《X射线物理学基础》PPT课件

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1、第一章X射线物理学基础第一节X射线简介第二节X射线谱第三节X射线与物质的相互作用第一节X射线简介一、X射线发展史二、X射线的应用三、X射线的性质四、X射线的产生五、X射线管一、X射线发展史1895年，德国物理学家伦琴发现了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年伦琴获诺贝尔奖1912年，德国物理学家劳厄发现了X射线在晶体（硫酸铜单晶）中的衍射现象，奠定了“X射线衍射学”基础1912年，英国物理学家Brag父子利用X射线衍射测定了NaCl晶体的结构，开创了X射线晶体结构分析的历史与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单在X射线发现后

2、几个月医生就用它来为病人服务右图是纪念伦琴发现X射线100周年发行的纪念封二、X射线的应用X射线透射学通过X射线的透射情况来研究人体或物体的内部情况，包括医学上的诊断和X射线工业探伤。X射线衍射学又称“X射线晶体学”，是目前应用最广的一个方面，根据X射线照射晶体后所产生的衍射线方向和强度来确定晶体结构，研究与结构和结构变化相关的各种问题。X射线光谱学通过研究X射线光谱，可研究物质的原子构造，如电子能级分布等；通过研究物质发出的X射线的波长可确定物质的元素成分，这方面应用的例子是X射线荧光光谱分析和电子探针。X射线在工业和科学技术中的应用主要分三方面：三、X射线的性质1、本质：波长极

3、短的电磁波（波长：0.01～10nm）1912年劳厄指导的衍射实验证实2、分类：硬X射线：波长短的X射线，如：X射线衍射分析常用波长约0.05～0.25nm，金属材料透视检验的波长更短，约0.005～0.1nm。软X射线：波长长的X射线，如用于医学透射的X射线。硬软程度表示穿透能力的强弱，波长越短，穿透力越强。3、单位：Å、nm、kX（晶体学单位）1nm=10Å=10-9m1kX=1.0020772±0.000053Å（1973年值）4、波粒二象性X射线的客观属性波动性场合：X射线之间相互作用时表现：以一定的频率和波长在空间传播（干涉、衍射等）。反映物质运动的连续性。粒子性（突出）

4、场合：X射线与电子、原子间相互作用时表现：它是由大量的不连续粒子流构成的，这些粒子流称为光子。X射线以光子的形式辐射和吸收时具有质量、能量和动量。在与物质相互作用时交换能量，如光电效应等。反映物质运动的分立性。描述波动性参量：频率ν、波长λ描述粒子性参量：能量ε、动量Ρ关系：普朗克常数h=6.625×10-34J.s当X射线与其它元素的原子或电子交换能量时只能一份一份地以最小能量单位（hν）被原子或电子吸收。四、X射线的产生1、产生原理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

5、物体温度升高。2、产生条件产生自由电子的电子源，如加热钨丝发射热电子；设置自由电子撞击靶子，如阳极靶，用以产生X射线;施加在阴极和阳极之间的高压，用以加速自由电子朝阳极靶方向加速运动；将阴、阳极封闭在＞10-3Pa的高真空中，保持两级纯洁，促使加速电子无阻地撞击到阳极靶上。接变压器玻璃钨灯丝金属聚灯罩铍窗口金属靶冷却水电子X射线X射线3、过程演示五、X射线管封闭电子式X射线管实物图结构示意图电子式X射线管实质上是一个真空二极管（10-3～10-4Pa），其结构为：阴极：发射电子的灯丝，W丝阳极：又称靶，使电子突然减速和发射X射线。常用靶材：Cu、Fe、Co、Ni、Cr、Mo、Ag、

6、W等高速运动电子的动能仅1％左右转变成X射线，99％转变成热能，为避免烧熔靶面，常通水冷却。聚焦罩：聚焦电子束，灯丝外设置，其电位较阴极低100～400V，用高熔点金属钼或钽制造。焦点：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。焦点的尺寸和形状是X射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯丝的形状，螺形灯丝产生长方形焦点。较小的焦点，可以提高分辩率。窗口：X射线从管内出射的地方，常开设2或4个。窗口材料要有足够强度并尽可能少地吸收X射线，常用铍或硼酸铍锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成6o的斜角。X射线管中发出的X射线在各个方向不同，越接近与电子束垂直的方向，强度越高

7、。对于直角靶面，最好沿靶面方向接收。但靶面不可能绝对光滑平整，大部分X射线将被吸收而减弱，故常在与靶面成6o的方向接收。X射线接收方向上述常用X射线管的功率为500～3000W。目前还有旋转阳极X射线管、细聚焦X射线管和闪光X射线管。因阳极不断旋转，电子束轰击部位不断改变，故提高功率也不会烧熔靶面。目前有100kW的旋转阳极，其功率比普通X射线管大数十倍。旋转阳极靶示意图第二节X射线谱X射线谱：X射线的强度随波长变化的关系曲线X射线有两种波谱：一、连续X射线谱二、特征