X射線物理學(xué)基礎(chǔ).ppt

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1、第一章X射線物理學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)X射線簡介第二節(jié)X射線譜第三節(jié)X射線與物質(zhì)的相互作用第一節(jié)X射線簡介一、X射線發(fā)展史二、X射線的應(yīng)用三、X射線的性質(zhì)四、X射線的產(chǎn)生五、X射線管一、X射線發(fā)展史1895年，德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線1895-1897年倫琴搞清楚了X射線的產(chǎn)生、傳播、穿透力等大部分性質(zhì)1901年倫琴獲諾貝爾獎(jiǎng)1912年，德國物理學(xué)家勞厄發(fā)現(xiàn)了X射線在晶體（硫酸銅單晶）中的衍射現(xiàn)象，奠定了“X射線衍射學(xué)”基礎(chǔ)1912年，英國物理學(xué)家Brag父子利用X射線衍射測定了NaCl晶體的結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)了X射線晶體結(jié)構(gòu)分析的歷史與X射線及晶體衍射有關(guān)的部分諾貝爾獎(jiǎng)獲得者名單

2、在X射線發(fā)現(xiàn)后幾個(gè)月醫(yī)生就用它來為病人服務(wù)右圖是紀(jì)念倫琴發(fā)現(xiàn)X射線100周年發(fā)行的紀(jì)念封二、X射線的應(yīng)用X射線透射學(xué)通過X射線的透射情況來研究人體或物體的內(nèi)部情況，包括醫(yī)學(xué)上的診斷和X射線工業(yè)探傷。X射線衍射學(xué)又稱“X射線晶體學(xué)”，是目前應(yīng)用最廣的一個(gè)方面，根據(jù)X射線照射晶體后所產(chǎn)生的衍射線方向和強(qiáng)度來確定晶體結(jié)構(gòu)，研究與結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)變化相關(guān)的各種問題。X射線光譜學(xué)通過研究X射線光譜，可研究物質(zhì)的原子構(gòu)造，如電子能級(jí)分布等；通過研究物質(zhì)發(fā)出的X射線的波長可確定物質(zhì)的元素成分，這方面應(yīng)用的例子是X射線熒光光譜分析和電子探針。X射線在工業(yè)和科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用主要分三方面：三、

3、X射線的性質(zhì)1、本質(zhì)：波長極短的電磁波（波長：0.01～10nm）1912年勞厄指導(dǎo)的衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)2、分類：硬X射線：波長短的X射線，如：X射線衍射分析常用波長約0.05～0.25nm，金屬材料透視檢驗(yàn)的波長更短，約0.005～0.1nm。軟X射線：波長長的X射線，如用于醫(yī)學(xué)透射的X射線。硬軟程度表示穿透能力的強(qiáng)弱，波長越短，穿透力越強(qiáng)。3、單位：?、nm、kX（晶體學(xué)單位）1nm=10?=10-9m1kX=1.0020772±0.000053?（1973年值）4、波粒二象性X射線的客觀屬性波動(dòng)性場合：X射線之間相互作用時(shí)表現(xiàn)：以一定的頻率和波長在空間傳播（干涉、衍射

4、等）。反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。粒子性（突出）場合：X射線與電子、原子間相互作用時(shí)表現(xiàn)：它是由大量的不連續(xù)粒子流構(gòu)成的，這些粒子流稱為光子。X射線以光子的形式輻射和吸收時(shí)具有質(zhì)量、能量和動(dòng)量。在與物質(zhì)相互作用時(shí)交換能量，如光電效應(yīng)等。反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的分立性。描述波動(dòng)性參量：頻率ν、波長λ描述粒子性參量：能量ε、動(dòng)量Ρ關(guān)系：普朗克常數(shù)h=6.625×10-34J.s當(dāng)X射線與其它元素的原子或電子交換能量時(shí)只能一份一份地以最小能量單位（hν）被原子或電子吸收。四、X射線的產(chǎn)生1、產(chǎn)生原理高速運(yùn)動(dòng)的電子與物體碰撞時(shí)，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運(yùn)動(dòng)受阻失去動(dòng)能，其中一小部分（1％左右）能

5、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。2、產(chǎn)生條件產(chǎn)生自由電子的電子源，如加熱鎢絲發(fā)射熱電子；設(shè)置自由電子撞擊靶子，如陽極靶，用以產(chǎn)生X射線;施加在陰極和陽極之間的高壓，用以加速自由電子朝陽極靶方向加速運(yùn)動(dòng)；將陰、陽極封閉在＞10-3Pa的高真空中，保持兩級(jí)純潔，促使加速電子無阻地撞擊到陽極靶上。接變壓器玻璃鎢燈絲金屬聚燈罩鈹窗口金屬靶冷卻水電子X射線X射線3、過程演示五、X射線管封閉電子式X射線管實(shí)物圖結(jié)構(gòu)示意圖電子式X射線管實(shí)質(zhì)上是一個(gè)真空二極管（10-3～10-4Pa），其結(jié)構(gòu)為：陰極：發(fā)射電子的燈絲，W絲陽極：又稱靶，使電子突然

6、減速和發(fā)射X射線。常用靶材：Cu、Fe、Co、Ni、Cr、Mo、Ag、W等高速運(yùn)動(dòng)電子的動(dòng)能僅1％左右轉(zhuǎn)變成X射線，99％轉(zhuǎn)變成熱能，為避免燒熔靶面，常通水冷卻。聚焦罩：聚焦電子束，燈絲外設(shè)置，其電位較陰極低100～400V，用高熔點(diǎn)金屬鉬或鉭制造。焦點(diǎn)：陽極靶面被電子束轟擊的地方，正是從這塊面積上發(fā)射出X射線。焦點(diǎn)的尺寸和形狀是X射線管的重要特性之一。焦點(diǎn)的形狀取決于燈絲的形狀，螺形燈絲產(chǎn)生長方形焦點(diǎn)。較小的焦點(diǎn)，可以提高分辯率。窗口：X射線從管內(nèi)出射的地方，常開設(shè)2或4個(gè)。窗口材料要有足夠強(qiáng)度并盡可能少地吸收X射線，常用鈹或硼酸鈹鋰構(gòu)成的林德曼玻璃。窗口與靶面常成

7、6o的斜角。X射線管中發(fā)出的X射線在各個(gè)方向不同，越接近與電子束垂直的方向，強(qiáng)度越高。對(duì)于直角靶面，最好沿靶面方向接收。但靶面不可能絕對(duì)光滑平整，大部分X射線將被吸收而減弱，故常在與靶面成6o的方向接收。X射線接收方向上述常用X射線管的功率為500～3000W。目前還有旋轉(zhuǎn)陽極X射線管、細(xì)聚焦X射線管和閃光X射線管。因陽極不斷旋轉(zhuǎn)，電子束轟擊部位不斷改變，故提高功率也不會(huì)燒熔靶面。目前有100kW的旋轉(zhuǎn)陽極，其功率比普通X射線管大數(shù)十倍。旋轉(zhuǎn)陽極靶示意圖第二節(jié)X射線譜X射線譜：X射線的強(qiáng)度隨波長變化的關(guān)系曲線X射線有兩種波譜：一、連續(xù)X射線譜二、特征