X射线的基础知识

产生途径
X射线荧 X射线管 光 放射性 同位素 衰败 同步加 速器辐 射
阴极：如同一般的灯丝，一般用钨丝做成，用于产生大量的电子。 阳极：又称靶，由不同的金属组成，从阴极发出的电子高速向靶撞击，产生X射线， 不同金属制成的靶产生的X射线是不同的。 冷却系统：当电子束轰击阳极靶时，其中只有1%能量转换为X射线，其余的99% 均转变为热能。 焦点：指阳极靶面被电子束轰击的面积。 窗口：X射线射出的通道，窗口一般用对X射线穿透性好的轻金属铍密封，以保持 X射线的真空。一般X射线管有四个窗口。
下限波长λmin与电压V相关
mv 2 hc eV h max 2 min

1.24 (nm) min V
(k比例系数，i 灯电流，Z 靶材料原子 序数，V 电压，k和m都是常数，m ≈2，K ≈1.1~1.4×10-9)
机理： 由阴极飞来的电子， 在其与阳极的原子 相作用时，把能量 传给这些原子中的 电子。
Kα辐射
K激发
Kβ辐射
WK
K态（击走K电子）
原 子 的 能 量
L激发
WL WM WN 0
L态（击走L电子）
Lα
M态（击走M电子） M N Mα N态（击走N电子） 击走价电子 中性原子
特征X射线产生过程
光子能量：Kβ大于Kα
K层与L层为相邻，L层电子填充几率大
Kα会出现分裂
Kα1、Kα2、Kβ1的强度比一般为100:50:22
波动性表现在它以一定的波长和频率在空间
传播。
粒子性表现由大量的不连续的粒子流构成的。
它具有一定的能量和动量。
hc
能量： hv

动量： p
h

① 肉眼不能观察到，但可使照相底片感光、荧
光板发光和使气体电离； ② 能透过可见光不能透过的物体； ③ 射线沿直线传播，在电场与磁场中不偏转， 在通过物体时不发生反射、折射现象，通过普通 光栅亦不引起衍射； ④ 射线对生物有很强的生理作用。
X射线管产生X射线的特点：当高速电子束轰
击金属靶时会产生两种不同的X射线。
一种是连续X射线，另一种是特征X射线。
特征X射线 X射线衍射分析
连续X射线
X射线荧光光谱分析
特点：
不同波长的X射线的叠加 从某一最小值开始
产生机理：
快速移动的电子在靶面突然停止而产生。电
子的动能的一部分变为热能，一部分变为一 个或几个X射线ຫໍສະໝຸດ Baidu子。
其中，V是频率，σ为屏蔽常数，k是依不同种类的谱线而设 定的常数。
靶材料
元素 Cr 序数 24
特征X射线波长
Kα 2.2907 Kβ 2.0849
Fe
Ni Cu Mo W
26
28 29 42 74
1.9373
1.6592 1.5418 0.7107 0.2106
1.7566
1.5001 1.3922 0.6323 0.1844
例如：Cu的特征谱线波长为：Kα1 1.54056Å，Kα2 1.54439Å，Kβ1 1.39222Å，... 对于Cu靶，Kα波长取Kα1与Kα2的加权平均值为1.54184Å。
1910年 ，亨利· 莫塞莱发现一个元素的X射线谱内，强 度最高的短波长谱线，与元素的原子序数有关。
K (Z )
X射线及晶体衍射有关的部分诺奖获得者
年 份 学 科 1901 物理 1914 物理 1915 1917 1924 1937 1954 1962 1962 1964 1985 1986 得奖者 伦琴Wilhelm Conral Rontgen 劳埃Max von Laue 亨利.布拉格Henry Bragg 物理 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg. 巴克拉Charles Glover Barkla 物理 卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn 物理 戴维森Clinton Joseph Davisson 物理 汤姆孙George Paget Thomson 鲍林Linus Carl Panling 化学 肯德鲁John Charles Kendrew 化学 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz Francis H.C.Crick、JAMES d.Watson、 生理医学 Maurice h.f.Wilkins 化学 化学 物理 Dorothy Crowfoot Hodgkin 霍普特曼Herbert Hauptman 卡尔Jerome Karle 鲁斯卡E.Ruska 宾尼希G.Binnig 罗雷尔H.Rohrer 内 容 X射线的发现 晶体的X射线衍射 晶体结构的X射线分析 元素的特征X射线 X射线光谱学 电子衍射 化学键的本质 蛋白质的结构测定 脱氧核糖核酸DNA测定 青霉素、B12生物晶体测 定 直接法解析结构 电子显微镜 扫描隧道显微镜
邓宇佳
☼
☼
X射线的发现
X射线的性质
☼
X射线的产生
☼ 连续X射线 ☼ 特征X射线 ☼ 莫塞莱定律




1895年伦琴（W.C. Roentgen）研究阴极射 线管时，发现阴极管能放出一种有穿透力 的肉眼看不见的射线。由于它的本质在当 时是一个“未知数”，故称之为X射线。 1896年，伦琴将他的发现和初步的研究结 果写了一篇论文，发表在英国的《Nature》 杂志上。 这一伟大发现很快在医学上获得了应用— —X射线透视技术。 1901年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴因X 射线的发现而获得第一个诺贝尔物理学奖。