chap1_X射线物理学基础
01X射线物理学基础
电磁波的种类：电磁波谱
波长
λ
名称
5×10-3 ～0.1
0.1～10
10～200
200～400
γ 射线
x射线
远紫外光
近紫外光 1.0×109 1.0×1012 ～
波长
λ
名称
400～750
750～ 1.0×106
1.0×106 1.0×109
～
可见光
红外光
微波
无线电波
X射线的物理学基础
射 线
10-2 nm 10 nm
X射线的物理学基础
光电效应
定义：当激发二次特征辐射时，原入射X射 线光量子的能量被激发出来的电子吸收转 变为动能，使电子逸出原子之外，这种电 子称为光电子。 发生光电效应时，物质将大量吸收入射X射 线的能量，使原X射线强度明显减弱。在选 靶时应避免。
X射线的物理学基础
俄歇效应
定义：原子在入射X射线光子或电子的作用下失 掉K层电子，处于K激发态；当L层电子填充空位 时，剩余的能量不是释放，而是促使L层的另一个 电子跳到原子之外。
X射线的物理学基础
试验规律
增加X射线管压，相对强度增高，
λm和短波限λ0变小。
管压恒定，增加管流，相对强 度一致增高，但λ0和λm数值大 小不变。 各种波长的相对强度随靶元素 的原子序数增加而增加。
图 1-2
X射线的物理学基础
短波限λ0
连续X射线谱在短波方向有一个波长极限，称为
短波限λ0。它是由光子一次碰撞就耗尽能量所产
生的X射线。它只与管电压有关，不受其它因素 的影响。 根据量子力学观点：能量为 eV 的电子和阳极靶 碰撞时产生光子，从数值上看光子的能量应不大
X射线物理学基础(材料分析方法),技术资料
第一篇材料X射线衍射分析第一章X射线物理学基础§1.1 X射线性质一、X射线的发现：1895年，著名的德国物理学家伦琴（W. C. Rontgen）发现了X射线，因此X 射线又名伦琴射线。
当时，Rontgen在研究阴极射线（一束高速电子流）激发涂有荧光物质的玻璃壁而发生荧光时，偶然发现放在高真空的放电管附近的照相底片被感光了。
但照相底片是用黑纸严密包好的，而阴极射线是透不出玻璃管的，所以Rontgen认为这种使照相底片感光的东西来自阴极射线，但决不是阴极射线本身，一定还存在另一种看不见的射线。
他称这种穿透能力极强的射线为X射线。
Rontgen 还用X射线拍下了物理学历史上最著名、最温情脉脉的一张照片，照片上清楚地显示出Rontgen夫人的手骨结构及手上那枚金戒指的轮廓。
经过反复验证之后，伦琴于1895年12月28日向德国维尔茨堡物理学医学学会递交了一篇轰动世界的论文：《一种新的射线--初步报告》1901年Rontgen获首届诺贝尔物理学奖。
图1、老式X射线管图2、伦琴拍下的他夫人的手的X射线图1912年，德国物理学家劳厄（V on Laue）等发现了X射线在晶体小的衍射现象，确证了X射线是一种电磁波。
同年，英国物理学家布拉格父子（W. H. Bragg 和V. L. Bragg）利用X射线衍射测定了NaCl晶体的结构，从此开创了X射线晶体结构分析的历史。
二、X射线的性质：劳厄的实验已经指出，X射线是一种波长很短的电磁被，波长范围约0.01～10nm（1nm＝10－9m）。
在电磁波谱上它处于紫外线和γ射线之间（见图3）。
测量其波长通常应用的单位是，国际单依制中的nm（纳米）。
用于衍射分析的X射线波长为0.05～0.25nm。
作为电磁波的X射线，它与可见光和所有的其他基本粒子一样，同时具有波动及微粒双重特性，简称为波粒二象性。
它的波动性主要表现为以一定的频率和波长在空间传播；它的微粒性主要表现为以光子形式辐射和吸收时，具有一定的质量、能量和动量。
(X射线的物理基础)(1)
• 1.1 X
•X射线是一种本质与可见光完全相同的电磁波或电磁辐射，
德国维尔茨堡大学
波粒二象性是
已出现的设想：晶体中呈有规律、周期性排
1895年，伦琴发现X射线(1901年)
产生原理：
窗口：是X射线射出的通道，维持管内高真空，对X射线吸收较少，如金属铍、含铍玻璃、薄云母片。
X射线谱
1）经典动力学解释
假设电子在一次碰撞中将全
只与管电压有关，与管电流和靶材无关。
¾X射线的强度是指行垂直X射线传播方向
连续谱强度分布曲线下所包络的面积与在一定条件下单位
标识X射线谱的产生机理与阳极物质的原子内部结构紧密相关的。
如L层电子跃迁到K层,此时能量降低为:
•核外电子分层排布
靶物质的原子能级结构，是物质的固有特性。
（波长改变和不改变部分）
原子中的内层电子在X射线电场的作用下，并围绕其
X射线光子与束缚力不大的外层电子时电子获得一部分动能成为反冲电子，
X射线通过均匀物质,其强度的衰减符合下式:
对于多种元素以上的物质的吸收系数,可以通过下式得到:
物质对
推导：
(1)它的吸收限位于辐射源的
几种元素的K系射线波长及常用滤波片
滤波以后,K
β/K
α
的强度比为1/600.
选择目的：
X射线设备的操作人员可能遭受电震和辐射损伤两种危。
X射线物理学基础
6) 假定空气由20% O2 和 80% N2 组成, 其密
度为1.29×10-3 g/cm3, 试求其对于Cr Kα的质
量吸收系数um 和线吸收系数u。
7) 作出Cu靶在1, 5, 20 and 40 kV 电压下的强
度-波长关系图。
8) 对于铁靶，应用什么做滤波片，解释你的选
择理由。
一、原子能态及其表征
可以象粒子一样和微观粒子发生相互作用
同样微观粒子既有粒子性，又可以作为一
种波（德布罗意波）有干涉和衍射现象
X射线的特点： 1）不可见 2）折射率接近1 3）穿透性强 5）杀伤作用
(三) X产生与X射线管
1. 产生方式： 1.高速电子流撞击金属靶
2.同步幅射X射线 X射线管的结构 ：
X射线管
阴极产生电子
X射线物理学基础作业 1．在原子序24（Cr）到74（W）之间选择7种元素，根据它们的特征谱波 长（Kα1），用图解法验证莫塞莱定律。 2．若X射线管的额定功率为1.5kW，在管电压为35kV时，容许的最大电流 是多少？ 3．讨论下列各组概念中二者之间的关系： 1）同一物质的吸收谱和发射谱； 2）X射线管靶材的发射谱与其配用的滤波片的吸收谱。 3）X射线管靶材的发射谱与被照射试样的吸收谱。 4．为使Cu靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6，求滤波片的厚度。 5．画出MoKα辐射的透射系数（I/I0）-铅板厚度（t）的关系曲线（t取 0~1mm）。 6．欲用Mo靶X射线管激发Cu的荧光X射线辐射，所需施加的最低管电压是 多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？
1
式中K2为与靶中主量子数有关的常数，
K2 (Z )
K2 (Z )
σ为屏蔽常数，与电子所在的壳层有关。 特征X射线谱及管电压对特征谱的影响 （钼钯K系）
chap1_X射线物理学基础
第一篇X射线衍射分析n1910年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴因X射线的发现而获得第一个诺贝尔物理学奖。
1895年伦琴初次发现X射线，拍摄的他夫人手指的X射线照在伦琴的两名研究生弗里德里希（W. Friedrich）和克尼(Knipping)的帮助下，劳厄进行了第一次X射线衍射实验，并取得了成功。
第一次X射线衍射实验所用的仪器。
所用的晶体是硫酸铜。
劳厄法X射线衍射实验的基本装置与所拍的照片爱因期坦称，劳厄的实验“物理学最美的实验”。
它一箭双雕地解决了X射线的波动性和晶体的结构的周期性。
第一章X射线的物理特性n1.1 X射线的产生极其性质n1.2 X射线谱n1.3 X射线与物质的相互作用n1.4 X射线的衰减规律第一节Ｘ射线的产生极其性质一、X射线的产生X射线管包括阴极、高压、靶材图1-1 X射线管的结构示意图二、X射线的本质X射线是一种电子波，横波，波长短（0.01-10nm）“硬”X射线，“软”X射线三、X射线的本质Ø不能用一般方法使X射线会聚发散Ø通常靠使荧光物质发光、使照相底片感光、使气体产生电离现象观察检测Ø软X射线的波长与晶体中原子间距比较接近，常被用来进行X射线衍射分析（0.25-0.05nm）Ø对有机质是有害的，需要加上铅制品保护。
第二节X 射线谱图1-2 两种X 射线谱示意图一、连续谱X 射线强度随波长λ而变化的关系曲线，即X 射线谱。
丘包状曲线为连续谱竖直尖峰为特征谱对应两种X 射线辐射的物理过程。
连续谱：大量高速运动的电子与靶材碰撞时而减速，不同能量损失转化成不同波长的X 射线，并按统计规律分布。
2I iZUα连=图1-2 两种X 射线谱示意图2max12o hc eU h m ευνλ====动短波限λo ：hc K e U Uλ==o K=1.24nm ·kV ，短波限只与管电压有关。
连续X 射线总强度：α值约为（1.1-1.4）×10-9X 射线管发射连续X 射线的效率η为：2X X iZU ZUiUαηα===连续射线总强度射线管功率当用钨阳极（Z=74），管电压为100kV 时，η≈1%，可见效率是很低的。
第1章 X射线物理学基础
1、特点
1）强度随波长而连续变化，每条曲线都对应有一个最短的波长 （短波限λ0）和一个强度的最大值。最大值一般在1.5λ0地方。
2）λ0与管流和靶的材料无关，只与管压有关，二者之间的关系： λ0=1.24/V(nm) 随着管压的增大，λ0向短波方向移动。
3）连续X射线的强度不仅与管压有 关，还与管流和靶材有关。
X射线的产生常用的方式: X射线管和同步幅射X射线源
常用X射线管的结构：
第一章 X射线物理学基础
三、X射线的产生与X射线管
1 常用的靶材：Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag 2 冷却系统：当电子束轰击阳极靶时， 其中只有1%能量转换为X射线，其余的 99%均转变为热能。因此， 阳极的底 座一般用铜制作。使用时通循环水进 行冷却。以防止阳极过热的熔化。 3 窗口：X射线射出的通道。窗口一般用 对X射线穿透性好的轻金属铍密封，以 保持X射线的真空。一般X射线管有四 个窗口，分别从它们中射出一对线状 和一对点状X射线束。
λKα= 2/3λKα1+1/3λKα2
λ Kα = 2/3λ Kα 1+1/3λ Kα 2
第一章 X射线物理学基础
四、X射线谱
说明： 1) 激发电压对不同的阳极靶是不同的，它由阳极靶的原子序数Z所决定。 2) 阳极靶不同产生的特征X射线的波长不同。 3）工作电压一般是激发电压的3-5倍。因为当工作电压激发电压的3-5倍时， I特/I连最大。 4）实验中最常用的特征X射线是Kα。最常用的靶材是Cu和Fe。 5） λKα= 2/3λKα1+1/3λKα2,有时需要注意区分Kα1和Kα2。
第一章 X射线物理学基础
二、X 射线的本质
2、X射线粒子性：
[]第一章X射线物理学基础
![[]第一章X射线物理学基础](https://img.taocdn.com/s3/m/ff0eb66d0b1c59eef8c7b437.png)
电子能级间的能量差并不是均等分布的，愈靠 近原子核，相邻能级间能量差愈大，所以同一 靶材的Ｋ、Ｌ、Ｍ系谱线中，以 K 系谱线的波 长最短，而L系谱线的波长又短于M系；
K L M
此外，在同一线系各谱线间，如在 K 系谱线中， 必定有：
K K K
原子中同一壳层上的电子并不处于同一能量状态，而分 属于若干个亚能级。如 L 层中的 8 个电子分属于 LⅠ 、 LⅡ 、 LⅢ 三个亚能级； LⅠ 亚能级上的电子不能跃迁到 K 能级上 （选择定则），所以Kα 线是电子从LⅢ 到K（ Kα １ ） 、 LⅡ 到K（ Kα ２ ） 跃迁时辐射出来的Kα １ 和Kα ２两根 谱线组成， LⅢ层上的四个电子跃迁到K层的几率比LⅡ 层 的两个电子跃迁到K层的几率大一倍，所以组成Kα 线的两 根线的强度比为二比一。双线的波长相差很小，在结构 分析中常用的K系谱线中： 4 104 nm
第一部分：X射线衍射分析
1 X射线物理学基础
1-1 X射线的本质 1-2 X射线谱 1-3 X射线与物质的相互作用
1-4 X射线的防护
1-5 总结
1895年伦琴发现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 的、穿透能力很强的射线所呈现出来的 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 到发现了晶体的衍射现象和康普顿效应 以后，人们才逐步揭示X射线的真谛。
小结
连续X 射线是高速运动的电子运动受阻而减 速时，由于能量降低而产生的辐射，其波长 可以是任意值，它不需要击出靶材原子的内 层电子；
特征X 射线是在靶材原子的内层电子被击出 以后，外层电子向内层跃迁时产生的；对于 确定的元素其波长是特定的。
第一章-X射线物理学基础
第一章 X 射线的物理学基础1、X 射线有什么性质，本质是什么？波长为多少？与可见光的区别？X 射线性质：(1)X 射线穿透物质时可被吸收；(2)原子量及密度不同的物质，对X 射线的吸收不同；(3)轻原子物质对X 射线来说几乎是透明的，而重元素物质对X 射线的吸收非常显著；(4)可穿透不透明的物质。
本质：属于电磁波。
X 射线的波长：大约在0.01~100 Å之间。
X 射线和可见光本质上同属于电磁波，只不过彼此占据不同的波长范围而已；X 射线虽然和可见光一样（没有静止质量，但有能量），与光传播有关的一些现象（如反射、折射、散射、干涉、以及偏振）都会发生，但由于相对可见光而言，X 射线的波长要短得多（光量子的能量相应要高得多），上述物理现象在表现方式上与可见光存在很大的差异。
不能象可见光一样使X 射线会聚、发散、和变向，使得X 射线无法制成显微镜！2、什么是X 射线管的管电压、管电流？它们通常采用什么单位？数值通常是什么？X 射线的管电压：加载到阴极和阳极侧之间的电压。
（KV ），50KVX 射线的管电流：在阴阳两极电场作用下，向阳极运动，形成的电流。
（mA ）50mA3、X 射线的焦点与表观焦点的区别与联系？焦点：阳极靶表面被电子束轰击的地方，正是这个区域发射X 射线。
对于长方形焦点的X 射线管，引出窗口很重要。
对着焦点长边开设的窗口发射出X 射线的表观焦点为线状（称为线焦斑），其强度较弱，但其水平发散度小，分辨率较高，线性较好，粉末衍射仪多采用线焦斑；对焦点短边开设的窗口发射出的X 射线的表观焦点则为正方形（称为点焦斑），强度较高，可使衍射线明锐，适合于织构测定及德拜、劳埃照相场合。
4、X 射线有几种？产生不同X 射线的条件是什么？产生的机理是怎样的？晶体的X 射线衍射分析中采用的是哪种X 射线？硬X 射线：波长较短的硬X 射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。
X射线物理学基础(1)
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1
2-1 X射线的本质； 2-2 X射线的产生； 2-3 X射线谱； 2-4 X射线与物质相互作用； 2-5 X射线的探测与防护；
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2
2-1 X射线的本质
X射线的本质是 电磁辐射，与 可见光完全相 同，仅是波长 短而已，因此 具有波粒二像 性。
产生的X射线。它只与管电压有关，不受其它
因素的影响。
相互关系为：
eV
hmax
hc
0
式中e——电子电荷，等于4.8031010静电单位； V——电子通过两极时的电压降（静电单位）； h——普朗克常数，等于 6.6251034js
相关习题：
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21
相关习题
试计算用50千伏操作时，X射线管中的 电子在撞击靶时的速度和动能，所发 射的X射线短波限为多少？
可用于分析非金属的分析。
X射线波长的度量单位常用埃（Å）或晶
体学单位（kX）表示；通用的国际计量
单位中用纳米（nm）表示，它们之间的
换 算 关 系 为 ： 1 nm=10 Å =10 9 m 1kX=1.0020772±0.000053A (1973年值)。
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5
粒子性
特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一
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10
过程演示（回车键演示） X射线
冷却水
电子
金 属 靶
铍窗口
X射线 X射线管教剖学pp面t 示意图
玻璃 钨灯丝
接变压器
金属聚灯罩
11
X射线管
1.X射线管的结构；图1-2； 2.特殊构造的X射线管； 3.市场上供应的种类。
X射线的物理学基础
用数学式子表示波函数：
E
H
y t E 0 exp[ 2i( ) )] T 2 y t H 0 exp[ 2i( ) )] T 2
H
c 0
E
式中： y:所研究的位置离光源的距离； t:时间；λ:波长；T：周期； φ：初位相角；c：光速； ε0：真空介电常数
第一节 X射线的性质
X射线是波长为0.01～10nm范围的电磁波，它与可见光 红外线、宇宙射线等相类似。它在电磁波谱中的位置如图1-1
①波动性 X射线的性质 以一定的频率和 波长在空间传播
②粒子性
由大量的不连 续粒子流组成
X射线
图1-1 电磁波谱
①波动性
X射线沿着y方向传播时，同时具有电场强度E和磁场强 度H，这两个矢量总是以相同的周相，在两个相互垂直的平 面内作周期振动且于y方向相垂直。传播速度等于光速。
第二节 X射线的产生及X射线谱
2.1 X射线的产生 2.2 X射线谱
2.1 X射线封闭电子式X射线管
图1-3（b）封闭电子式X射线管结构示图
焦点的形状和尺寸是X射线管 的重要特性之一。 ①希望有较小的焦点，可 提高分辨率。
②希望有较强的X射线强 度，可缩短曝光时间。
h
p h
hc
式中：h为普朗克常数，6.625×10-34 JS c为光速，2.998×108 m/s λ为X射线的波长 ν为X射线的频率
X射线的强度用粒子性的观点描述：
单位时间内通过垂直于传播方向单位面积 光量子数与光量子能量的乘积。
波粒二象性是X射线的客观属性：
波动性反映在物质运动的连续性，在传播 过程中可发生干涉、衍射等现象。粒子性 特征突出表现在物质的相互作用和能量的 相互交换。
第一章X射线物理学基础
X射线的发现
劳厄(1879～1960) 德国物理学家
1912年发现了X射线通过晶体时产生的衍射现象， 从而导致了X射线衍射技术的诞生，它成为研究 晶体内部结构的重要技术手段。他因此项成果于 1914年获奖。
X射线的发现
L.布拉格(1890～1971) H.布拉格(1862～1942)
布拉格父子于1913年借助X射线成功地测出金 刚石的晶体结构，并提出了“布拉格公式”， 为最终建立现代晶体学打下了基础，于1915年 获奖。当时，小布拉格年仅25岁，是至今为止 最年轻的诺贝尔奖获得者。
X射线的本质
◆ X射线的分类
通常X射线波长范围为10-0.001nm。
◆硬X射线：波长较短
◆软X射线：波长较长
X射线的本质
◆硬X射线：波长较短的硬X射线能量较高，穿透性 较强，适用于金属部件的无损探伤（0.1-0.005 nm）及物相分析（0.25-0.05nm）。 ◆软X射线：波长较长的软X射线能量较低，穿透 性弱，可用于分析非金属的分析，如医疗透视。
◆产生原理 ◆产生条件 ◆X光管结构 ◆光管类型 ◆相关部件
X射线管结 构
X射线的产生及X射线管
第二节X射线的物理学基础-精选
19
二、X射线的产生 （2）X射线管
• 窗口：金属铍制成，是X射线射出的通道，要求既要由足够的强度维持高 真空，又要对X射线吸收小。通常由四个或两个窗口。
• X射线在各个方向上的强度不相同，与电子束垂直的方向，强度最大。由 于靶面不是绝对光滑平整，因此常在与靶面成6度的方向接收X射线。
7
一、X射线的性质 （4）贡献
图为澳大利亚悉尼大学一名工作人员在审视手中的X射线照片
8
一、X射线的性质
（5）X射线的本质
• 1912年，德国物理学家劳厄（M. V. Laue)等根据理论预见到， 并用实验证实：X射线照射晶体时，将产生干涉（即衍射）现 象。证明了X射线的本质是电磁波。这是X射线衍射学的第一个 里程碑。
几个月后被用于医学诊断，后来又用于金属材料和机械零件的 探伤。 1901年获第一届诺贝尔物理奖。 1912年劳厄发现了X射线通过晶体时产生衍射现象，证明了X射 线的波动性和晶体内部结构的周期性。（1914诺奖） 1912年11月，布拉格利用X射线分析晶体结构，提出著名的布 拉格方程，成功解释劳厄的实验。（1915诺奖）
根据X射线波长的不同，可将X射线分为以下两种： • 硬X射线：波长短 • 软X射线：波长较长
波长愈短穿透能力愈强，用于金属探伤的X射线波长为 0.005~ 0. 01nm或更短 ；适用于晶体结构分析的X射线， 波长约为0. 05~ 0. 25nm。
12
一、X射线的性质 （9）X射线探测与防护
• 因X射线是人类肉眼看不见的射线，必须使用专门的设备 和仪器进行间接探测。探测X射线的主要仪器设备是：荧 光屏、照相底片和探测器等。
第1章 X射线的物理学基础
同步辐射光的特性
• 可精确预知：同步辐射光的光子通量、 角分布和能谱等均可精确计算，因此它 可以作为辐射计量———特别是真空紫 外到 X射线波段计量———的标准光源。 • 此外，同步辐射光还具有高度稳定性、 高通量、微束径、准相干等独特而优异 的性能。
• 已运行的SR装置 70~ 80多个 • 正在建设和计划中 ~ 20多个 • 关于世界各地同步辐射装置的状况详细信 息可以从下列两个网站得到： /SRWORLD/index.html • http: ///srsources.html • （SR装置的水平是国家经济实力的标志）
同步辐射光的特性
• 宽波段：同步辐射光的波长覆盖面大，具有从 远红外、可见光、紫外直到 X射线范围内的连 续光谱，并且能根据使用者的需要获得特定波 长的光。
• 高准直：同步辐射光的发射集中在以电子运动 方向为中心的一个很窄的圆锥内，张角非常小， 几乎是平行光束，堪与激光媲美。
• 高偏振：从偏转磁铁引出的同步辐射光在电子 轨道平面上是完全的线偏振光，此外，可以从 特殊设计的插入件得到任意偏振状态的光。
1.1.2 X射线的产生
• 大量实际所用X射线是由X射线管产生的， 不论是探伤用X光机还是照相法用的X光机 和X射线衍射仪， • 都包括：高压发生器（包括整流部分），控 制线路、X射线管及探测记录系统。其中， X射线管和探测记录系统是X射线仪特有的。 • 本节主要介绍X射线管，而探测系统将在后 面的章节里讨论。至于高压发生器和控制部 分属于一般电气装置，可查阅有关电工书籍。
• • • •
X射线的性质： 1）X射线能使照相底片感光； 2）X射线有很大的贯穿本领； 3）X射线能使某些物质的原子、分子电 离； • 4）X射线是不可见光，它能使某些物质 发出可见光的荧光； • 5）X射线本质上是一种电磁波，同此它 具有反射、折射、衍射、偏振等性质
chapter 1-X射线物理学基础
KLL俄歇电子
光电效应小结
光电子 被X射线击出壳层的电子即光电子,它带有 壳层的特征能量,所以可用来进行成分分析 (XPS)
俄歇电子 高能级的电子回跳,多余能量将同能级的另 一个电子送出去,这个被送出去的电子就是 俄歇电子带有壳层的特征能量(AES)
荧光辐射
高能级的电子回跳,多余能量以X射线形式 发出。这个二次X射线就是二次荧光，也称荧 光辐射。同样带有壳层的特征能量。 大量的荧光辐射会增加衍射花样的背底， 使图象不清晰。
1895年伦琴初次发现X射线时， 拍摄的他夫人手指的X射线照
• 1895-1897年伦琴搞 清楚了X射线的产生、 传播、穿透力等大部 分性质
• 1910年，伦琴因X射线的 发现而获得第一个诺贝尔 物理学奖。
• 1912年劳埃进行了晶
体的X射线衍射实验
•1910年第一张诺贝尔物理学奖授予W. K. 伦琴
②X射线具有粒子性
X射线是由大量以光速运动的粒子组成的不连 续粒子流。这些粒子称为光量子，并具有能量 E 和动量P。
E = hν =
hc
λ
hv P = h/λ = c
第二节 X射线的产生及X射线谱
一、X射线的产生： X射线是高速运动的粒子与某种物质相 撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电 子相互作用而产生的。
俄歇效应激发二次特征辐射时原子中一个k层电子被激发出来后l层的一个电子将跃入k层填补空白剩下的能量将促使l层的另一个电子跳到原子之外既k层的一个空白被l层的两个空位所代替此过程称为俄歇效kll俄歇电子光电效应小结光电子被x射线击出壳层的电子即光电子它带有壳层的特征能量所以可用来进行成分分析xps俄歇电子高能级的电子回跳多余能量将同能级的另一个电子送出去这个被送出去的电子就是俄歇电子带有壳层的特征能量aes荧光辐射高能级的电子回跳多余能量以x射线形式发出
2. X射线物理学基础
X射线的特点
波动性：
以一定的频率 ν 和 波 长 λ 在 空间 传播；具有干涉、 衍 射 、偏 振 等现 象。
微粒性：
具有一定的质量m、 能量E和动量p， 在与电子、质子、 中子间相互作用时， 表现出粒子的特征。
X射线的波粒两重性
ν、λ与E、p之间也有如下的关系: E=hν=hc/λ P=h/λ
5. X射线命名规则
X射线命名规则：主字母代表终态，下标 代表层序差＝1，＝2。。。。。例如 K：LK， K：MK
6. X射线与物质的相互作用
X 射线与物质相互作用时 ( 过程复 杂 ) 。但就其能量转换而言，一束 X 射 线通过物质时，它的能量可分为三部 分：散射、吸收、透过(透过物质后的 射线束强度被衰减)。
常用X射线管的结构
X射线
玻璃
钨灯丝
冷却水
电子
接变压器 示 金属聚灯罩
3. X射线的产生--装置
（1）常用的靶材：Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag （2） 冷却系统：当电子束轰击阳极靶 时，其中只有1%能量转换为X射线，其 余的99%均转变为热能。因此， 阳极 的底座一般用铜制作。使用时通循环水 进行冷却。以防止阳极过热的熔化。
X射线的性质
（1）穿透性
（2）感光作用 （3）电离作用 （4）荧光作用 （5）生物效应
3. X射线的产生—原理
X射线的产生，是因为在阴极 射线管中的电子流高速射入正极 靶内的物质时，因为电子减速或 造成靶中原子内部的扰动，而放 射出高频率的电磁波。
3. X射线的产生--装置
当冲击物质的带电质点或光子的能量足够大时, 物质原子内层的某些电子被击出，或跃迁到外部 壳层，或使该原子电离，而在内层留下空位。然 后，处在较外层的电子便跃入内层以填补这个空 位。这种跃迁主要是电偶极跃迁，跃迁中发射出 具有确定波长的线状标识X 射线谱。
第6章_X射线物理学基础
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5. X射线最初医疗诊断(zhěnduàn)－1896.2.3美国Dr. Edwin Frost
(1866-1935)
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6. X射线本质(běnzhì)的认识
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1895～1897年间，通过一系列实验，搞清了X射线产生、传播、 穿透力等特性：
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7. X射线衍射现象(xiànxiàng)的发现（一）
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1912年，德国物理学家劳埃 （M. Von Laue）利用(lìyòng) 晶体作为天然光栅成功观察到 了X射线衍射现象。
他用CuSO4·5H2O进行了实验， 获得了第一张X射线衍射照片。
1914年获诺贝尔物理学奖
Max von Laue 马克斯 • 冯 • 劳埃(1879-1960)
2. 阳极： “靶” (target) 。使电子(diànzǐ)突然减速并发射X射 线的地方。由不同的金属组成，常用靶材有Cr、Fe、Co、Ni、 Cu、Mo、Ag、W 等，根据不同需要选用。
阴极
阳极
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二、X射线管的结构(jiégòu)（2）
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3. 窗口：X射线射出通道，常有两个或四个。
② 可用统计学法确定某时间、位置粒子出现概率来描述。
因此，须同时接受波动和粒子两种模型。
3. X射线上述特性，成为研究晶体结构、进行元素分析、医疗 透视和工业探伤等方面的有力工具。
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第二节 X射线的产生(chǎnshēng)与X射线谱
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一、X射线产生：
1. X射线：高速运动带电粒子（电子）与某物质相撞击后突然 减速或被阻止(zǔzhǐ)，与该物质中内层电子相互作用而产生的。
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1910年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴因X射线的发 现而获得第一个诺贝尔物理学奖。
1895年伦琴 初次发现X射 线， 拍摄的他夫 人手指的X射 线照
在伦琴的两名研究生弗里德里希 （W. Friedrich）和克尼 (Knipping)的帮助下，劳厄进行了 第一次X射线衍射实验，并取得了 成功。 第一次X射线衍射实验所用的 仪器。所用的晶体是硫酸铜。
X射线管的基本电气线路图 在阴极通电流，在灯丝上产生大量的电子。在阴 极和阳极之间加高电压。使阴极产生的电子向阳极运 动，并轰击阳极产生X射线。
一、连续X射线谱
为什么存在短 波限？
二、特征X射线谱
莫塞莱定律：
阳极靶材的原子序数越大，相应于同一系的特征谱波长越短。
特征X射线的产生主要 与原子内部电子的激发 与跃迁有关。
莫塞来1914年总结了特征X射线与靶材原子结构之间的关系：
K (Z )
第三节 X射线与物质的相互作用
一、X射线的透射系数和吸收系数
物质的原子序数越大，对Ｘ射线的吸收能力越强；对一定的吸收体， Ｘ射线的波长越短，穿透能力越强，表现为吸收系数的下降。二、Ｘ射线的真吸收 存在吸收限 滤波片的选择
阳极耙的选择
滤波片材料：
滤波片元素的原子序数均比靶元素 的原子序小1～2。
三、X射线的散射
相干散射（弹性散射或汤姆逊散射） 非相干散射（康普顿散射或康-吴效应）
劳厄法X射线衍 射实验的基本 装置与所拍的 照片
爱因期坦称，劳厄的实验“ 物理学最美的实验”。它一 箭双雕地解决了X射线的波动性和晶体的结构的周期性。
第一节 Ｘ射线的性质
X射线是一种波长很 短的电磁波。 波长范围： 约0.01- 10 nm； 用于衍射分析的波长： 0.05～0.25 nm。
第二节 X射线的产生及X射线谱