射线物理基础

1、关于射线物理基础第一张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础引言X射线学的发展及分支 1895年德国物理学家“伦琴”发现X射线。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。第二张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础1912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。获1914年的诺贝尔物理学奖。第三张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理

2、学基础获1915年的诺贝尔物理学奖。之后发展了X射线学的另一分支：“X射线衍射学”（或“X射线晶体学” ）。1913年，英国物理学家“布拉格”父子提出了著名的布拉格方程，是X射线的衍射学的理论基础。第四张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础 1914年，莫塞莱发现不同元素的同名特征X谱线的波长和原子序数有定量的对应关系。发展了第三个分支 “X射线光谱学”。（即根据X射线光谱，研究物质的原子结构和成分。）第五张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础X射线学的分支X射线透射学X射线衍射学X射线光谱学第六张，PPT共六十八页，创作于2022年6月

3、第一章 X射线物理学基础第一节 X射线的性质 X射线的波长范围：10-310nm。一、 X射线的性质 不可见，但它能使一些气体或其他物质电离，使照相底片感光，使荧光物质发光。 穿透性强，并可被物质吸收和散射。软X常用于晶体的X射线衍射分析。硬X射线常用于金属零件的探伤和医学上的透视分析。第七张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础折射率1X射线穿过不同媒质时，呈直线传播，在电场和磁场中也不发生偏转，因此不能用常规方法使X射线会聚或发散。 对生物细胞有很强的杀伤作用。第八张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础二、 X射线的本质1、X射线的本质

4、也是电磁波，即也是一种无静止质量并以光速运动的光子。 第九张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础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、波长粒子性的表现：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第十张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础波动性和粒子性之间存在下述关系：0.050.25nm范围适于 结构分析0.0050.1nm范围适于 探伤分析第十一张，PPT共六十八页，创作于2022

5、年6月第一章 X射线物理学基础第二节 X射线的产生一、X射线产生原理实验证明：高速运动的带电的基本粒子突然受阻时，随着能量的消失和转化，就会产生X射线。实际用于获得X射线的带电粒子是电子。第十二张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础电子式X射线管产生X射线的条件：(1) 产生电子的电子源；(2) 使电子作定向高速运动；(3) 在高速电子流的运动路径上设置障碍物，使电子突然受阻。(4) 封闭在高真空中，真空度高于10-3Pa。第十三张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础二、 X射线管1、封闭电子式X射线管的结构封闭电子式X射线管与其结构示意

6、图第十四张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础(1)阴极：钨丝；加热钨丝发射热电子；(2)阳极/靶：使电子突然减速并发射X射线的地方。不同的靶面材料用于获得不同波长的X射线。 (3) 阴极和阳极之间的高压使电子作定向高速运动；(4)阴、阳极都密封在高真空管中，真空度10-3Pa。其他组成部分：金属聚焦罩、冷却水、铍窗口。第十五张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础高速运动的电子与物质碰撞时被突然减速或停止运动，其大部分动能（99%）转变为热能使物体升温，而一小部分动能（1%）则转变为光能以X射线形式向外界释放。封闭电子式X射线管的功率有限

7、，为5003000W。第十六张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础2、旋转阳极大功率X射线源需要用旋转阳极。因阳极不断旋转，电子束轰击部位不断改变，故提高功率也不会烧熔靶面。目前有100kW的旋转阳极。 第十七张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础第三节 X射线谱X射线谱：X射线强度随波长变化的关系曲线。X射线的强度X射线的强度：单位时间内，通过与X射线传播方向垂直的单位面积上的X射线光量子的能量总和。用I表示。常用单位：J/cm2s。强度为光子流密度和每个光子的能量的乘积。(光子流密度：单位时间内通过单位截面的光量子数目。)即X射线的强

8、度（I）是由光量子的能量（h）及它的数目（n） 决定，I= n h。第十八张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础由热阴极X射线管发出的X射线分为两种类型：(1)连续X射线谱； (2)特征X射线谱（又称标识X射线谱）。它们对应两种X射线辐射的物理过程。第十九张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础一、连续X射线谱1、定义X射线谱中，强度随波长连续变化的部分，称为连续X射线谱，简称连续谱。2、连续谱的特点不同管压下，连续谱在短波方向都有一个突然截止的波长极限值，称为短波限，用0表示。X射线波长由大于0的所有辐射组成；强度存在一最大值（约1.5

9、0处，用m表示 ）。对同一靶材，不同管压、管流下的连续谱的变化规律。第二十张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础3、连续X射线谱的解释 连续谱的产生量子理论：当能量为eV的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式辐射出去，每碰撞一次，产生一个能量为hv的光子。由于大量电子射到阳极上的时间和条件不尽相同，仅有一少部分电子能产生极限能量交换，绝大多数电子经多次碰撞完成能量交换，而辐射出波长大于0 的不同波长的X射线，形成连续谱。第二十一张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础 短波限极限情况下，能量为eV的电子在一次

10、碰撞中将其在电场中加速得到的全部动能转给一个光子，则此光子的能量最大，波长最短，相当于短波限0的X射线。表明：0只与管电压有关，不受其它因素的影响； 随管电压增加，0向短波方向移动。第二十二张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础 强度最大值位于1.50附近X射线强度由每个光子的能量hv和单位时间通过单位面积的光子数目n两个因素决定,即I=nhv。在碰撞过程中，能产生极限能量交换的电子仅占一少部分，而其他大量电子会产生多次碰撞完成能量交换，因此虽然短波限对应的光子能量最大，但光子数目不多，故强度的极大值不在0处，而位于1.50附近。第二十三张，PPT共六十八页，创作于

11、2022年6月第一章 X射线物理学基础对同一靶材，不同管压、管流下的连续谱的变化规律。U管升高，各辐射强度升高，0和 max （最大辐射时的波长）均减小；解释：当加大管压时，击靶电子的动能、电子与靶材原子的碰撞次数和辐射出来的X射线光子的能量都会增加，因此随管压的增加，各波长X射线的强度均增加。管电压不变时，随管电流的升高，各辐射强度均升高，但0和max保持不变。不同的靶面物质发射的连续谱具有相似的特征第二十四张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础二、特征X射线谱1、定义当U管超过某临界值后，叠加在连续谱上的强度很高且具有一定波长的X射线谱，称为特征X射线谱，简称特征谱。如钼靶X射线管，当管电压等于或高于20kV时，则除连续谱外，位于一定波长处（0.063nm和0.071nm）,叠加有少数强谱线。第二十五张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础2、特点产生特征X射线的条件：管电压超过与靶材相应的某一特定值UK；对一定的靶材，特征X射线波长为一定值。 KK,且同一元素对应谱线的强度比大约为5：1。第二十六张，PPT共六十八页，创作于2022年6月第一章 X射线物理学基础3、对特征