x射线基本原理分析

第一部分基本原理第一章X射线的产生和性质1.1.1.X射线的发现1895W.C.Röntgen(Germanphysicist)1.1X射线的本质1.1.2X射线的特性及应用√不可见√沿直线传播√穿透力强√能使许多物质发光√对生物细胞有杀伤作用1.1.3X射线的本质X射线究竟是粒子流，还是电磁波？有一种鉴定方法就是看X射线能否借助含有一系列细线的衍射光栅而衍射。要想得到适当的衍射，这些细线的间距必须大致与辐射线的波长大小相等。德国物理学家劳厄晶体内部原子规律性地排布设想X射线是极短的电磁波，其波长和晶体中原子间距具有相同的数量级，那么当用X射线照射晶体时应能观察到干涉现象。劳厄的X射线衍射实验表明X射线是一种电磁波。(a)(b)波长很短:10-2-102埃hchhp波粒二象性1.2X射线的产生X射线管同步辐射X射线源X射线管X射线管的基本构造灯丝靶靶面X射线窗口特殊结构的X射线管旋转阳极X射线管----功率大(强度大)细聚焦X射线管----分辨率高同步辐射X射线源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。同步辐射光频谱宽且连续可调：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：同步辐射光源的X射线亮度比常规X光机的高好几个数量级高准直度、高纯净性、精确度高以及高稳定等独特的性能。连续X射线谱(多色X射线)标识X射线谱(单色X射线)1.3X射线谱intensitywavelengthwavelengthintensityKK1.3.1连续X射线谱intensitywavelengthImaxm0•短波限0•连续谱eVhceVh0max)(V4.120d)(0IIcon21iZVKIconK11.1~1.410-9ZVKiViZVKXX121射线管功率射线总强度连续e.g.forW(Z=74)whenV=100kV,=1%连续X射线的总强度X射线管发射连续X射线的效率1.3.2标识X射线谱wavelengthintensityKK标识谱产生机理12nnEEhX射线光子的能量辐射出的wavelengthintensityKK电子(eV)X射线n2n1n3KLM标识谱特点√若干个系K、L、M辐射KLMNeutralatomKexcitationLexcitationKradiationKradiationLM标识谱特点wavelengthintensityKKIKIKKK2K1电子(eV)X射线n2n1n3KLM标识谱特点√激发电压VK管电压增大到一定值后才会产生X射线。临界激发电压。层电子所需的子为阴极电子击出靶材原或KVWeVEeVKKKKK欲激发出靶材原子内层电子，例如K层电子，阴极射来的电子的动能必须等于或大于K层电子与原子核结合能EK，或K层电子逸出原子所做的功WK，即1---20KV2---25KV3---35KV标识谱特点√-Z1212nnnnEEh222422ZnhmeEn)(1ZC若n1=1,n2=2，则)11(222212342nnZhmeh---莫塞莱定律nKVViKI)(2标WhereK2andnareconstants,n=1.5forKseries;n=2forLseries标识X射线的强度21ZViKI连25.05.1)()1(KKKVVVVVZKII连标wavelengthintensityKK12345V/VKI标/I连selectionofworkingvoltagewhenV/VK=3~5,maximumI标/I连obtained.Atomλk(埃)Vk(kv)workingvoltage(kv)Cr2.07015.9820-25Fe1.74337.125-30Co1.60817.7130Ni1.48808.2930-35Cu1.38048.8635-40Mo0.619820.050-55Ag0.485525.555-60