X射线物理学基础讲义省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

X射线物理学基础1-1X射线本质1-2X射线谱1-3X射线与物质相互作用1-4X射线防护1-5总结1895年伦琴发觉X射线以后很长一段时间内，人们只认识到这种肉眼看不见、穿透能力很强射线所展现出来一些现象特征，诸如穿越磁场时不偏转；能使底片感光，使荧光物质发光和使气体电离；对生物细胞有杀害作用等。直到发觉了晶体衍射现象和康普顿效应以后，人们才逐步揭示X射线真谛。X射线和无线电波、红外线、可见光、紫外线、γ射线、宇宙射线一样，本质上同属于电磁波。只不过彼此占据不一样波长范围而已。X射线波长很短，大约在0.01~100Å之间，在电磁波谱中，它与紫外线及γ射线相互搭接。EX射线即使和可见光一样（没有静止质量，但有能量），与光传输相关一些现象（如反射、折射、散射、干涉、以及偏振）都会发生，但因为相对可见光而言，X射线波长要短得多（光量子能量对应要高得多），上述物理现象在表现方式上与可见光存在很大差异。X射线只有当它几乎平行擦过光洁固体表面时，才有可能发生类似于可见光那样全反射；X射线穿过不一样媒质时，几乎不发生偏折（X射线折射率十分靠近1，只在数量级上有差异）。硬X射线：波长较短硬X射线能量较高，穿透性较强，适合用于金属部件无损探伤及金属物相分析。用于金属探伤X射线波长约为0.1~0.005nm或者更短，而用于晶体结构分析X射线波长约在0.25~0.05nm之间。软X射线：波长较长软X射线能量较低，穿透性弱，可用于医学和非金属分析。X射线与其它微观粒子一样，既含有波动特征，又含有粒子特征。描述X射线波动性质物理量，如频率ν，波长λ和描述其粒子性光量子能量E、动量P之间，遵照爱因斯坦关系式：小结X射线本质上属于电磁波，它与无线电波、可见光等并没有本质区分；它所展示出来一些特殊属性是因为其波优点于特定范围造成；X射线能够分为硬X射线和软X射线，波长短称为硬X射线，其能量高、穿透力强；波长长称为软X射线，其能量低、穿透力差。1-1X射线本质1-2X射线谱1-3X射线与物质相互作用1-4X射线防护1-5总结高速运动电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子运动受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体温度升高。X射线产生机理，按量子理论观点，源自两个物理过程：阴极射出高速电子与靶材碰撞，运动受阻而减速，其损失动能便以X射线光子形式辐射出来，所以这种辐射称之为韧致辐射；因为高速电子碰撞过程和条件是千变万化，因而X射线光量子波长必定是按统计规律连续分布，覆盖一个很大波长范围，故称这种辐射为连续辐射（或称白色X射线）；当阴极电子动能足够大时，其中一部分电子将有可能将靶材原子某个内层电子击出到电子未添满外层，此时原子将处于不稳定高能激发态，各外层电子便争相向内层跃迁，以填补被击出电子空位，以使系统能量回到低能稳定态。外层电子向内层跃迁过程中所降低能量，便转而以一个X射线光量子形式向外辐射。X射线光量子波长由电子跃迁所跨越两个能级能量差来决定。因为这种X射线波长能够标识原子原子序数特征，故称这种辐射为特征辐射或者标识辐射。X射线谱用量子理论很轻易解释短波限问题，即假如在外加电压U作用下，击靶时电子最大动能就是eU，极限情况是电子在一次碰撞中将全部能量都转化为一个光量子，这个含有最高能量光量子波长就是短波限λ0.X射线强度X射线强度是指垂直X射线传播方向单位面积上在单位时间内所经过光子数目标能量总和。常用单位是J/cm2.s.X射线强度I是由光子能量hv和它数目n两个因素决定,即I=nhv.连续X射线强度最大值在1.5λ0,而不在λ0处。连续X射线谱中每条曲线下面积表示连续X射线总强度。也是阳极靶发射出X射线总能量。试验证实，I与管电流i、管电压U、阳极靶原子序数Z存在以下关系：且X射线管效率为:二、特征（标识）X射线谱当X射线管压超出一定值时，会在一些特定波长位置处出现强度很高、非常狭窄谱线叠加在连续谱强度分布曲线上。改变管流、管压，这些谱线只改变强度，而波长值固定不变。这么谱线称之为特征X射线谱或者标识X射线谱。特征X射线产生示意图特征X射线命名规则电子能级间能量差并不是均等分布，愈靠近原子核，相邻能级间能量差愈大，所以同一靶材Ｋ、Ｌ、Ｍ系谱线中，以K系谱线波长最短，而L系谱线波长又短于M系；另外，在同一线系各谱线间，如在K系谱线中，必定有：原子中同一壳层上电子并不处于同一能量状态，而分属于若干个亚能级。如L层中8个电子分属于LⅠ、LⅡ、LⅢ三个亚能级；LⅠ亚能级上电子不能跃迁到K能级上（选择定则），所以Kα线是电子从LⅢ到K（Kα１）、LⅡ到K（Kα２）跃迁时辐射出来Kα１和Kα２两根谱线组成，LⅢ层上四个电子跃迁到K层几率比LⅡ层两个电子跃迁到K层几率大一倍，所以组成Kα线两根线强度比为二比一。