X射线与物质的相互作用

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1、燃料耗尽而塌坍的脉冲星“PSRB1509-58”其释放的美丽X射线星云的直径长达150光年。“宇宙之手”伸向光芒天体GROJ1655-40可能是一个正在快速旋转的黑洞美国宇航局快速号人造卫星观测到的发生在130亿年前的爆炸。宇宙创始之后将近九亿年，迄今为止人们所观测到的最遥远的星体爆炸。钱德拉太空望远镜§1.1X射线的物理基础一、X射线学发展简史伦琴W.K.Röntgen（1845-1923）1895年发现X射线1910年第一张诺贝尔物理学奖1912年劳厄：劳埃方程1914年获诺贝尔奖1913年布拉格父子：布拉格方程1915年获诺贝尔奖所在电磁波段1.1.2X

2、射线的本质①X射线以光速直线传播，c＝2.998×108m/s。②X射线的波长范围是：λ＝10～0.001nm。在材料研究中，用于晶体结构分析时，X射线的波长范围一般在0.25～0.05nm之间，若用于探伤，其波长一般取0.1～0.005nm。③X射线之间可以相互作用，产生干涉、衍射等现象。一、波动性①X射线是由大量以光速运动的粒子组成的不连续粒子流，这些粒子称为光量子。每个光量子的能量：ε＝h·νh—普朗克常数，6.63×10－34J·s；ν—X射线频率，ν＝c/λ，λ—X射线波长由于X射线的波长很短，所以X射线的能量很大。②X射线可以与原子、电子相互作用，

3、产生光电效应、荧光辐射等现象。二、粒子性三、穿透能力强X射线穿透能力强。它能够穿透木块、玻璃，甚至金属（“铅”除外）。伽玛射线、微中子（中微子）穿透力更强。这个50,000吨的巨型圆柱中微子探测器，座落在日本kamiokamozumi矿山的地下1,000米深处，用来做探测中微子、质子衰变、宇宙射线等等研究。它的“超净化注水墙壁”上安装了大约12,000个超敏感的光电倍增管，这使它看上去带有科幻电影般的恐怖美丽。第一节X射线的物理基础1.1.1X射线的发现与应用1.1.2X射线的本质1.1.3X射线的产生及X射线管1.1.4X射线谱（X—rayline）1.1.

4、5X射线与物质的相互作用一、X射线的产生1.1.3X射线的产生及X射线管质子相互碰撞大型强子对撞机位于瑞士、法国边境地下100米深的环形隧道中，隧道全长达27公里由高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，释放大量的动能，从而激发物质中的内层电子发生跳越，而产生的一种电磁波。连续谱不同电子，损耗不同，转变的X—ray光子能量不同，其波长就不同。由于存在大量电子，故可以得到各种波长的X—ray，从而形成连续X—ray谱。标识谱–能级跃迁特征X射线的产生过程：原子激发→电子跃迁→释放能量→产生特征X射线二、产生装置①高压变压器通过它提供几十～几百千伏的高压使热辐射

5、电子加速，形成高能电子。②钨丝变压器为钨丝供电，提高钨丝的工作温度以便能够辐射出大量电子。③X射线管产生X射线是整个系统的核心部件。4-阳极；5-阴极；6-电子；7-X射线热阴极X射线管（也称电子式X射线管）工作时温度超2000℃能连续地辐射出大量电子常用材料：Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ag、W等阴极射线管显示器发出电磁场和辐射：X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、射频、VLF场（甚低频场）和ELF场（极低频场）。X射线管上海大光源同步辐射XRD装置电子储存环旁实验站三、X射线的产生条件①能产生自由电子的电子源（阴极）；②能阻碍自由电子运动的障碍（

6、阳极靶）；③能够使自由电子高速定向运动（加高压）；④能够保持电子流稳定（加高真空）。冷阴极X射线管（离子式X射线管）：先通过电离，产生正离子；然后用正离子撞击阴极，放出电子；再让电子高速运动，撞击阳极，产生X射线。第一节X射线的物理基础1.1.1X射线的发现与应用1.1.2X射线的本质1.1.3X射线的产生及X射线管1.1.4X射线谱（X—rayline）1.1.5X射线与物质的相互作用X射线谱是指X—ray强度I随波长λ而变化的关系曲线。1.1.4X射线谱（X—rayline）两种类型：①连续X—ray谱是从某一短波限λ0开始，直到波长等于无穷大λ∞的一系列

7、波长构成，也称为白色X—ray。②特征X—ray谱：是具有一定波长的若干特强的X—ray，叠加在强度连续平滑变化的连续谱之上，也叫标识X—ray。一、连续X—ray谱1、实验规律连续X—ray谱具有下述规律：随管电压V增大——①各种波长射线的相对强度I（λ）一致增高。②最高强度X—ray的波长λm变短。③短波限λ0变小，即λ0向左方移动，同时，波谱变宽。可见：管电压既影响X—ray的强度，也影响X—ray的波长范围。④若管电压V保持恒定增大管电流I，则强度一致增高；但波长λm、λ0数值大小不变，即管电流不影响波长。⑤若改变阳极靶元素则X—ray谱形式不变，上述

8、规律也不变，但谱线位置变化。通常，随着