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第一章X 射线的性质 1.1 X射线的物理学基础 1.1.1 X射线的本质 1895年德国科学家伦琴在研究高能电子与物质相互作用时发现了一种射线由于其不可见、不可知其本质，故命名为X射线。 基本特征：a）穿透力强——医疗 b）能使底片感光 c）能使荧光物质发光 d）能使气体电离 e）对生物细胞有杀伤作用 研究发现X-射线和无线电波、可见光一样都是电磁波，只不过波长很短，在10－6－10－10CM之间。图1－1光谱与分析方法的对应图。 它与其他电磁波一样，具有波粒二象性 即：它既有波动的属性，同时又具有粒子的属性 X射线之间相互作用 → 表现出波动性 与粒子相互作用－－→ 表现出粒子的特性 这种光量子的能量、动量波长遵循爱因斯坦公式：即波粒二象性的统一联系。 式中 h——普朗克常数，等于6．625×10－34J.S c——X射线的速度，等于2.998×108 m／sc X射线的波长较可见光短得多，所以能量和动量很大，具有更强的穿透能力。 1.1.2 X射线的产生 获得X射线的方法是多种多样的，如同步辐射等等，但大多数射线源都是由X射线发生器产生的，最简单的X射线发生器是X射线管。 下面以常用的封闭式X射线管为例来说明X射线管的基本构造。图1－2是X射线管的剖面示意图。 主要有以下几个部分组成： (1) 阴极：阴极是发射电子的地方。它是由绕成 螺线形的钨丝制成。 (2) 阳极：又称靶，材料有Cu 、 Cr、Fe、Co等 。 (3) 窗口：材料是铍片 。 (4) 焦点：指阳极靶面被电子束轰的地方 1.1.3 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射线谱 ： 定义：高速运动的带电粒子受阻而减速时，都会产生电磁辐射，这种辐射称之为韧致辐射。由于电子与阳极碰撞的无规律性，因而其X射线的波长是连续分布的 ，故叫做连续X射线谱。其谱形如图1-5 (2) 特征X射线 ： 定义：原子外层电子向内层跃迁所产生的X射线叫做特征X射线，又叫标识X射线。由特征X射线构成的X射线谱叫特征x射线谱，产生的原理见图1－6。 特征X射线产生的根本原因 是原子内层电子的跃迁，它的波 长与原子序数服从莫塞莱定律。 (3)X射线的强度 强度定义：在垂直于X射线传播方向的单位截面上在单位时间内通过的光子能量的总和。 即：X射线强度 I 是由 光子的能量 h ? 和它的数目n 这两个因素决定的，即 : I = n h ? X射线管在一定的管电压下每秒钟所发射的连续X射线总强度就用连续谱中每条曲线下的面积表示： I连 =∫?0∞I? d? . (其中 I? 称为对于波长? 的强度密度。) 用Kulenkampff 的经验公式： I? d? = Ai Z（1/?2）·（1/?0 ?1/?）d? . 积分后得到的总强度即发射X射线的总能量，为： I连 =∫∞?0 I? d? = AiZ / 2?02 = K i Z U2. (A、K均为常数) 1.1.4 X射线的性质 一：X射线的散射 物质对X射线的散射主要是电子与x射线的相互作用的结果。核外电子可分为两大类：原子核束缚不紧的和原子核束缚较紧的电子，X射线照射到物质表面后对于这两类电子会产生两种散射效应。 (1)相干散射：与原子相互作用后光子的能量（波长）不变，而只是改变了方向。这种散射称之为相干散射。相干散射的首要条件是入射X射线的波长，必须一致。这就决定了X射线衍射只能用特征X射线来进行。 (2)非相干散射:与原子相互作用后光子的能量一部分传递给了原子，这样入射光的能量改变了，方向亦改变了，它们不会相互干涉。称之为非相干散射。 二：X射线的真吸收 吸收: 物质对X射线的吸收指的是x射线能量在通过物质时转变为其它形式的能量。对X射线而言，即发生了能量损耗。有时把X射线的这种能量损耗称为真吸收。 (1) 光电效应 当一个具有足够能量的光子从原于内部击出一个K层电子时，同样会发生象电子激发原子时类似的辐射过程，即产生标识X射线。这种以光子激发原子所发生的激发和辐射过程称为光电效应，被击出的电子称为光电子，所辐射出的次级标识X射线称为荧光X射线(或称二次标识X射线)。 光子 → 击出某层电子 → 光电效应 (2) 俄歇效应 处于K激发态的