第一章 X射线物理学基础-课件.pptVIP

早期X射线重要的研究者有Ivan Pului教授、威廉·克鲁克斯爵士、约翰·威廉·希托夫、Eugene Goldstein、海因里希·鲁道夫·赫兹、菲利普·莱纳德、亥姆霍兹、尼古拉·特斯拉、爱迪生、Charles Glover Barkla、马克思·冯·劳厄和威廉·康拉德·伦琴。 物理学家希托夫观察到真空管中的阴极发出的射线。当这些射线遇到玻璃管壁会产生荧光。1876年这种射线被Eugene Goldstein命名为“阴极射线” 。 随后，英国物理学家克鲁克斯研究稀有气体里的能量释放，并且制造了克鲁克斯管。这是一种玻璃真空管，内有可以产生高电压的电极。他还发现，当将未曝光的相片底片靠近这种管时，一些部分被感光了，但是他没有继续研究这一现象。 1887年4月，尼古拉·特斯拉开始使用自己设计的高电压真空管与克鲁克斯管研究X光。他发明了单电极X光管，在其中电子穿过物质，发生了现在叫做韧致辐射的效应，生成高能X光射线。1892年特斯拉完成了这些实验，但是他并没有使用X光这个名字，而只是笼统成为放射能。他继续进行实验，并提醒科学界注意阴极射线对生物体的危害性，并他没有公开自己的实验成果。1892年赫兹进行实验，提出阴极射线可以穿透非常薄的金属箔。赫兹的学生伦纳德进一步研究这一效应，对很多金属进行了实验。亥姆霍兹则对光的电磁本性进行了数学推导。 1895年11月8日德国科学家伦琴开始进行阴极射线的研究。1895年12月28日他完成了初步的实验报告“一种新的射线”。他把这项成果发布在 维尔茨堡s Physical-Medical Society 杂志上。为了表明这是一种新的射线，伦琴采用表示未知数的X来命名。很多科学家主张命名为伦琴射线，伦琴自己坚决反对，但是这一名称仍然有人使用。1901年伦琴获得诺贝尔物理学奖。 布拉格公式： nλ＝2dsinθ 与X射线有关的部分诺贝尔奖获得者名单 X光管 （1）阴极（灯丝）——发射电子。 由钨丝制成，加热后热辐射电子。 （2）阳极（靶）——发射X射线。 使电子突然减速并释放X射线。 （3）窗口——X射线出射通道。 既能让X射线出射，又能使管密封。 窗口材料用金属铍或硼酸铍锂。窗口与靶面常成3-6°的斜角，以减少靶面对出射X射线的阻碍。 （4）循环冷却水 高速电子转换成X射线的效率只有1%，其余99%都作为热而散发了。所以靶材料要导热性能好，常用黄铜或紫铜制作，还需要循环水冷却。 （5）焦点——阳极靶表面被电子轰击的一块面积。 焦点的尺寸和形状是X射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯丝的形状，螺形灯丝产生长方形焦点。 X射线管的性能 X射线衍射工作中希望细焦点和高强度： 细焦点－提高分辨率 高强度－缩短暴光时间、提高信号强度 2）当管压保持恒定、增加管流时，各种波长X射线的相对强度一致增高，但λm和短波限λ0数值大小不变。 3）当改变阳极靶元素时，各种波长的相对强度随靶元素的原子序数增加。 ●被加速的电子中大多数高速电子与阳极靶撞击时，其部分能量要消耗在电子对阳极靶的各种激发作用上，所以转化为X射线光量子的能量要小于加速电子的全部能量。 ●此外，一个电子有时要经过几次碰撞才能转换成光量子，或者一个电子转换为几个光量子，那么大多数辐射出的X射线能量小于加速电子的能量、辐射X射线波长相应地短于短波限，波长因而组成了连续X射线谱。 X光管的效率 K1是个很小的常数（1.1-1.4）×10-9 V-1，当用钨阳极管Z=74、管电压100kV时，X射线管的效率为1%或者更低。 这是由于X射线管中电子的能量绝大部分在和阳极靶碰撞时产生热能而损失，只有极少部分能量转化为X射线能。所以X射线管工作时必须以冷水持续冲刷阳极，达到冷却阳极的目的。 ●特征：图中钼靶K系特征X射线有两个，Kα 波长0.071nm和Kβ波长0.063 nm。 其中Kα又可细分为Kα1和Kα2两条线，波长相差0.0004nm，强度比约为2：1。 Kα和Kβ的强度比约为5：1. 当用原子序数较高的金属作阳极靶时，除了K系射线外，还可得到L，M等系的特征X射线。 在X衍射工作中，一般采用强而窄的Kα线。如CuKα的谱线在标准工作电压（40kV）时强度为连续谱的90倍，且半高宽0.001nm。 如继续提高管电压，特征X射线强度增加，波长不变。 根据特征X射线的产生机理，可以得出结论： 特征X射线的波长和频率只取决于阳极靶物质的的原子能级，是物质的固有特性。 实验证明 1）阳极靶元素的特征谱线按照波长增加的次序分为K、L、M…等若干谱系，每个谱线系又分若干亚系。例如，K系内每一条谱线按照波长减小的次序分别称之为Kα， Kβ