第一章 X射线的性质.ppt

第一章 X-ray的物理学基础 §1.1 X-ray的本质 §1.2 X-ray的产生及X-ray谱 §1.3 X-ray与物质的相互作用 一 X-ray的发现 X-ray是由德国物理学家伦琴在1895年偶尔发现的。 因为当时对其特性和本质上无了解，故取名为X射线，也叫伦琴射线。 从1895~1897年间，伦琴潜心研究X-ray的产生、传播、穿透力等大部分特性。从而使他在1901年获得诺贝尔物理奖。 二 X-ray的本质 1.属于电磁波或电磁辐射，同时具有波动 性和粒子性特征； 传播时同时具有电场分量E和磁场分量H，但磁场分量与物质的相互作用很弱，因此在分析应用中只考虑其电场效应。 2.波长较可见光短，约在0.01~10nm左右； 波长单位：a.法定波长单位为 nm b.波长的其余单位:x单位或kx单位 1kx=103 x=1.002056±0.000005? 波长范围：在10-2 ~102 ? 之间。 波长较短的（能量高）称为硬X-ray；波长较长（能量低）称之为软X-ray. 3. X-ray具有很强的穿透物质的能力，经过电场和磁场时不发生偏转，可被物质吸收而使强度减弱，它还可使气体电离，激发荧光效应，能杀死生物细胞和组织等，从而可用于晶体结构分析、元素分析、医疗透射照相、工业探伤等方面。 三 X-ray的波动性和粒子性 1.波动性 a. X-ray的波动性表现在以一定的频率和波长在空间传播； b. 在传播过程中发生干涉、衍射等过程。 2.粒子性 a. X-ray的粒子性表现在它是由大量的不连续粒子流构成的，这些粒子流称为光子。 b. X-ray以光子的形式辐射和吸收时具有质量、能量和动量。 c. 与物质相互作用并交换能量。 3.波动性和粒子性之间的关系 X-ray的能量、动量与波长之间的关系 ε= h?=hc／λ p=h／λ λ越短， X-ray的能量越大。 其中： h ——普朗克常数 6.625×10-34 J·s c —— 光速 2.998×10 8 m/s 4.X-ray的强度 ⑴ 用波动性观点： X-ray的强度为单位时间内通过垂直于传播方向的单位截面上的能量的大小。 ⑵ 用粒子性的观点： X-ray的强度为单位时间内通过单位截面的光量子的数目。 因此强度的单位是J／m2.s，但强度的绝对值难以测定，通常用相对值。 §1.2 X-ray的产生及X-ray谱 2.对X-ray管的几个要求 a.阴极灯丝外加聚焦罩，起到聚焦电子束的作用； b.由于电子束轰击时只有1%能量转化为X-ray；而99%转化为热能，故阳极靶必须固定在高导热性的金属上（黄铜或紫铜），并通冷却水防止靶熔化； c.焦点的设置：焦点是阳极靶表面被电子束轰击出的一块面积，也是X-ray产生的地方，焦点的尺寸和形状是X-ray管的重要特性之一。 在X-ray衍射中希望有较小的焦点和较强的强度，这样可以提高分辨率和缩短曝光时间。 焦点的形状取决于灯丝的形状，通常在与靶面成3~6度角的方向上接受X-ray，可缩小焦点。 三、X-ray谱 一）连续X-ray谱 1.连续X-ray谱：在管压很低，小于20kv时强度-波长曲线是连续变化的，故称为连续X-ray谱。 2 连续X-ray谱的产生：高速运动的电子达到靶面，能量为eU的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去能量，一部分以光子的形式辐射出去，每碰撞一次产生一个能量为h?的光子，多数电子要经过多次碰撞，逐步释放能量。产生的光子的能量会形成一个序列，即形成连续谱。 X-ray谱图 连续谱的特点: 1) x-ray 的强度在λm处有一最大值； 2) 存在短波限λSWL：在连续谱上有一最短波长λSWL，为短波限。 产生原因：能量为eU的电子经一次碰撞，将其能量全部转化为X-ray光量子，此光子的能量最大，故波长最短。 eU=hc ／λSWL λSWL =1.24／U（m） 3)连续谱受管电压U、管电流i、阳极靶材原子序数Z的作用； a. U↑ (i、Z不变），连续谱各波长强度↑，各曲线最大值对应的λm和λSWL都向短波方向移动。 原因： ⑴管压U↑，发射电子能量eU↑，电子碰撞传递能量↑,光子能h? =hc/λ↑,故λ↓； ⑵连续谱的峰值代表该峰值对应的波长的X-ra