X射线的物理学基础共50页

2、特征 X 射线谱(特征谱/标识谱)
它是迭加在连续谱上的分立谱线，在 X 射线 谱中，特别窄，特别高的峰就是特征 X 射 线。
1）产生机理
2）特征谱线的命名
3）特征波长
1）产生机理
4）特征波长及其与z关系： Pt(Z=78)的质量吸收系数 μm 随入射 X 射线波长 λ 的变化 hν=hc/λ≥ev
1879年克鲁克斯曾抱怨放在他的阴极射线管附近的照相底片老出现模糊的阴影。
不同阳极靶材，在有不X同的射特线征谱管线中，波，长当不同阴λ~极z关发系射，由的19电14年子莫束塞萊轰（击MO阳SL极EY）的定过律确程定中。 ，当某个具有足 够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出，于是在低能级上出现空位，原 子的系统能量升高，系统处于激发状态。 这种激发态是不稳定的，随后便有较高能级上的电子向低能级上的空位跃 迁，使原子的系统能量重新降低而趋于稳定。在原子系统中，电子从高能级 向低能级的跃迁过程中多余的能量以光子的形式向外辐射特征 X 射线。
X 射线：波长0.001～10nm的电磁波； 高速电子撞击阳极(Cu、Cr等重金属)：热能(99%)+X射线(1%)
高速电子撞击 使阳极元素的内层 电子激发；产生X 射线辐射；
X 射线谱
X 射线谱是 X 射线强度I-波长λ的关系曲线
X 射线管产生的辐射按射 线谱特征分为连续 X 射线 和特征 X 射线两类。
波长一定而强度很强
与靶材、激发电压有 关，与管电流无管
特征谱的产生与靶材 原子内部结构有关如 Kα，Kβ
hn2n1 En2En1
En2和En1—— 分别为高能级和低能级电子的能量
n1 n2En1 hEn2 cR(Z)2 n2 2 1n1 2

X射线的特点
波动性：
以一定的频率 ν 和 波 长 λ 在 空间 传播；具有干涉、 衍 射 、偏 振 等现 象。
微粒性：
具有一定的质量m、 能量E和动量p， 在与电子、质子、 中子间相互作用时， 表现出粒子的特征。
X射线的波粒两重性
ν、λ与E、p之间也有如下的关系: E=hν=hc/λ P=h/λ
5. X射线命名规则

X射线命名规则：主字母代表终态，下标 代表层序差＝1，＝2。。。。。例如 K：LK， K：MK
6. X射线与物质的相互作用
X 射线与物质相互作用时 ( 过程复 杂 ) 。但就其能量转换而言，一束 X 射 线通过物质时，它的能量可分为三部 分：散射、吸收、透过(透过物质后的 射线束强度被衰减)。

常用X射线管的结构
X射线
玻璃
钨灯丝
冷却水
电子
接变压器 示 金属聚灯罩
3. X射线的产生--装置

（1）常用的靶材：Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag （2） 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。因此， 阳极 的底座一般用铜制作。使用时通循环水 进行冷却。以防止阳极过热的熔化。
X射线的性质
（1）穿透性
（2）感光作用 （3）电离作用 （4）荧光作用 （5）生物效应
3. X射线的产生—原理
X射线的产生，是因为在阴极 射线管中的电子流高速射入正极 靶内的物质时，因为电子减速或 造成靶中原子内部的扰动，而放 射出高频率的电磁波。
3. X射线的产生--装置
当冲击物质的带电质点或光子的能量足够大时, 物质原子内层的某些电子被击出，或跃迁到外部 壳层，或使该原子电离，而在内层留下空位。然 后，处在较外层的电子便跃入内层以填补这个空 位。这种跃迁主要是电偶极跃迁，跃迁中发射出 具有确定波长的线状标识X 射线谱。

1、特点
1）强度随波长而连续变化，每条曲线都对应有一个最短的波长 （短波限λ0）和一个强度的最大值。最大值一般在1.5λ0地方。
2）λ0与管流和靶的材料无关，只与管压有关，二者之间的关系： λ0=1.24/V(nm) 随着管压的增大，λ0向短波方向移动。
3）连续X射线的强度不仅与管压有 关，还与管流和靶材有关。
X射线的产生常用的方式: X射线管和同步幅射X射线源
常用X射线管的结构：
第一章 X射线物理学基础
三、X射线的产生与X射线管
1 常用的靶材：Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag 2 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。因此， 阳极的底 座一般用铜制作。使用时通循环水进 行冷却。以防止阳极过热的熔化。 3 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，分别从它们中射出一对线状 和一对点状X射线束。
λKα= 2/3λKα1+1/3λKα2
λ Kα = 2/3λ Kα 1+1/3λ Kα 2
第一章 X射线物理学基础
四、X射线谱
说明： 1) 激发电压对不同的阳极靶是不同的，它由阳极靶的原子序数Z所决定。 2) 阳极靶不同产生的特征X射线的波长不同。 3）工作电压一般是激发电压的3-5倍。因为当工作电压激发电压的3-5倍时， I特/I连最大。 4）实验中最常用的特征X射线是Kα。最常用的靶材是Cu和Fe。 5） λKα= 2/3λKα1+1/3λKα2,有时需要注意区分Kα1和Kα2。
第一章 X射线物理学基础
二、X 射线的本质
2、X射线粒子性：

临界条件：
eK U E K W K hK
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适宜工 作电压
阳极靶材的原子序数越大，同一辐射的激发电压越高！
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• K系特征X射线一般由Kα、Kβ二谱线构成。 • Kα辐射是由L→K层电子跃迁产生， Kβ辐射是由M→K层
1901年，伦琴获诺贝尔物理学奖。 之后建立了“X射线透射学”，最早应用于医学，后应用于工业无损探伤。
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• ②1912年，德国物理学家“劳 埃”发现了X射线在晶体中的 衍射现象。
• （1）X射线是波长极短的电磁波， 与晶体中原子间距离同数量级；
• （2）晶体由原子（或原子团）在三 维空间周期性重复排列而成。
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② 激发电压
• 激发电压—激发靶材辐射出某特征X射线所需的管 电压的临界值，称为该靶面物质的该系激发电压。 按被激发系列标以UK、UL、 UM …等 。
• UK＞UL＞UM…；
解释：以K系辐射为例： 欲击出靶材原子内层电子，比如 K层电子，必须满足：
eU W KE K
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2、X射线的波粒二象性
• 波动性的表现：以一定的频率和波长在空间传播， 例如以晶体作衍射光栅时观察到的X射线的衍射现 象；
• 描述波动性的物理量：频率ν、波长λ
• 粒子性的表现：以光子形式辐射和吸收时具有一 定的质量、能量和动量，如光电效应等。
• 描述粒子性的物理量：能量E、动量P
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二、 X射线管
• 1、封闭电子式X射线管的结构