴以来已有了很多发展，突出表现在X射线管的功率、光强上，因光强越强，灵敏度就越高，分辨率也越好，还可减少实验的时间。当然，在结构、材料等许多方面也有许多变化。从构造上来讲可分为两类，即密封式X射线管及旋转阳极式X射线管。 X射线管实际上就是一只特殊的高压二极真空管，其中有阴极和阳极，外有玻璃壳。按发生电子的方式来分，有： 1、热阴极X射线管； (1)密封式灯丝X射线管；(2)可拆式灯丝X射线管。 2、冷阴极X射线管 X射线管的种类 密封式X射线管实际上就是一只特殊的高压二极真空管，其中有阴极和阳极，外有玻璃壳。按发生电子的方式来分，有： 1、热阴极X射线管； (1)密封式灯丝X射线管；(2)可拆式灯丝X射线管。 2、冷阴极X射线管 X射线管 (3)窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。 (4)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。 X射线管的结构为： 精密陶瓷X射线管 近年来Philips公司推出了一种陶瓷管，其构造与前述封闭管基本一样，只是用陶瓷代替了玻璃。 三、X射线光源的新发展 (1)旋转阳极X射线管：一般的X射线管，往往因受散热的限制，管功率不大，主要原因是功率过大，会造成阳极靶过热而烧熔。所以发展了一种旋转阳极的X射线管。其阳极靶是一个用金属作成的圆盘，利用电动机使阳极以每分钟数千转的速度旋转，这样使得靶面受电子束轰击的位置随时间改变，因此可以达到散热快的效果。其制造困难之处在于转动部分的真空密封问题。旋转阳极X射线管的功率可比固定阳极管的功率大数十倍。目前已有100KW的旋转阳极X射线管。 旋转阳极X射线管的关键技术是使阳极靶高速旋转（2000～6000转/min），这带来了如何密封真空和密封冷却水的问题。 旋转阳极X射线管的另一特点是德国生产的阳极靶是由铜和钼两种材料混合制成的。故同时可以得到两种不同波长的X射线，可选择使用。 最流行的、操作管理比较方便的转靶X射线发生器的总功率已从6kW、12kW发展到现在的18kW。靶的直径一般小于100mm，比较轻，操作方便。 D/max2550VPC仪器外观 X射线衍射实验仪器 –转靶机 X光管室 X光管室（内有Mo阳极，在高压作用下发射X射线） 热电偶列阵，测量温度。 旋转靶台 （2）同步辐射 什么