X射線的物理基礎(chǔ).ppt

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1、第一章X射線的性質(zhì)X射線于1895年由德國物理學(xué)家倫琴（Rontgen）在研究真空管高壓放電現(xiàn)象時無意發(fā)現(xiàn)。X射線或者倫琴射線倫琴——第一位諾貝爾獎獲得者（1901）發(fā)現(xiàn)三個月后就得到了應(yīng)用——維也納醫(yī)院W.C.R?ntgen（1845－1923）WilhelmConradR?ntgendiscoveredtheX-raysin1895.In1901hewashonouredwiththeNobelprizeforphysics.In1995theGermanFederalMaileditedastampdedic

2、atedtoW.C.R?ntgen.1.1X射線的物理學(xué)基礎(chǔ)X射線的本質(zhì)X射線是一種本質(zhì)與可見光完全相同的電磁波或電磁輻射，只不過X射線是由高速帶電粒子與物質(zhì)原子中的內(nèi)層電子作用而產(chǎn)生的，因此能量大，波長短（0.1-10nm），穿透物質(zhì)的能力強。102910－410－610－710－810－1210－1310－15波長，米晶體衍射用X射線（0.05～0.2nm）：硬X射線金屬探傷X射線（0.005～0.1nm）：硬X射線醫(yī)用X射線（>0.5nm）：軟X射線無線電波紅外線可見光紫外線X射線γ射線宇宙射線X射線的物理學(xué)

3、基礎(chǔ)德國維爾茨堡大學(xué)W.C倫琴教授1895.12.28~1896.3.9發(fā)表三篇論文，論述它的性質(zhì)：1，像可見光一樣直線傳播，經(jīng)電場不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。2，有很強的穿透能力，所有物質(zhì)多少它都能夠透過。3，使螢光物質(zhì)發(fā)光，使氣體電離。4，使照相底片感光，而人的肉眼無法直接觀察到它。1.2X射線的性質(zhì)X射線為研究材料的微觀特性開辟了一個新的途徑瑞典皇家科學(xué)院院長奧得納(C.T.Odher)在倫琴獲諾貝爾獎的致詞中說：對于這種能量輻射的真實組成，目前尚不清楚，然而，倫琴本人和后來從事這方面研究的其他科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)了它的若干特殊性質(zhì)

4、。毫無疑問，當(dāng)人們充分研究這種奇異的能量形式并全面探索它的廣闊應(yīng)用領(lǐng)域時，物理科學(xué)將取得許多成就。X射線的性質(zhì)X射線的發(fā)現(xiàn)和研究歷程1895年，倫琴發(fā)現(xiàn)X射線(1901年)1907年，亨利·布拉格（1915）和巴克拉（1917）爭論X射線的波粒二象性。1912年，勞厄（1917）發(fā)現(xiàn)X射線衍射，由此確定了X射線的波動性。1913年，勞倫斯·布拉格（1915）提出X射線衍射公式，亨利.布拉格創(chuàng)建X射線分光儀。1913年，莫塞萊確定X射線標(biāo)識譜線的規(guī)律性。1917年，康普頓（1927）研究X射線散射，發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)。1

5、921年，凱·西格班（1924）發(fā)表X射線光電子能譜學(xué)成果。晶體結(jié)構(gòu)分析X射線衍射學(xué)物相分析精細結(jié)構(gòu)(EXAFS)晶體取向與織構(gòu)X射線影像學(xué)無損檢測X射線能譜學(xué)化學(xué)成分分析X射線在材料科學(xué)中的應(yīng)用波粒二象性是X射線的客觀屬性1）X射線具有波動的性質(zhì)，有一定的頻率和波長，反映物質(zhì)的連續(xù)性。現(xiàn)象表現(xiàn)為晶體衍射。2）X射線具有粒子性，是具有一定能量光子的粒子流，反映物質(zhì)運動的分立性?，F(xiàn)象表現(xiàn)為光電效應(yīng)和熒光輻射。X射線的物理性質(zhì)已出現(xiàn)的設(shè)想：晶體中呈有規(guī)律、周期性排列，組成三維原子網(wǎng)絡(luò)，以上未能得到實驗證實。Laue根椐

6、理論分析預(yù)測提出：“晶體中原子間距與X射線波長相近，應(yīng)當(dāng)可以作為使X射線發(fā)生衍射的立體光柵?！本w的晶面間距是10-10m,與X射線的波長（2×10-10m）相當(dāng)。一箭雙雕的實驗：X射線的本質(zhì)是短波電磁輻射；晶體結(jié)構(gòu)中點陣的假設(shè)是正確的。證明X射線的波動性勞厄（Laue）實驗（1912）ZnS的勞厄衍射照片顯示其四重對稱軸顯示其三重對稱軸ZnS的勞厄衍射結(jié)果解析光電效應(yīng)：入射X射線產(chǎn)生光電效應(yīng)和熒光輻射的條件與頻率(波長)有關(guān)，而與強度和照射時間無關(guān)?？灯斩匦?yīng)：在光的散射過程中,有些散射波的波長比入射波的波長略大

7、。X射線的頻率ν、波長λ以及其光子的能量ε、動量p之間存在如下關(guān)系：ε=h.υ=h.c/λp=h/λ式中h——普朗克常數(shù)，等于6.626×10-34J.s;c——X射線的速度，等于2.998×108m/s.實驗證明X射線的粒子性1.3X射線的產(chǎn)生及X射線管產(chǎn)生原理：高速運動的電子與物體碰撞時，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運動受阻失去動能，其中一小部分（1％左右）能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線，而絕大部分（99％左右）能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。X射線產(chǎn)生的幾個基本條件產(chǎn)生自由電子；使電子作定向的高速運動;在其運動的路徑上設(shè)置一個障礙物

8、使電子突然減速或停止。X射線管的結(jié)構(gòu)陰極：又稱燈絲(鎢絲)，通電加熱后便能釋放出熱輻射電子。陽極：又稱靶，通常由純金屬制成(Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag,W等)，使電子突然減速并發(fā)射X射線。陽極需要水強制冷卻。窗口：是X射線射出的通道，維持管內(nèi)高真空，對X射線吸收較少，如金屬鈹、含鈹玻璃、薄云母片。封閉式X射線管實質(zhì)上就是一個大的真空二極管。真空