2X—射线的物理学基础2011.ppt

X-射线的物理学基础;伦 琴 (W. C. Rontgen);X-射线照的相片;1. X-射线的产生;产生的条件;X射线管的结构 ;X射线管截面图 ;2. X射线的本质;? X射线是波长在10-8到10-12米范围内的电磁波，因此具有极强穿透能力。;硬X射线：波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。 软X射线：波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱，可用于分析非金属的分析。 X射线波长的度量单位常用埃（?）,或者通用的国际计量单位中用纳米（nm）表示，它们之间的换算关系为： 1? =10-10 m 1nm=10-9 m ;2.2. X射线的粒子性;3. X射线谱;3.1. 连续X射线;能量为eV（V为X射线管的管电压）的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分能量以光子的形式辐射，碰撞一次即产生一个光子（能量为h? ），这样的光子流即为X射线。 单位时间内到达阳极靶面的电子数目是很多的，绝大多数电子要经历多次碰撞，逐渐地损耗自身的全部能量，即产生多次辐射（产生多个光子）。由于多次辐射中光子的能量（ h?）不同，因此出现连续X射线谱。;短波限 ?0 ;X射线的强度 ;3.2. 特征X射线 ;特征X射线的产生机理 ;K壳层;激发与辐射;K系激发机理 ;4. X射线与物质的相互作用;4.1 X射线的散射相干散射 ;入射波将自身的能量传给束缚电子，该束缚电子再将该能量转化为散射波。该散射X射线与入射X射线波长相同。 相干散射并未损失X射线的能量（频率或者波长没变），而只是改变了它的传播方向。因此相干散射又称为弹性散射。 相干散射是X射线在晶体中产生衍射（晶体的X射线衍射）的理论基础;X 射 线;相干散射的强度;X射线与束缚力不大的外层电子 或自由电子碰撞时：电子获得一部分动能成为反冲电子；X射线则离开原来的方向，能量减小，波长增加。;4.2. X射线的吸收 ;光电效应; X射线的光电效应是由物质对入射X射线的吸收而引起的，在此过程中所产生的荧光X射线使得原X射线的强度剧烈衰减，且荧光X射线不产生衍射，只是造成底片上漫射的背底，这些对一般的X射线衍射分析是有害的，因此，实验中选择合适的靶尽量减少它的不利影响。 但是，在X射线荧光光谱分析中，恰好要利用它来分析物质的元素，因此，希望得到尽可能强的荧光X射线。所以，掌握了荧光X射线产生了机理和条件，就可以很好地控制和利用它。;俄歇效应;K;4.3 X射线的衰减 ;将上式积分，得到：;此时衰减规律则表示为：;质量吸收系数μm与波长及原子系数的关系 ;吸收限主要是由光电效应引起的：当X射线的波长等于或小于λK时，光子的能量高于击出物质的一个内层电子所需做的功W，X射线被吸收，激发光电效应，使μm突变性增大。 吸收限与吸收物质的原子能级的精细结构对应。如L系有三个副层，有三个吸收限。 ;X射线衍射实验需要近可能接近单色的X射线，可是从X射线管发射出来的射线不仅含有K?线，还有较弱的K?线和连续X射线。我们可以利用K吸收限的性质，选择一种材料，让该材料的K吸收限λK恰好位于阳极靶的特征X射线K? 和K?的波长之间，把该材料放在原X射线束和衍射线束之间。这种材料叫滤波器。滤波器能把绝大部分K? 线吸收掉，而K? 线的强度仅受到很小的损失。 如Ni的?K = 1.488 ? 。Cu靶的K? 线的波长为1.5418?，K? 线的波长为1.3922?，因此可以用Ni作为滤波片，强烈吸收Cu靶的K?，K?吸收很小。;5. X射线的探测与防护 X射线??探测;每个从事X射线工作的人必须注意到X射线可能产生的危险性。 X射线对生命有机体有一定的杀伤作用。当辐射剂量超过临界辐射量（0.05伦琴/天）时，便会产生显著的有害影响：轻者可引起细胞组织坏死，发生红肿、溃烂，影响生育，失明，严重的可达到致命的程度。因此，对X射线的危害性，必须引起高度警惕！ 医用的硬X射线，波长短，穿透物质的能力强，不易被人体组织所吸收。晶体分析工作所用的是软X射线，波长较长，穿透能力弱，容易被吸收。因此，软X射线的危害性比硬X射线大得多。 X射线对人体的生理作用具有“累积”性质。 在平时使用过程中注意采用防护措施。安全措施有：严格遵守安全条例、配带笔状剂量仪、避免身体直接暴露在X射线下、定期进行身体检查和验血。