X射线物理学基础

第一篇X射线衍射分析n1910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。

1895年伦琴初次发现X射线，拍摄的他夫人手指的X射线照在伦琴的两名研究生弗里德里希（W. Friedrich）和克尼(Knipping)的帮助下，劳厄进行了第一次X射线衍射实验，并取得了成功。

第一次X射线衍射实验所用的仪器。

所用的晶体是硫酸铜。

劳厄法X射线衍射实验的基本装置与所拍的照片爱因期坦称，劳厄的实验“物理学最美的实验”。

它一箭双雕地解决了X射线的波动性和晶体的结构的周期性。

第一章X射线的物理特性n1.1 X射线的产生极其性质n1.2 X射线谱n1.3 X射线与物质的相互作用n1.4 X射线的衰减规律第一节Ｘ射线的产生极其性质一、X射线的产生X射线管包括阴极、高压、靶材图1-1 X射线管的结构示意图二、X射线的本质X射线是一种电子波，横波，波长短（0.01-10nm）“硬”X射线，“软”X射线三、X射线的本质Ø不能用一般方法使X射线会聚发散Ø通常靠使荧光物质发光、使照相底片感光、使气体产生电离现象观察检测Ø软X射线的波长与晶体中原子间距比较接近，常被用来进行X射线衍射分析（0.25-0.05nm）Ø对有机质是有害的，需要加上铅制品保护。

第二节X 射线谱图1-2 两种X 射线谱示意图一、连续谱X 射线强度随波长λ而变化的关系曲线，即X 射线谱。

丘包状曲线为连续谱竖直尖峰为特征谱对应两种X 射线辐射的物理过程。

连续谱：大量高速运动的电子与靶材碰撞时而减速，不同能量损失转化成不同波长的X 射线，并按统计规律分布。

2I iZUα连=图1-2 两种X 射线谱示意图2max12o hc eU h m ευνλ====动短波限λo ：hc K e U Uλ==o K=1.24nm ·kV ，短波限只与管电压有关。

连续X 射线总强度：α值约为（1.1-1.4）×10-9X 射线管发射连续X 射线的效率η为：2X X iZU ZUiUαηα===连续射线总强度射线管功率当用钨阳极（Z=74），管电压为100kV 时，η≈1%，可见效率是很低的。

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 Å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 ），50KVX 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 ）50mA3、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。

x射线诊断的物理基础X射线诊断是一种常用于医学影像学中的诊断技术。

它通过利用X射线穿透物体并在胶片或数字传感器上形成影像的原理来诊断疾病。

X射线的物理基础包括X射线的生成、穿透和吸收。

X射线的生成主要是通过X射线管。

X射线管由阴极和阳极组成，阴极由电子束加热产生电子，经由高电压加速，在阳极上产生高速电子撞击阳极金属，从而产生X射线。

X射线的频率和能量与电子束的能量有关。

X射线具有很强的穿透能力，可以穿过人体组织。

它的穿透能力与射线的能量有关，能量越高，穿透能力越强。

在医学影像学中，通常使用具有30至150kV的高电压来产生X射线。

X射线可以穿透软组织，如肌肉和脂肪，显示为较浅的影像；而在骨骼等密度较高的组织中，X射线的穿透能力较弱，形成较浓密的影像。

通过观察X射线影像的浓密程度和形状，可以判断组织的健康情况。

X射线在物体中的吸收程度与物质的原子序数和原子量有关。

原子序数越大的物质，如钙和铅，对X射线的吸收能力越强。

而原子序数较小的物质，如肌肉和脂肪组织，对X射线的吸收能力较弱。

在X 射线影像中，骨骼和钙质结构会显示为较白的区域，而软组织则显示为较暗的区域。

X射线诊断的物理基础还包括X射线的散射和弥散。

X射线在穿过物体时会发生散射，散射的程度与物体的密度有关。

散射会导致X 射线影像的对比度降低，影响诊断的准确性。

为了减少散射，常常使用散射补偿方法，如使用散射屏或增加固定的铅遮挡器。

X射线诊断是通过利用X射线的生成、穿透、吸收和散射等物理原理，对患者进行影像检查并诊断疾病的一种常用技术。

了解X射线的物理基础对于正确解读X射线影像，提高诊断准确性非常重要。

第一章X射线物理学基础【教学内容】1．X射线的发觉。

2．X射线的本质。

3.X射线的产生与X射线管。

4．X射线谱。

5.X射线与物质的彼此作用。

【重点把握内容】1.X射线的粒子性与波动性。

2.X射线的产生与X射线管的大体构造。

3•持续X射线和特点X射线谱特点及产生的机理。

4.X射线与物质的的彼此作用而产生的散射和吸收。

【了解内容】1.X射线发觉。

2.X射线的平安防护。

【教学难点】1．X射线的散射与干与。

2．X射线的吸收。

【教学目标】1•了解X射线的本质、特点。

2.把握X射线的产生和X射线谱特点。

3．把握X射线与物质的彼此作用有关知识。

4.培育能依照不同的需要选择对不同类型的X射线及在关实验条件的能力。

【教学方式】1．以课堂教学为主，通过量媒体教学手腕，增强教学成效。

并通过部份习题，增进学生对X射线本质的明白得。

2.安排一次对X射线衍射仪的参观，使学生对X射线的产生和大体装置有一个初步的感性熟悉。

一、X射线的发觉X射线发觉于19世纪末期，并在上个世纪之交掀起了一场X射线热。

它的发觉及其本质的确信在物理学上具有划时期的意义。

代表着经典物理学与近代物理学的转折点。

1895年11月8日，德国物理学家伦琴（照片）在研究真空管的高压放电现象时，偶然发觉凳子上镀有氰亚铂酸钡的硬纸板会发出荧光。

这一现象当即引发的细心的伦琴的注意。

他认真分析一下，以为这可能是真空管中发出的一种射线引发的。

连续数日呆在实验室中不回家。

他试着用各类手、纸板、木块去遮挡，但都无法挡住这种射线。

于是，一项伟大的发觉诞生了。

由于那时对这种射线的本质和特性都不了解，故称之为X射线。

其实在此之前，也有人注意到，放在高压管周围的照相底片有时会发生雾点。

但他们以为这是一种偶然现象。

没有引发重视。

伦琴发觉，不同物质对X射线的穿透能力是不同的。

他用X射线拍了一张其夫人手的照片（照片）。

1896年1月23日。

伦琴在自己的研究所第一次作关于X 射线发觉的报告时，现场再次拍了维尔兹堡闻名的解剖学教授克利克尔的一只手的照片，克利克尔教授带头向伦琴欢呼三次，并建议将这种射线称为伦琴射线。

X射线物理基础一、X射线的基本概念X射线是一种高能电磁辐射，其波长比可见光还要短，但比γ射线稍长。

X射线是由被高速电子撞击产生的极短波长的电磁辐射。

X射线的波长范围在0.01~100纳米之间，因此具有穿透性很强的特点。

X射线辐射主要有三种过程，即散射、吸收和透射。

散射是指X射线在物质中的原子内外发生方向改变；吸收是指物质中的原子吸收掉X射线；透射是指X射线穿过物质而不被物质吸收。

二、X射线的产生和基本特性X射线的产生有两种方式，即广义上的X射线和特殊的X射线。

广义上的X射线产生是指将一束高能电子流来轰击具有特殊构造和材料的靶，使靶发射出X射线，这种方式就是X射线机所采用的。

特殊的X射线产生是指利用原子残余成分核能级跃迁所放出的特殊X射线。

X射线的基本特性有以下几点：1.X射线是一种电磁波，不带电，可以穿透很厚的物质，其波长短，频率高，能量较大。

2.X射线的强度随着入射电子的能量增加而增加，随着靶材的原子序数增加而增大。

3.不同的物质具有不同的透射性，而透射系数与射线的能量相关。

4.X射线具有强的杀菌和破坏生物细胞等作用。

三、X射线在医学中的应用X线是医学中常用的诊断性工具，应用广泛，可以用于检测人体内各种骨头、器官等部位情况。

常见的X线检查有：1.骨密度检查：用于测定骨的密度，并检测是否存在骨质疏松等问题。

2.胸部X线检查：用于检测肺、心脏等部位疾病的情况。

3.腹部X线检查：用于检测腹部器官如胃、肠、肝、脾、胰等的情况。

4.骨骼成像：用于检查骨骼不良变化的情况，如骨折等。

5.普通X线检查：用于全身各个部位的检查。

四、X射线的剂量安全问题X射线的安全问题是医学工作者非常关注的问题，因为如果剂量过大，就会对身体造成损害。

常见的X射线安全问题包括以下几点：1.剂量选择问题：不同的检查需要选择适当的剂量，大剂量的X射线会对人体健康造成不良影响。

2.暴露时间问题：X射线检查中，暴露时间过长会使剂量增加。

3.距离问题：医学工作者需要尽量离患者远一些，以避免吸收额外的X射线。