X射線的物理學(xué)基礎(chǔ).ppt

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1、第一章X射線物理學(xué)基礎(chǔ)本章主要內(nèi)容§1-1X射線的產(chǎn)生及其性質(zhì)§1-2X射線譜§1-3X射線與物質(zhì)相互作用§1-4X射線的衰減規(guī)律及其應(yīng)用§1-5X射線的探測(cè)與防護(hù)§1-1X射線的產(chǎn)生及性質(zhì)◆X射線的本質(zhì)X射線和可見光一樣，都顯示波粒二象性，故兩者的本質(zhì)是相同的，都會(huì)產(chǎn)生干涉、衍射、吸收和光電效應(yīng)等現(xiàn)象，兩者的主要差別于波長不同。X射線是由高能量粒子轟擊原子所產(chǎn)生的電磁輻射，電磁輻射的輻射能是由光子傳輸?shù)模庾铀〉穆窂绞怯刹▌?dòng)場(chǎng)引導(dǎo)。X射線這種波、粒二象性，可隨不同的實(shí)驗(yàn)條件表現(xiàn)出來。顯示其波動(dòng)性有：以光速直線傳播、反射、折射、衍射、偏振和相干散射；顯示其微粒性有：光電吸收、非

2、相干散射、氣體電離和產(chǎn)生閃光等。X射線的波長范圍X射線是一種波長較短的電磁輻射：波長0.01~10nm；能量：124keV-0.124keV其短波段與γ射線長波段相重疊，其長波段則與真空紫外的短波段相重疊。g-raysX-raysUVVisual0.0010.010.11.010.0100200nmX射線的能量量子理論將X射線看成由一種量子或光子組成的粒子流，每個(gè)光子具有的能量為：(依據(jù)X射線的波長即可計(jì)算出其能量)公式MgK?CaK?FeK?PbL?E(keV)1.2533.697.05710.55?(nm)=1.24/E?(nm)0.98950.33600.17570.1175

3、X射線的本質(zhì)◆習(xí)慣上，稱波長短的X射線為硬X射線，波長長的X射線為軟X射線。軟、硬表示X射線穿透物質(zhì)的能力。射線越硬，即其波長越短，則穿透物質(zhì)的能力就越大。用于結(jié)構(gòu)分析和成分分析的一般為軟X射線，用于醫(yī)學(xué)透視的為硬X射線?！鬤射線波長的度量單位常用埃（?）或晶體學(xué)單位（kX）表示；通用的國際計(jì)量單位中用納米（nm）表示，它們之間的換算關(guān)系為：1nm=10?=10-9m人們根據(jù)X射線的干涉和衍射現(xiàn)象，確定了X射線具有波動(dòng)性。然而，波動(dòng)理論對(duì)X射線的短波限、光電效應(yīng)、熒光輻射和康譜頓散射等現(xiàn)象則無法解釋。所以，波動(dòng)性僅僅是X射線本性的一個(gè)方面。在大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，人們又認(rèn)識(shí)到X射線

4、本質(zhì)的另一個(gè)方面—粒子性。即X射線在空間傳播時(shí)，也具有粒子性。X射線的性質(zhì)：1）X射線能使照相底片感光；2）X射線有很大的貫穿本領(lǐng)；3）X射線能使某些物質(zhì)的原子、分子電離；4）X射線是不可見光，它能使某些物質(zhì)發(fā)出可見光的熒光；5）X射線本質(zhì)上是一種電磁波，同此它具有反射、折射、衍射、偏振等性質(zhì)綜上所述，X射線和一切微觀粒子（電子、中子、質(zhì)子等）一樣，都同時(shí)具有波動(dòng)性及粒子性雙重特性，簡(jiǎn)稱波粒二象性。它的波動(dòng)性主要表現(xiàn)為以一定的頻率和波長在空間傳播，反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性；它的粒子性主要表現(xiàn)為以光子形式輻射和吸收時(shí)具有一定的質(zhì)量、能量和動(dòng)能，反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的分立性。波粒二象性是X射線

5、的客觀屬性，二者是相互補(bǔ)充的，在不同的實(shí)驗(yàn)條件下，它們有時(shí)波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，有時(shí)粒子性表現(xiàn)明顯。由于X射線波長短，頻率高，光子能量相對(duì)來說比較大，因此它的粒子性比較明顯。此外，X射線具有很強(qiáng)的穿透物質(zhì)的能力，經(jīng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)穿過物質(zhì)時(shí)X射線可被偏振化、可被吸收而強(qiáng)度衰減，它能使空氣或其他氣體電離，能激發(fā)熒光效應(yīng)，使照相底片感光，并能殺死生物細(xì)胞與組織等。由于X射線具有上述一系列性質(zhì)，使它成為研究晶體結(jié)構(gòu)、進(jìn)行元素分析、工業(yè)探傷和醫(yī)療透視等多種問題的有力工具。迷人的X光片~~在X射線下，任何東西都會(huì)很美??！1-1-2X射線的產(chǎn)生大量實(shí)際所用X射線是由X射線管產(chǎn)生的，不論是探

6、傷用X光機(jī)還是照相法用的X光機(jī)和X射線衍射儀，都包括：高壓發(fā)生器（包括整流部分），控制線路、X射線管及探測(cè)記錄系統(tǒng)。其中，X射線管和探測(cè)記錄系統(tǒng)是X射線儀特有的。本節(jié)主要介紹X射線管，而探測(cè)系統(tǒng)將在后面的章節(jié)里討論。至于高壓發(fā)生器和控制部分屬于一般電氣裝置，可查閱有關(guān)電工書籍。一、X射線管的種類關(guān)于陰極射線管式發(fā)生器，自倫琴以來已有了很多發(fā)展，突出表現(xiàn)在X射線管的功率、光強(qiáng)上，因光強(qiáng)越強(qiáng)，靈敏度就越高，分辨率也越好，還可減少實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。當(dāng)然，在結(jié)構(gòu)、材料等許多方面也有許多變化。從構(gòu)造上來講可分為兩類，即密封式X射線管及旋轉(zhuǎn)陽極式X射線管。X射線管實(shí)際上就是一只特殊的高壓二極真空管，

7、其中有陰極和陽極，外有玻璃殼。按發(fā)生電子的方式來分，有：1、熱陰極X射線管；(1)密封式燈絲X射線管；(2)可拆式燈絲X射線管。2、冷陰極X射線管X射線管的種類密封式X射線管實(shí)際上就是一只特殊的高壓二極真空管，其中有陰極和陽極，外有玻璃殼。按發(fā)生電子的方式來分，有：1、熱陰極X射線管；(1)密封式燈絲X射線管；(2)可拆式燈絲X射線管。2、冷陰極X射線管X射線管二、X射線管的結(jié)構(gòu)封閉式X射線管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)大的真空（）二極管?；窘M成包括：(1)陰極：陰極是發(fā)射電子的