X射线与物质的相互作用课件.ppt

§1.1 X射线的物理基础 一、X射线学发展简史 第一节 X射线的物理基础 1.1.1 X射线的发现与应用 1.1.2 X射线的本质 1.1.3 X射线的产生及X射线管 1.1.4 X射线谱（X—ray line） 1.1.5 X射线与物质的相互作用 ① X射线以光速直线传播，c＝2.998×108m/s。 ② X射线的波长范围是：λ＝10～0.001nm。 在材料研究中，用于晶体结构分析时，X射线的波长范围一般在0.25～0.05 nm之间，若用于探伤，其波长一般取0.1～0.005 nm。 ③ X射线之间可以相互作用，产生干涉、衍射等现象。 ① X射线是由大量以光速运动的粒子组成的不连续粒子流，这些粒子称为光量子。每个光量子的能量： ε＝h·ν h—普朗克常数，6.63×10－34J·s； ν—X射线频率，ν＝c/λ，λ—X射线波长 由于X射线的波长很短，所以X射线的能量很大。 ② X射线可以与原子、电子相互作用，产生光电效应、荧光辐射等现象。 三、穿透能力强 X射线穿透能力强。它能够穿透木块、玻璃，甚至金属（“铅”除外）。 伽玛射线、微中子（中微子）穿透力更强。 第一节 X射线的物理基础 1.1.3 X射线的产生及X射线管 一、X射线的产生 由高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，释放大量的动能，从而激发物质中的内层电子发生跳越，而产生的一种电磁波。 连续谱 不同电子，损耗不同，转变的X—ray光子能量不同，其波长就不同。由于存在大量电子，故可以得到各种波长的X—ray，从而形成连续X—ray谱。 标识谱 – 能级跃迁 二、产生装置 热阴极X射线管（也称电子式X射线管） 三、X射线的产生条件 ①能产生自由电子的电子源（阴极）； ②能阻碍自由电子运动的障碍（阳极靶）； ③能够使自由电子高速定向运动（加高压）； ④能够保持电子流稳定（加高真空）。 冷阴极X射线管（离子式X射线管）： 先通过电离，产生正离子； 然后用正离子撞击阴极，放出电子； 再让电子高速运动，撞击阳极，产生X射线。 第一节 X射线的物理基础 1.1.1 X射线的发现与应用 1.1.2 X射线的本质 1.1.3 X射线的产生及X射线管 1.1.4 X射线谱（X—ray line） 1.1.5 X射线与物质的相互作用 1.1.4 X射线谱（X—ray line） X射线谱是指X—ray强度I随波长λ而变化的关系曲线。 两种类型： ①连续X—ray谱 是从某一短波限λ0开始，直到波长等于无穷大λ∞的一系列波长构成，也称为白色X—ray。 ②特征X—ray谱： 是具有一定波长的若干特强的X—ray，叠加在强度连续平滑变化的连续谱之上，也叫标识X—ray。 一、连续X—ray谱 1、实验规律 连续X—ray谱具有下述规律： 随管电压V增大—— ① 各种波长射线的相对强度I（λ）一致增高。 ② 最高强度X—ray的波长λm变短。 ③ 短波限λ0 变小，即λ0向左方移动，同时，波谱变宽。 可见：管电压既影响X—ray的强度，也影响X—ray的波长范围。 ④若管电压V保持恒定 增大管电流I，则强度一致增高；但波长λm、λ0数值大小不变，即管电流不影响波长。 ⑤若改变阳极靶元素 则X—ray谱形式不变，上述规律也不变，但谱线位置变化。 通常，随着原子序数增大，各种波长的相对强度增大。 连续谱线的产生原因： 因为不同的电子，损耗不同，则转变的X—ray光子能量不同，其波长就不同。由于存在大量电子，故可以得到各种波长的X—ray，从而形成连续X—ray谱。 2、短波限λ0 短波限的存在原因： 由灯丝发射出的电子经高压电场加速，电场的位能将转化为电子的动能： （1/2）mυ2=e V V-管电压，e -电子的负荷 当一个电子的动能毫无损失地全部转化为一个X—ray光子时，光子将达到最高的能量：εmax=hνmax， 此时，X射线就具有了最大的频率νmax和最短的波长λ0。 短波限λ0的推导与计算 ： ∵ εmax= (1/2)mυ2=eV ∵ hνmax=h(c/λ0) =εmax ∴ λ0=hc/