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1.5 X射线 主要内容 1.5.1 X射线的发现及其性质 1.5.2 X射线的产生 1.5.3 X射线的量和质 1.5.4 X射线谱 1.5.4.1 连续谱的产生及特点 1.5.4.2 特征谱的产生及特点 1.5.5 莫色莱定律 1.5.6 X射线与伽马射线性质比较 1.5.1 X射线的发现 1895年德国物理学家---“伦琴”发现X射线 1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、传播、穿透力等大部分性质 1901年伦琴获诺贝尔物理奖 X、?射线的波长 X、?射线是电磁波，与其它电磁波的区别在于波长不同及产生方法不同。 X射线波长在10－8cm左右，?射线波长更短。 波长越短，频率越高。 波粒二象性 波动特性 衍射 干涉 反射 粒子特性 特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量。 表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电效应；二次电子等。 其他性质 本身不带电，不受电场和磁场的影响 穿透性：射线光子的能量大，贯穿本领强。穿透程度与射线的波长，吸收物质的性质有关。波长一定的射线对不同的物质有不同的穿透能量。 电离作用：当射线照射到物质后，构成物质的原子的最外层电子被光子冲击而脱离原子，使原子成为阳离子。 感光作用：射线能引起化学反应，使照相底片感光。 荧光作用：射线照射某些化学物质，如硫化锌等，可以发出黄绿色或蓝紫色光，停止照射，荧光消失。 生物效应：生物体在射线照射下，能损害组织细胞，抑制细胞生长，甚至使细胞坏死。 X射线的本质 X射线是电磁波。 量子理论认为X射线是一种量子和光子组成的粒子流。爱因斯坦认为光是光量子流，简称光子。 射线种类 电磁辐射 能量子为光子。电磁辐射与物质的相互作用是光子与物质的相互作用。 电离辐射是一切能引起物质电离的辐射。高速带电粒子有α粒子、β粒子、质子，不带电粒子有中子以及X射线、γ射线。 粒子辐射 各种粒子射线，如粒子、质子、中子、电子等。 粒子与物质的相互作用，不同粒子特性不同，作用机制、过程不同。 光子与一般基本粒子的本质区别：光子的静止质量为0，运动时才有质量，速度越大质量越大。 1.5.2 X射线产生 X射线的产生 产生原理 产生条件 产生过程 过程演示 产生原理 韧致辐射：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。 产生条件 灯丝 产生自由电子 高压 加速电子,使电子作定向的高速运动 靶 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,产生X-射线 X射线的产生过程 X射线管的阴极灯丝通过电流，被加热到2000。C以上后发射电子，这些电子聚集在灯丝附近。当X射线管的阳极和阴极之间的空间后撞击到阳极靶上。通过韧致辐射，电子的一部分动能转化为X射线，从X射线窗口辐射出来。电子的大部分动能传给了阳极靶，使它迅速升温。 1.5.3 X射线的量和质 X射线的强度 单位时间内，通过垂直于射线传播方向上单位面积的X射线光子的能量。 常用管电流大小代表X射线的强度；用管电流毫安数与辐射时间的乘积来衡量总辐射的能量。单位：mA.s X射线的硬度 X射线的穿透本领，表示X射线的质。它取决于X射线光子能量的大小。对于一定的吸收物质，X射线被吸收越少则穿透量越多，X射线就越硬。 常用管电压的kV数来衡量X射线的硬度。 1.5.4 X射线光谱 X射线谱 描述X射线强度与波长的关系曲线 X射线光谱由二部分构成： 连续谱——是由波长连续变化的谱线构成。连续谱所构成的X射线称为白色X射线(与电压有关)，是由电子的动能直接转化而来。 线状谱(标识谱、特征谱)——是由谱线分立的线状谱线构成。分立谱所构成的X射线称为特征X射线(与靶金属材料有关)是由电子的动能间接转化而来。 典型光谱图 1.5.4.1 对连续X射线谱的解释1 根据经典物理学的理论，一个带负电荷的电子作加速运动时，电子周围的电磁场将发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X射线谱。 对连续X射线谱的解释2(量子力学) 韧致辐射： 带电粒子与原子(原子核的库仑场)相碰撞发生骤然减速时伴随产生的辐射 X射线光谱呈连续分布的原因 当大量高速运动的电子撞击靶时，电子撞击前速度各不相同，相撞时减速过程也各不相同。有些电子经一次撞击就失去全部动能，而大部分电子经过多次制动逐步丧失动能，使能量转换过程中所发生的电磁辐射可以具有各种波长。 连续谱的特点 连续谱线的强度随波长变化而变化，在某波长上有一强度极大值。 存在短波波长极限，它与