第一章 X 射线的物理学基础
1、X 射线有什么性质，本质是什么？波长为多少？与可见光的区别？
X 射线性质：(1)X 射线穿透物质时可被吸收；(2)原子量及密度不同的物质，对X 射线的吸收不同；(3)轻原子物质对X 射线来说几乎是透明的，而重元素物质对X 射线的吸收非常显著；(4)可穿透不透明的物质。 本质：属于电磁波。X 射线的波长：大约在0.01~100 ?之间。X 射线和可见光本质上同属于电磁波，只不过彼此占据不同的波长范围而已；X 射线虽然和可见光一样（没有静止质量，但有能量），与光传播有关的一些现象（如反射、折射、散射、干涉、以及偏振）都会发生，但由于相对可见光而言，X 射线的波长要短得多（光量子的能量相应要高得多），上述物理现象在表现方式上与可见光存在很大的差异。不能象可见光一样使X 射线会聚、发散、和变向，使得X 射线无法制成显微镜！
2、什么是X 射线管的管电压、管电流？它们通常采用什么单位？数值通常是什么？
X 射线的管电压：加载到阴极和阳极侧之间的电压。（KV ），50KV
X 射线的管电流：在阴阳两极电场作用下，向阳极运动，形成的电流。（mA ）50mA
3、X 射线的焦点与表观焦点的区别与联系？
焦点：阳极靶表面被电子束轰击的地方，正是这个区域发射X 射线。对于长方形焦点的X 射线管，引出窗口很重要。对着焦点长边开设的窗口发射出X 射线的表观焦点为线状（称为线焦斑），其强度较弱，但其水平发散度小，分辨率较高，线性较好，粉末衍射仪多采用线焦斑；对焦点短边开设的窗口发射出的X 射线的表观焦点则为正方形（称为点焦斑），强度较高，可使衍射线明锐，适合于织构测定及德拜、劳埃照相场合。
4、X 射线有几种？产生不同X 射线的条件是什么？产生的机理是怎样的？晶体的X 射线衍射分析中采用的是哪种X 射线？
硬X 射线：波长较短的硬X 射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。用于金属探伤的X 射线波长约为0.1~0.005nm 或者更短，而用于晶体结构分析的X 射线波长约在0.25~0.05nm 之间。
软X 射线：波长较长的软X 射线能量较低，穿透性弱，可用于医学和非金属的分析。
X 射线的管电压。
高速电子束轰击阳极靶面时只1%的能量转换为X 射线。
5、特征X 射线，连续X 射线与X 射线衍射的关系？
特征X 射线用于多晶衍射；连续X 射线用于单晶衍射。
6、什么是同一线系的特征X 射线？不同线系的特征X 射线的波长有什么关系？同一线系的特征X 射线的波长又有什么关系？
同一线系的特征X 射线：电子跃迁到同一个能层产生的X 射线。M L K λλλ??。γβαλλλ??。
7、什么是临界激发电压？为什么存在临界激发电压？
刚好激发特征谱的临界管压称为临界激发电压。要使内层电子受激发，必须施加大于或等于其结合能得能量，才能使其脱离轨道，从而产生特征X 射线，而要施加的最低能量，就存在一个临界激发电压。
8、什么是αK 、βK 射线？其强度与波长的关系？
在K 系辐射过程中，当K 层的空位被L 层的电子填充时，则产生αK 特征辐射；当K 层的空位被M 层的电子填充时，则产生βK 特征辐射。强度大，波长短；强度小，波长长。
9、为什么我们通常只选用Cr 、Fe 、Co 、Ni 、Mo 、Cu 、W 等做阳极靶，产生特征X 射线的波长与阳极靶的原子序数有什么关系？
阳极靶多采用高熔点金属。靶材的原子序数Z 的增大，同一系的特征谱波长变短。
10、什么是相干散射、非相干散射？它们各自还有什么名称？相干散射与X 射线衍射的关系？
物质中的电子在X 射线电场的作用下，产生强迫振动，这样每个电子在各方向产生与入射X 射线同频率的电磁波，这种散射就是相干散射（相互干涉）。X 射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞时电子获得一部分动能成为反冲电子，X 射线光子离开原来方向，能量减小，波长增加，因减少的能量不同，散射波的波长不同不会发生相干现象，故称非相干散射。
11、短波限、吸收限，激发限如何计算？注意相互之间的区别与联系.
短波限：X 射线管不同管电压下的连续谱存在的一个最短波长值。0max /λνhc h eU ==
吸收限：λk 是为激发被照射物质产生K 系荧光辐射，入射X 射线须具有的波长的临界值，一般称之为被照射物质大量吸收X 射线的吸收限。W hc
=λ 激发限：从激发光电效应对应的入射波长。νλh hc
=，λ是激发限，v 是激发频率。
12、什么是X 射线的真吸收？比较X 射线的散射与各种效应？
真吸收：由于光电效应、俄歇电子、热效应而消耗的那部分入射X 射线能量称为对X 射线的真吸收。
13、什么是二次特征辐射？其与荧光辐射是同一概念吗？与特征辐射的区别是什么？
X 射线激发产生的特征辐射称为二次特征辐射。二次特征辐射本质上属于光致发光的荧光现象，故也称这种辐射为荧光辐射。区别：特征辐射是将内层电子击出到电子未填满的外层，二次电子是光子将内层的电子击出。
14、什么是俄歇电子与俄歇效应，及与二次特征辐射的区别？
原子的K 层电子被X 射线击出后，处于激发态，当L 层的电子向K 层跃迁时，将释放出ΔE=Ek-El 能量，这个能量可以用荧光X 射线的形式释放，也可以被原子内部的某个电子（内层或者外层）所吸收，使这个电子受激发而逸出原子成为自由电子，这就是俄歇效应，这个电子就是俄歇电子。
电子成为自由电子和光电子。能量的高低不同。
15、反冲电子、光电子和俄歇电子有何不同？
X 射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞时电子获得一部分动能成为反冲电子。
当入射X 射线的光量子的能量足够大时，同样可以将原子内层电子击出，这就是光电效应。被击出的电子称为光电子。
原子的K 层电子被X 射线击出后，处于激发态，当L 层的电子向K 层跃迁时，将释放出ΔE=Ek-El 能量，这个能量可以用荧光X 射线的形式释放，也可以被原子内部的某个电子（内层或者外层）所吸收，使这个电子受激发而逸出原子成为自由电子，这就是俄歇效应，这个电子就是俄歇电子。
16、在X 射线与物质相互作用的信号中，那些对我们进行晶体分析有益？那些有害？非相干散射和荧光辐射对X 射线衍射产生那些不利影响？
X 射线与物质的相互作用包括二个方面，分别是物质对X 射线的散射、物质对X 射线的吸收。 X 射线的散射包括相干散射和非相干散射；X 射线吸收主要是指荧光辐射和俄歇效应。
有益：相干散射、俄歇效应
有害：非相干散射、荧光散射
荧光辐射对X 射线衍射分析是有害的，它增加衍射花样的背底，但它是X 射线光谱或能谱分析的基础！ 非相干散射会增加连续背影，给衍射图象带来不利的影响，特别对轻元素。
17、线吸收系数与质量吸收系数的意义。并计算空气对αCrK 的质量吸收系数和线吸收系数（假如空气中只有质量分数80%的氮和质量分数为20%的氧，空气的密度为1.29X10^-3g/cm^3）
线吸收系数表明物质对X 射线的吸收特性，即X 射线通过单位厚度（即单位体积）物质的相对衰减程度。 质量吸收系数：X 射线通过单位面积、单位质量物质后的强度的相对衰减量。
18、阳极靶与滤波片的选择原则是怎样的？
实践表明，选择靶材的原则是：Z 靶≤Z 样+1；Z 靶>>Z 样
滤波片：1： Z 靶＜40时，Z 滤＝Z 靶-1；2： Z 靶＞40时，Z 滤＝Z 靶-2
19、推导出X 射线透过物质时的衰减定律x u e I I 10-=，并指出个参数的物理意义？
实验表明，当X 射线经过深度为x 处的dx 厚度的物质时，其强度的相对衰减 x x
I dI /与dx 成正比： dx I dI x
x 1μ-=（负号表示x dI 与x d 符号相反） 对上式积分（积分区间是0-t ）t
t t
t o x t x t
x e I I x I dx
dI I 100
1010ln 1μμμ-=-=-=??
20、当采用厚度为t 的滤片时，X 射线的透射因子为5.0/0=I I d
，假如，此滤片的厚度增加到原来厚度的2倍时，计算此时的透射因子0/I I d
的数值。 当厚度为t 时，5.0/10==-t d e I I μ，当厚度为2t 时，22205.0)(/'11===--t t d e e I I μμ
21、为使αCuK 线的强度衰减1/2，需要多厚的Ni 滤波片?(Ni 密度为8.90g/cm^3)。
22、厚度为1mm 铝片能把某单色X 射线束的强度降低为原来的23.9%，试求这种X 射线的波长。
放射物理基础知识 单项选择题（每题2分）: 1、X线发现于…………………………………………………………( B ) A.1885年 B.1895年 C.1913年 D.1860年 2、X线波长单位常用…………………………………………………( C ) A. R B. Ci C. ? D. C·Kg-1 3、X线是一种…………………………………………………………( C ) A.超短波 B.微波 C.电磁波 D.无线电波 4、X线波长介于………………………………………………………( C ) A.红外线与紫外线之间 B.可见光与红外线之间 C.γ射线与紫外线之间 D.γ射线与红外线之间 5、目前，属于非损伤性的检查技术为……………………………… ( C ) A.普通X线检查技术 B.计算机体层摄影 C.磁共振成像技术 D.介入放射学 6、用化学方法不能再分的最小粒子称为…………………………… ( B ) A.分子 B.原子 C.电子 D.质子 7、与实际焦点的大小无关的因素是………………………………………( D ) A. 聚焦槽的形状 B. 聚焦槽宽度 C. 灯丝在聚焦槽内的深度 D. 灯丝材料 8、在正常情况下，整个原子对外呈现……………………………… ( C ) A.正电位 B.负电位 C.中性电位 D.任意电位 9、 X中的A代表………………………………………… ……… (A ) A.质量数 B.质子数 C.中子数 D.原子 10、有关电磁波的性质说明，不正确的是…………………………… (D ) A.电磁波具有波动性、微粒性 B.电磁波具有偏振性 C.电磁波在真空和均匀介质中沿直线传播 D.电场与磁场的变化，按异相位变化，步调不一致(应该是一致) 11、在X线管中，灯丝电子撞击阳极靶面的动能取决于………………( A ) A.管电压 B.管电流 C.灯丝加热电压 D.电源电压 12、当原子吸收一定能量后，电子跃迁，此时原子状态称为…………(B )? A.基态 B.激发态 C.稳态 D.不稳定状态 13、灯丝电子与靶面原子核相互碰撞，主要产生…………………… (B )
X射线衍射分析思考题与习题 一X射线物理基础 1.怎样的X射线称作连续X射线?它是怎样产生的？它有什么应用？ 2.怎样的X射线称作特征X射线?它是怎样产生的？它有什么应用？ 3.一个元素的特征辐射能否激发同元素同系的荧光辐射？ 4.常用铅屏保护工作人员免受辐射的照射，为使CuKα, MoKα和60KV管电压发出的短极 限之辐射的透射系数都为1x10-5, 试问铅屏厚度分别为多少？ 二X射线衍射原理 1.一束平面波以α角照射到间距为a的一维原子列上，如图所示。SOS′和ＴＲＴ′的光程差 δ＝ＯＱ－ＰＲ＝λ波长，这时能产生衍射吗？ 2.波长为1.54埃的单色X射线照射到点阵常数为5.43埃的立方晶体（111）面上，改变 掠射角θ，该晶面最多能产生多少级衍射，它们的衍射角分别为多少？ 3.管电压为35KV所产生的连续X射线，以θ=60°的掠射角照射到a=5.43埃立方晶系的晶 体（100）和（531）晶面上，该两个晶面分别能最多产生多少级衍射（谐波），最高及最低两级的射线波长分别为多少。（波长大于2埃的全部射线被空气吸收了） 1]晶向，用厄瓦尔德图解法求出（022）4.如果入射线平行于a=5.43埃的立方晶体之[00 的反射线的波长。 5.如果用M0Kα辐射照射a=5.43埃的立方晶体上，用厄瓦尔德图解法回答晶体处于什么位 置时能产生（220）衍射？（求入射线与（220）面的夹角） 6.Cu Kα辐射照射金刚石结构的Si晶体a=5.43埃，那末（111）晶面能产生几级衍射？分
别写出其衍射指数。金刚石结构的晶胞中含有八个硅原子，其坐标分别为000+面心平移；414141 +面心平移 7. 立方晶系氯化钠结构的MgO(a=4.123埃)晶体，试回答题6中相同的问题。 8. 试证明试样无限厚时，衍射仪法常规扫描时，保持入射线截面积不变，在不同θ角情况 下，试样被照射到的体积不变。 9. 说明粉末法中衍射线相对强度主要与哪些因素有关？ 10. 说明粉末法中衍射线宽度主要与哪些因素有关？ 11. 说明使用粉末法衍射中积分强度公式时的实验条件。 三 粉末法 1. 直径为57.3毫米的德拜相机，CuK α辐射摄取德拜相，计算θ角为10o ，35o ，60o ，85o 时 K α双线间的距离。 2. 试说明怎样识别德拜相哪一区域为透射区（2θ<90o ） 3. 用单色射线照射MgO 粉晶，写出前八条衍射线的指数。 4. 为何粉末衍射仪法中一般记录到的衍射线强度都是平行于试样表面的反射晶面的衍射 强度？ 5. 用厄瓦尔德图解法来说明粉末衍射原理。 四 物相分析 1. 说明X 射线物相分析中的物相是指什么？说出X 射线物相分析的任务。 2. 说明X 射线物相分析的基本原理。 3. 说明X 射线物相分析定性分析的主要步骤。 4. 试样中掺进ωr =0.2含量的参考相，在混样的衍射图上，J 相最强线与参考相最强线的积 分强度比为1.5，查JCPDS 索引得到J 相和R 相的K 值分别为1.5和0.5，求J 相在原样品中的含量。 5. 由定性分析测试得试样中只有三个结晶相（不存在非晶态），在同一衍射图上它们的最 强线强度比I 1/I 2、I 1/I 3分别为0.57、0.30。求三个相的重量分量。 （已知三相最强线与刚玉的参考强度比分别为1.5、0.9、0.5。） 6. 取两份100克试样，分别掺入20克、30克该试样中某一相的纯标样，制得两个混样。
第一章 X 射线物理 习题一解答 1-1 产生X 射线需要哪些条件？ 答：首先要有产生电子的阴极和被轰击的阳极靶，电子加速的环境条件即在阴极和阳极间建立电位差，为防止阴极和阳极氧化以及电子与中性分子碰撞的数量损失，要制造压强小于4-Pa 的真空环境，为此要有一个耐压、密封的管壳。 1-2 影响X 射线管有效焦点大小的因素有哪些？ 答：影响有效焦点大小的因素有：灯丝大小、管电压和管电流、靶倾角。 1-3 在X 射线管中，若电子到达阳极靶面的速度为1.5?810ms -1，求连续X 射线谱的最短波长和相应的最大光子能量。 答：此题的思路是由动能公式22 1v m 求出电子的最大动能，此能量也是最大的光子能量，从而求出最短波长。但当速度可与光速c=3?810ms -1相比较时，必须考虑相对论效应，我们可以用下面公式求出运动中电子的质量 此题的结果告诉我们，管电压为73.8KV 。反过来，如果知道管电压，求电子到达阳极靶表面的电子速度时，同样需要考虑相对论效应。 1-4 下面有关连续X 射线的解释，哪些是正确的？ A ．连续X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果； B ．连续X 射线是高速电子与靶物质的原子核电场相互作用的结果； C ．连续X 射线的最大能量决定于管电压； D ．连续X 射线的最大能量决定于靶物质的原子序数； E ．连续X 射线的质与管电流无关。 正确答案：B 、C 、E 1-5 下面有关标识X 射线的解释，哪些是正确的？ A ．标识X 射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果； B ．标识X 射线的质与高速电子的能量有关； C ．标识X 射线的波长由跃迁电子的能级差决定； D ．滤过使标识X 射线变硬；
放射物理学 戴晓波 第一节 学习放射物理学的重要性 1、放射治疗的基本原理 （1）、利用放射线治疗肿瘤，基于放射线的穿透性及电离生物效应等物理特性。 （2）、基于肿瘤组织与正常组织之间的放射敏感性的微小差异。 （3）、基于不同的放射源，放射范围、放射剂量的可控制性。 2、放射治疗的目的要求： 尽可能地杀灭肿瘤组织，尽可能地保护正常组织 3、放射治疗医生的基本要求 （1）、具备射线的物理知识，熟悉各种放疗设备的基本结构、性能。 （2）、熟悉各种射线的特点、特性及其应用，在做放射治疗时正确选择放射源和治疗方式（3）熟悉临床剂量学，了解剂量计算，使肿瘤得到最大最均匀的照射，正常组织受到最低的照射。第二节 放射源的种类及照射方式 一、放射源的种类： 1、γ、β射线———放射性同位素。 2、普通X射线（KV级）——X线治疗机。高能X射线（MV级）——加速器。 3、电子束、质子束、中子束、负π介子束重粒子束等——加速器。 X线与γ线，本质上都是属电磁辐射、而β线、电子束、质子束等属于粒子辐射。 二、放疗的基本照射方式 1、体外照射(外照射)：又称体外远距离照射(teletherapy)：指放射源位于体外一定距离(80-100厘米)，集中照射人体某一部位。 2、体内照射(包括组织间放疗和腔内放疗)：又称近距离治疗(Brachytherapy)，指将放射源密封直接放入被治疗的组织内(组织间放疗)或放入人体的天然体腔内(腔内放疗)进行照射。放射源与被治疗的部位距离在5cm以内，故称近距离。 第三节 射线的产生及放射治疗机 一、 X射线的产生及治疗机 （一）、X线的产生 X线是具有很高能量的光子束，它是由高速运动的电子突然受到靶物质的阻滞而产生。 KV级(千伏级) X线-------普通X线机 MV级(兆伏级) X线------医用加速器 （二）、X线的特性 1、X线的平均能量（光子强度最大处）约等于最高能量的1/4～1/3， X线机及加速器上所标称的能量是其产生X线的最高能量。 2、 X线适宜放射治疗的能量范围为 0.2～7MeV（平均能量），相当于最高能量1～22MV范围
放射物理基础知识 单项选择题（每题2分）: 1、X 线发现于…………………………………………………………( B ) A.1885年 B.1895年 C.1913年 D.1860年 2、X 线波长单位常用…………………………………………………( C ) A. R B. Ci C. ? D. C ·Kg -1 3、X 线是一种…………………………………………………………( C ) A.超短波 B.微波 C.电磁波 D.无线电波 4、X 线波长介于………………………………………………………( C ) A.红外线与紫外线之间 B.可见光与红外线之间 C.γ射线与紫外线之间 D.γ射线与红外线之间 5、目前，属于非损伤性的检查技术为……………………………… ( C ) A.普通X 线检查技术 B.计算机体层摄影 C.磁共振成像技术 D.介入放射学 6、用化学方法不能再分的最小粒子称为…………………………… ( B ) A.分子 B.原子 C.电子 D.质子 7、与实际焦点的大小无关的因素是………………………………………( D ) A. 聚焦槽的形状 B. 聚焦槽宽度 C. 灯丝在聚焦槽内的深度 D. 灯丝材料 8、在正常情况下，整个原子对外呈现……………………………… ( C ) A.正电位 B.负电位 C.中性电位 D.任意电位 9、Ａ Ｚ X 中的A 代表………………………………………… ……… (A ) A.质量数 B.质子数 C.中子数 D.原子 10、有关电磁波的性质说明，不正确的是…………………………… (D ) A.电磁波具有波动性、微粒性 B.电磁波具有偏振性 C.电磁波在真空和均匀介质中沿直线传播 D.电场与磁场的变化，按异相位变化，步调不一致(应该是一致) 11、在X 线管中，灯丝电子撞击阳极靶面的动能取决于………………( A ) A.管电压 B.管电流 C.灯丝加热电压 D.电源电压 12、当原子吸收一定能量后，电子跃迁，此时原子状态称为………… (B )?