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X射线的性质及其应用 摘要 X射线的发现是19世纪末20世纪初物理学的三大发现（X射线1896年、放射线1896年、电子1897年）之一，这一发现标志着现代物理学的产生.X射线的发现为诸多科学领域提供了一种行之有效的研究手段.X射线的发现和研究，对20世纪以来的物理学以至整个科学技术的发展产生了巨大而深远的影响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. 1895年爱迪生研究了材料在X光照射下发出荧光的能力，发现钨酸钙最为明显.1896年3月爱迪生发明了荧光观察管，后来被用于医用X光的检验.然而1903年爱迪生终止了自己对X光的研究.因为他公司的一名玻璃工人喜欢将X光管放在手上检验，得上了癌症，尽管进行了截肢手术仍然没能挽回生命.1906年物理学家贝克勒耳发现X射线能够被气体散射，并且每一种元素有其特征X谱线.产生X射线的最简单方法是用加速后的电子撞击金属靶.撞击过程中，电子突然减速，其损失的动能会以光子形式放出，形成X光光谱的连续部分，称之为制动辐射.通过加大加速电压，电子携带的能量增大，则有可能将金属原子的内层电子撞出.于是内层形成空穴，外层电子跃迁回内层填补空穴，同时放出波长在0.1纳米左右的光子.由于外层电子跃迁放出的能量是量子化的，所以放出的光子的波长也集中在某些部分，形成了X光谱中的特征线，此称为特性辐射. 此外，高强度的X射线亦可由同步加速器或自由电子雷射产生.同步辐射光源，具有高强度、连续波长、光束准直、极小的光束截面积并具有时间脉波性与偏振性，因而成为科学研究最佳之X光光源. 2.2　激光等离子体光源 　　 　　 　　 激光等离子体光属于价格便宜、易于操作的光源，可以用于X射线显微术，象电子扫描显微镜一样作为实验室的常规分析工具.其基本原理是：当高强度(1014～1015 W/cm2)激光脉冲聚焦打在固体靶上时，靶的表面迅速离化形成高温高密度的等离子体，进而发射X射线.它是一种具有足够辐射强度的独立点光源，所用泵浦激光器主要有Nd:YAG，钕玻璃和KrF等.X射线发射与靶材料有关，由于溅射残屑可能损伤和污染光学系统和样品，若用气体靶代替固体靶可以避免残屑问题.因此，需要进一步研究开发有效的、高重复频率工作的、不产生残屑的激光等离子体X射线光源. 2.3 同步辐射 当速度接近光速的带电粒子在磁场中作圆周运动时，会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波.1947年人类在电子同步加速器上首次观测到这种电磁波，并称其为同步辐射，后来又称为同步辐射光.同步辐射最初是作为电子同步加速器的有害物而加以研究的，后来成为一种从红外到硬X射线范围内有着广泛应用的高性能光源.同步辐射光源是开展凝聚态物理、材料科学、生命科学、资源环境及微电子技术等多学科交叉前沿研究的重要平台. 同步辐射光源的主体是电子储存环，30多年来已经历了三代的发展.第一代同步辐射光源的电子储存环是为高能物理实验而设计的，只是“寄生”地利用从偏转磁铁引出的同步辐射光，故又称“兼用光源”；第二代同步辐射光源的电子储存环则是专门为使用同步辐射光而设计的，主要从偏转磁铁引出同步辐射光；第三代同步辐射光源的电子储存环对电子束发射度和大量使用插入件进行了优化设计，使电子束发射度比第二代小得多，同步辐射光的亮度大大提高，如加入波荡器等插入件可引出高亮度、部分相干的准单色光.同步辐射光具有频谱宽且连续可调（具有从远红外、可见光、紫外直到X射线范围内的连续光谱）、亮度高（第三代同步辐射光源的X射线亮度是X光