X射线的发现及特性(精)
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X射线物理学基础
因康普顿效应与英国A.T.R威尔逊分享1927年度诺贝尔物理学奖，年 康普顿(Arthur Holly 仅35岁。同年被选为美国国立科学院院士。 Compton 1892-1962)
敦德励学 知行相长
01—X射线物理学基础
1784年左右研究了空气由O2和N2组成； 确定了水的成分，肯定了它不是元素而是化合物。
X射线的发现像一声春雷，唤醒了沉睡的物理学界。由此而引发了一系 列重大的发现，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现 代物理学的序幕。 敦德励学 知行相长
01—X射线物理学基础
1905年，德国基尔大学 1914年，德国法兰克福大学 的勒纳德。阴极射线。 的劳厄，晶体的X射线衍射。
1915年，英国的亨利·布拉格和劳伦 斯·布拉格，X射线分析晶体结构。
01—X射线物理学基础 中国近代物理学奠基人，生于江西。 1921年赴美入芝加哥大学，随康普顿从事物理学研究。 1926年获博士学位。 1928年秋起任清华大学教授，物理系主任、理学院院长。 1945年10月任中央大学校长。 1950年夏任中国科学院近代物理研究所所长，同年12月起 任中国科学院副院长。 1977年11月30日在北京逝世。
发现硝酸，被称为“化学中的牛顿” ；
1781年制得H2，并证明燃烧之后生成水； 首先提出电势的概念，对静电理论的发展起了重要作用；
发现一对电荷间的作用力和它们之间的距离平方成反比， 即后来库伦定律的一部分；
指出导体两端的电势与通过它的电流成正比，即1827年的
卡文迪许(Henry
欧姆定律；
Cavendish,1731.10.10.～ 1810.3.10.)英国化学家、
连续谱上，会出现一系列强度很
Kβ
高、波长范围很窄的线状光谱，
敦德励学 知行相长
01—X射线物理学基础
1784年左右研究了空气由O2和N2组成； 确定了水的成分，肯定了它不是元素而是化合物。
X射线的发现像一声春雷，唤醒了沉睡的物理学界。由此而引发了一系 列重大的发现，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现 代物理学的序幕。 敦德励学 知行相长
01—X射线物理学基础
1905年，德国基尔大学 1914年，德国法兰克福大学 的勒纳德。阴极射线。 的劳厄，晶体的X射线衍射。
1915年，英国的亨利·布拉格和劳伦 斯·布拉格，X射线分析晶体结构。
01—X射线物理学基础 中国近代物理学奠基人，生于江西。 1921年赴美入芝加哥大学，随康普顿从事物理学研究。 1926年获博士学位。 1928年秋起任清华大学教授，物理系主任、理学院院长。 1945年10月任中央大学校长。 1950年夏任中国科学院近代物理研究所所长，同年12月起 任中国科学院副院长。 1977年11月30日在北京逝世。
发现硝酸，被称为“化学中的牛顿” ；
1781年制得H2，并证明燃烧之后生成水； 首先提出电势的概念，对静电理论的发展起了重要作用；
发现一对电荷间的作用力和它们之间的距离平方成反比， 即后来库伦定律的一部分；
指出导体两端的电势与通过它的电流成正比，即1827年的
卡文迪许(Henry
欧姆定律；
Cavendish,1731.10.10.～ 1810.3.10.)英国化学家、
连续谱上，会出现一系列强度很
Kβ
高、波长范围很窄的线状光谱，
X线的基础知识
X线的防护
一.放射防护的三原则 1.实践的正当化； 2.放射防护最优化； 3.个人剂量的限值。
X线防护的目的在于防止发生有害的确定性效应，并将随 机性效应的发生率限制到认为可以接受的水平。
X线的防护
二.外照射防护的一般措施 1.时间防护：时间防护是指在不影响工作质量的前提下， 尽量缩短人员受照射的时间。因为受照剂量与时间成正 比，缩短受照时间，即可达到降低剂量的目的。 2.距离防护:是指在不影响工作质量的前提下，尽量延长 受照人员到X线球管和散射体的距离。对于点状源，若不 考虑空气对X线的吸收，X线按距离的平方反比衰减。 3.屏蔽防护：是指在放射源和人员之间，放置能有效吸收 放射线的屏蔽材料，从而衰减或消除射线对人体的危害。
2.随机性效应：被认为无剂量阈值，其受损的严重程度与 受照剂量的大小无关。
二.影响辐射损伤的因素 ㈠与电离辐射有关的因素 1.辐射种类；2.吸收剂量：3.剂量率；4.分次照射；5.照射 部位；6.照射面积；7.照射方式。
电离辐射对人体的伤害
㈡与机体有关的因素 1.种系：不同种系的生物对辐射的敏感性差异很大。总的 趋势是种系衍化愈高，组织结构愈复杂，辐射敏感性愈 高。 2.个体及个体发育过程：同一种系由于个体的原因，辐射 敏感也不同。同一个体不同的发展阶段，辐射敏感也不 同。 3.不同组织和细胞的辐射敏感性：人体对辐射的高度敏感 组织有：淋巴组织、胸腺、胃肠上皮、性腺和胚胎组织 等；中度敏感组织：感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮、 唾液腺和肾、肝、肺的上皮细胞等；轻度敏感组织：中 枢神经系统、内分泌腺、心脏等；不敏感组织：肌肉、 软骨、骨组织和结缔组织等。
对屏蔽材料的要求：防护性能、结构性能、稳定性能、 经济成本。常用的屏蔽材料有铅、铁、砖、混凝土和水 等。把达到一定屏蔽效果材料的单位，称为屏蔽材料的 铅当量。单位：毫米铅（mmPb）。X线机房的主防护应 有2mmPb,副防护达到1mmPb。
放射防护学 第三章 X射线的产生
二、影响X线量和质的因素
（一）影响X线量的因素 在管电压、管电流、投照时间相同的情况下，
阳极靶的原子序数愈高，X线的量愈大； 在一定管电压下同种靶物质的X线的量与管电流
成正比； 在一定管电流下同种靶物质的X线的量与管电压
的平方成正比；
二、影响X线量和质的因素
（一）影响X线量的因素
二、影响X线量和质的因素
一、薄靶周围X线强度的分布
根据薄靶产生X线的空间分布特点，在管电压较 低时，利用反式靶在技术上很有好处；但对使用超 高压X线管时，管电压过高，考虑能量分布因素，则 须采用穿透式靶，电子从靶的一面入，X线从另一面 出。医用电子直线加速器产生的高能X线，使用的就 是穿透式的薄靶。
一、薄靶周围X线强度的分布
第三节 X线的产生条件与装置
一、X线的产生条件
1.要有一个电子源，一般称为阴极。 2.要有一个能经受起高速电子撞击而产生X线的 靶，即阳极。 3.要有高速电子流。
二、X线的发生装置
1.阴极（cathode） 2.阳极(anode) 又称阳极靶面，分固定和旋转两种 3.管电压与管电流 4.管壳
二、X线的发生装置
动量： p mc h h h~ c
一、X线的本质
（二）X线的粒子性 X线的波动性突出表现在其传播时，如反射、干涉、 衍射、偏振等现象；而X线的微粒性主要表现在其与物质 相互作用时，如光电效应、电离作用、荧光作用。
二、X线的基本特性
（一）物理特性 X线属于不可见的电磁波，在均匀的且各向同性 的介质中沿直线传播； X线不带电荷，所以它不受外界磁场或电场的影 响，即它在经过电场和磁场时不会发生偏转；
h max eU
h c eU
m in
二、X线基本知识_医学影像检查技术学本科课件
（二）增感屏的种类 增感屏可分为钨酸钙和稀土两大类。 1.钨酸钙屏：这类增感屏使用已久，以增 感速度的不同又分为：①低速增感屏②中 速增感屏③高速增感屏④超高速增感屏、 高电压增感屏、一次多层摄影增感屏等。 钨酸钙屏是在X线激发下，转换成蓝色 谱段可见光，对感蓝胶片敏感，亦称蓝敏 胶片用增感屏。
（二）增感屏的种类
六、光学密度与感光效应
（一）光学密度 胶片中的感光乳剂（卤化银）在光（或 辐射线）作用下致黑的程度称为照片的密度， 又称光学密度或黑化度。 光学密度是由于胶片上乳剂感光后，光 量子被卤化银吸收，经过化学处理，使卤化 银还原，构成黑色金属银的影像。吸收光线 越多，卤化银沉积越多，照片就越黑；反之， 卤化银沉积越少，照片越透明。
2、增感速度 增感速度是各种增感屏之间增感率的 比较。影响增感速度的因素： ①荧光 颗粒的大小；②荧光体层厚度；③不 同类型的荧光物质；④温度对增感速 度的影响。
3、荧光体的光扩散 增感屏的结晶体颗粒在受到X线照射后， 每个晶体均成为一个发光光源向外散射 荧光，使影像清晰度降低，称为“荧光 的光扩散”。此现象与荧光结晶体颗粒 大小及涂布厚度有关，结晶颗粒越大， 涂布厚度越厚，则荧光的光扩散现象也 越显著。
4、余辉现象 当X线照射停止时，增感屏上仍然继续 有荧光作用存在，这种荧光的继续滞留 称为“余辉”。
5、分辨率 是表示增感屏能清晰反映影像细节的最大 能力的指标。由于增感屏的材料和荧光性 能的制约，增感屏分辨率远低于胶片分辨 率，故对X线照片影像质量影响较大。其次， 采用不同荧光颗粒的增感屏，其分辨率也 有差异，选用时应加以注意。
（二）化学效应
2.着色作用 某些物质如铂氰化钡、增感屏、铅玻 璃、水晶等，经X线长时间照射后，其结 晶体脱水渐渐改变颜色，发生脱水、着色， 称为着色作用（脱水作用）。
X射线
应用
工业领域
诊断
x射线的危害与保 护措施
X射线应用于医学诊断，主要依据X射线的穿透作用、差别吸收、感光作用和荧光作用。由于X射线穿过人体 时，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射线量比肌肉吸收的量要多，那么通过人体后的X射线量就不一样，这 样便携带了人体各部密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用或感光作用的强弱就有较大差别， 因而在荧光屏上或摄影胶片上(经过显影、定影)将显示出不同密度的阴影。根据阴影浓淡的对比，结合临床表现、 化验结果和病理诊断，即可判断人体某一部分是否正常 。
发现历史
德国维尔茨堡大学校长兼物理研究所所长伦琴教授（1845～1923年），在他从事阴极射线的研究时，发现 了X射线 。
伦琴 1895年11月8日傍晚，他研究阴极射线。为了防止外界光线对放电管的影响，也为了不使管内的可见 光漏出管外，他把房间全部弄黑，还用黑色硬纸给放电管做了个封套。为了检查封套是否漏光，他给放电管接上 电源（茹科夫线圈的电极），他看到封套没有漏光而满意。可是当他切断电源后，却意外地发现一米以外的一个 小工作台上有闪光，闪光是从一块荧光屏上发出的。然而阴极射线只能在空气中进行几个厘米，这是别人和他自 己的实验早已证实的结论。于是他重复刚才的实验，把屏一步步地移远，直到2米以外仍可见到屏上有荧光。伦琴 认为这不是阴极射线了。伦琴经过反复实验，确信这是种尚未为人所知的新射线，便取名为X射线。他发现X射线 可穿透千页书、2～3厘米厚的木板、几厘米厚的硬橡皮、15毫米厚的铝板等等。可是1.5毫米的铅板几乎就完全 把X射线挡住了。他偶然发现X射线可以穿透肌肉照出手骨轮廓，于是有一次他夫人到实验室来看他时，他请她把 手放在用黑纸包严的照相底片上，然后用X射线对准照射15分钟，显影后，底片上清晰地呈现出他夫人的手骨像， 手指上的结婚戒指也很清楚。这是一张具有历史意义的照片，它表明了人类可借助X射线，隔着皮肉去透视骨骼。 1895年12月28日伦琴向维尔茨堡物理医学学会递交了第一篇X射线的论文“一种新射线——初步报告”，报告中 叙述了实验的装置，做法，初步发现的X射线的性质等等。X射线的发现，又很快地导致了一项新发现——放射性 的发现 。
X射线技术及应用
X射线技术的原理
物理原理
X射线技术利用X射线与物质相互作用产生散射、吸收和荧光等物理现象，实现对物质内部结滤光片、探测器和图像处理系统等部分，通过调整管电压和管电流等参数，控制X 射线的能量和强度。
X射线技术的应用领域
医学诊断
科研与工业
X射线技术广泛应用于医学诊断领域， 如胸部透视、骨骼检查、胃肠道造影 等。
X射线技术及应用
contents
目录
• X射线技术概述 • X射线设备与技术 • X射线在医学中的应用 • X射线在工业领域的应用 • X射线技术的安全与防护 • X射线技术的未来发展
01
X射线技术概述
X射线的发现与特性
发现
X射线是由德国物理学家威廉·康拉德· 伦琴在1895年发现的。
特性
X射线是一种电磁辐射，具有波长短、 能量高、穿透性强等特性。
高压发生器
控制台
提供X射线管所需的高电压， 通常由变压器和整流器组成。
用于控制X射线设备的操作， 包括曝光时间、管电流和管 电压等参数。
影像接收器
用于接收透过被检物体的X 射线，并将其转换为可见光 图像。
X射线设备的分类
医用X射线设备
用于医学诊断和治疗，包括普通X光机、透 视机、乳腺机等。
工业X射线设备
详细描述
人工智能算法能够通过深度学习和图像识别 等技术，自动分析和解读X射线图像，提高 诊断的准确性和效率。同时，人工智能还可 以辅助医生进行病变检测和分类，降低漏诊 和误诊的风险。随着人工智能技术的不断发 展，其在X射线诊断中的应用将更加广泛和 深入。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
CT等。
03
X射线在医学中的应用
x射线基本特点
x射线基本特点x射线是一种高能电磁辐射，具有穿透力强、能量高、波长短、可离子化物质和产生荧光等特点。
它的发现和研究对于科学技术的发展做出了巨大贡献。
本文将从不同角度介绍x射线的基本特点，并对其在医学、材料科学等领域的应用进行探讨。
一、x射线的产生x射线最早是由德国物理学家威廉·康拉德·伦琴于1895年发现的。
他在实验中发现，当电流通过真空管时，管壁附近的荧光屏会发出光。
他认为这种现象是由一种未知的电磁辐射引起的，称之为x射线。
二、x射线的特点1. 穿透力强：x射线具有很强的穿透能力，可以穿透人体组织、金属和其他物质，被用于医学影像学中的X光检查、CT扫描等。
2. 能量高：x射线具有较高的能量，能够产生离子化，对物质有一定的破坏作用。
3. 波长短：x射线的波长通常在0.01纳米至10纳米之间，相对于可见光的波长来说更短，因此具有更高的分辨率。
4. 可离子化物质：x射线与物质相互作用时，可以将物质中的电子击出，导致物质离子化。
这种特性使得x射线在辐射治疗和食品辐照等方面有着广泛的应用。
5. 产生荧光：当x射线通过物质时，会使物质中的原子发生激发，产生荧光现象。
这种特性被应用于X荧光光谱分析等领域。
三、x射线的应用1. 医学影像学：x射线在医学影像学中的应用非常广泛，如X光检查、CT扫描、放射治疗等。
通过对x射线的吸收程度和散射情况的分析，可以获得人体内部的结构信息，帮助医生进行诊断和治疗。
2. 材料科学：x射线在材料科学中被用于材料的结构表征和分析。
通过x射线衍射技术可以确定晶体结构、晶格常数等信息，对材料的性质和性能进行评估和研究。
3. 安全检查：x射线被广泛应用于安全检查领域，如机场安检中的行李扫描、工业领域中的管道检测等。
通过对物体的透视和分析，可以发现潜在的安全隐患或违禁品。
4. 历史文物保护：x射线在文物保护领域有着重要的应用。
通过对文物的x射线扫描和分析，可以更好地了解文物的内部结构和材料组成，帮助保护和修复文物。
X射线被散射后
n 2d sin , n 1 ， 2， ，
2.劳厄照片
每个亮点为劳厄斑点 , 对应于一组晶面 . 斑点的 位置反映了对应晶面的方 向.—由这样一张照片就可 以推断晶体的结构(连续谱 的X射线)
3．晶体粉末法(单波长的射线)
每一同心园对应一组晶面,不同的园环代表 不同的晶面阵,环的强弱反映了晶面上原子的 密度大小
X射线由两部分构成，一是波长连续变化的连续 谱，它的最小波长只与外加电压有关；另一部分是 具有分立波长的线状谱，波长取决于靶材料，称为 标识谱、特征谱。
连续谱，钨靶，不同的电压 标识谱：钨靶和钼靶，相同的电压。
二.X射线的产生机制
(一)、X射线连续谱 波长连续变化的连续谱，它的最 小波长只与外加电压有关
(4) (3)得 :
m c (1
2 4
u2 c
2 2 ) m c 2 h v v ( 1 cos ) 2 m c h ( v v ) 0 0 2
2 4
λc称为电子的康普顿波长，具有长度的量纲
几点说明：
1. 只与有关, 与无关
h 由公式 : (1 cos ) m0 c h 0 当 180 时, 2 0.0049 nm m0 c
图1 康普顿散射与角度的关系
2.同一波长的射线在 不同散射角被同一物 质散射:
（１）新谱线的移 动与散射物的性 质无关． （２）散射物的原 子序数增加，移 动的新谱线的强 度减弱，原谱线 的强度增加． 图2 康普顿散射与原子序数的关系
理论解释
康普顿视X射线为光子流，把X射线与自由电子间的作用看作是 两种粒子相互碰撞发生散射的过程，因此应满足能量守恒和动 量守恒。
n 2d sin , n 1 ， 2， ，
X射线衍射--- X射线基本特性
特点
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：
I连=Ki ZV2 式中: i---- 电流强度，
Z----靶材的原子序数， K------常数，（1.1~1.5）*10-9 当需要连续X射线时，一般采用重元素的靶能得到较强的连 续X射线。 X射线管的效率: η=连续X射线的总强度/X射线管的功率
不带电荷，经过电、磁场时不发生偏转 具有干涉、漫反射等现象 使照相胶片感光，使气体电离 能产生生物效应，杀伤有生命的细胞 穿过物质时可以被吸收而使其强度衰减
图.日本理学D/max2200PC型X射线衍射仪
1.2 X射线的产生
X光管结构示意图
X射线管
1.2 X射线的产生
阴极： 发射电子的地方，由绕成螺线形的钨丝 制成 阳极（靶）： 使电子突然减速和发射X射线的地方 阳极靶、焦点、铍窗口、阴极灯丝电流
特征x射线的产生机理
对于从L、M、N…壳层中的电子跃入K壳层空位时 所释放出的X射线分别称为K K K …谱线，共同构 成K系特征X射线。
注意：
M-K层上的能级差： KM L-K层上的能级差： KL
K比K谱线波长长：
KL
= L −K
=
hc
k
∨
KM
= M
−K
= hc
k
K ﹥ K
注意：
K比K谱线的强度高5倍左右
短波限λ0
光子具有的最高能量对应的最短波长
h max
= eV
=
hc
0
0
=
1.24 V
(nm)
短波限
短波限λ0：连续X射线谱在短波方向有一个波长极限。
是由电子一次碰撞就耗尽能量所产生的X射线。只 与管电压有关，不受其它因素的影响。
第7章 X射线
三 、 X射线的波动性 1913年英国布拉格父子提出了一种解释Ｘ射线 衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物 理学诺贝尔奖． 晶格常数 d 掠射角 布拉格反射 入射波 散射波
Δ AC CB 2d sin
o
C
B
相邻两个晶面反射的 两X射线干涉加强的条件 布拉格公式
d A
各种元素的标识谱有相似的结构，只是波长不同.各种元素的内部结构 都是相似的，标识谱是由原子内层电子发出的
莫塞莱定律：波数的方根与原子的序
数Z的线性关系称为莫塞莱定律
原子序数Z越大波长越短,频率越高
~ Z
由于其他电子的屏蔽，单电子感受到原子核的电荷是等效电荷(Z-b)e，b称为激发 电子的屏蔽数，它与电子所在的壳层n有关。(内层有空穴才有跃迁)
康普顿公式
c
c
h 2h 2 (1 cos ) sin m0c m0c 2
h 12 3 康普顿波长 C 2.4310 m 2.4310 nm m0c
康普顿公式 （3）结论
h (1 cos ) C (1 cos ) m0c
散射光波长的改变量 仅与 有关
根据元素X射线在图上的位置,就可定出该 元素的原子序数.
H.G.J. Moseley 在1913年 首次发现了原子序数。
§7.3 X射线与原子的内层能级
1 X射线标识谱由内层电子的跃迁所产生
内层电子离原子核很近，束缚紧密，需要足够高能粒子束的照射，才能使原子内层电 子激发。此外由于泡利原理的限制，被激发的电子只能跃迁到外层未被占据的能态， 或被电离。 若一个内层电子被电离或激发后留下一个空位（空穴） 则一个较高壳层的电子就可以跃迁下来，发出辐 射，即产生了X射线。
X射线知识点总结
X射线知识点总结X射线是一种电磁辐射，可以穿透物质并被用于医学诊断、医疗治疗、材料检测等领域。
本文将对X射线的基本原理、应用、安全性等方面进行总结。
一、X射线的发现及基本原理X射线是由德国物理学家威廉·康拉德·伦琴1895年在研究电子管时意外发现的。
当时他发现，当将一个窄管玻璃管（即电子管）封闭且其内部真空度极高，通过管外的电极发出高压电子时，玻璃管周围的纸屏幕会发出发光。
他称这种发光为“X光”。
X射线的基本原理是：当高速电子与物质相互作用时，电子会因为受到电场力而减速，这种减速过程中产生的电磁辐射称为布居辐射。
这种辐射中的一部分是X射线。
二、X射线的分类和特性X射线可以根据其波长进行分类。
一般来说，X射线分为软X射线和硬X射线。
软X射线的波长较长，能量较低，穿透力较弱，主要用于医学影像等应用。
硬X射线的波长较短，能量较高，穿透力较强，主要用于材料检测、工业领域。
X射线的特性包括：穿透力强、能量高、波长短、可以引起物质的荧光和照相等。
三、X射线的应用1. 医学影像：X射线在医学影像方面有着重要的应用。
通过X射线透过人体组织，将图像投影到感光胶片或探测器上，可以观察到人体内部器官、骨骼等结构。
这种影像技术被用于诊断骨折、肿瘤、器官疾病等。
2. 医学治疗：X射线也被用于医学治疗，如放射治疗、介入手术等。
通过X射线对患者进行放射治疗，可以杀灭肿瘤细胞、减轻疼痛等。
3. 工业领域：X射线在工业领域有广泛的应用，如材料检测、质量检验、无损检测等。
通过X射线可以观察材料内部的缺陷、结构、组织等信息。
4. 安全检查：X射线也被用于安全检查，如机场安检、边境检查等。
四、X射线的安全性虽然X射线在医学和工业领域有着广泛的应用，但是X射线所带来的辐射也会对人体造成危害。
因此，在使用X射线时，应严格遵守相关的安全规定，采取相应的防护措施。
这些安全规定主要包括：1. 避免接触X射线。
工作人员应尽量减少接触X射线的时间和次数。
X射线的产生和特性
80~150kV，K辐射占总量的10~28%； 150kV以上，特征辐射相对减少； 300kV以上，特征辐射相比可以忽略。
钨靶X射线在固有滤过后产生的两种X射线
管电压(kV)
80 100 120 150
X射线光子相对数
标识X射线(%) 连续X射线(%)
10
90
19
81
24
76
28
72
第五节 X射线的量与质
⑶ 各元素的标识谱有相似的结构
⑷元素的原子序数↑——其各个标识谱线系的 波长↓
3.特征X射线的激发电压
电子结合能
eU W
激发电压
UK UL UM
几种靶材料产生K、L系特征辐射 的激发电压
靶材料
Al Cu Mo Sn W Pb
原子序数
13
29
42
增 加
50
74
82
激发电压
K系
L系
1.56 减少 0.09
2. X射线管的阳极(anode)
阳极又称阳极靶面，它是使高速电子突然受阻而 产生Ｘ线的部位。
固定阳极由阳极头、阳极罩、阳极柱或柄组成
旋转阳极由靶面、转子、转轴、轴承和定子组成
⑴功能——产生X射线
⑵固定式阳极 钨、钼嵌在铜 阳极体上。
10mm厚加钨粉的 铜制成——防止反 射电子对阴极和玻
璃外壳的破坏
• 其分布情况与靶物质、靶厚度、阳极角、管 电压、灯丝形状等多种因素有关。
一、薄靶产生X射线的空间分布
• 薄靶为穿透式靶。
• 根据薄靶产生X线的空间分布特点,在管电压 较低时,利用反射式靶在技术上很有好处; 但对使高压X线管时,管电压过高,考虑能量分 因素,则需采用透射式靶,电子从靶的一面射 入,X线从另一面射出。 电子直线加速器产生的高通通 X线就是使的 透射式薄靶。
钨靶X射线在固有滤过后产生的两种X射线
管电压(kV)
80 100 120 150
X射线光子相对数
标识X射线(%) 连续X射线(%)
10
90
19
81
24
76
28
72
第五节 X射线的量与质
⑶ 各元素的标识谱有相似的结构
⑷元素的原子序数↑——其各个标识谱线系的 波长↓
3.特征X射线的激发电压
电子结合能
eU W
激发电压
UK UL UM
几种靶材料产生K、L系特征辐射 的激发电压
靶材料
Al Cu Mo Sn W Pb
原子序数
13
29
42
增 加
50
74
82
激发电压
K系
L系
1.56 减少 0.09
2. X射线管的阳极(anode)
阳极又称阳极靶面，它是使高速电子突然受阻而 产生Ｘ线的部位。
固定阳极由阳极头、阳极罩、阳极柱或柄组成
旋转阳极由靶面、转子、转轴、轴承和定子组成
⑴功能——产生X射线
⑵固定式阳极 钨、钼嵌在铜 阳极体上。
10mm厚加钨粉的 铜制成——防止反 射电子对阴极和玻
璃外壳的破坏
• 其分布情况与靶物质、靶厚度、阳极角、管 电压、灯丝形状等多种因素有关。
一、薄靶产生X射线的空间分布
• 薄靶为穿透式靶。
• 根据薄靶产生X线的空间分布特点,在管电压 较低时,利用反射式靶在技术上很有好处; 但对使高压X线管时,管电压过高,考虑能量分 因素,则需采用透射式靶,电子从靶的一面射 入,X线从另一面射出。 电子直线加速器产生的高通通 X线就是使的 透射式薄靶。
第6章_X射线物理学基础
内层电子跃迁辐射x射线示意图45balmer线系跨越1个能级跨越2个能级跨越3个能级跨越1个能级跨越2个能级46三产生机理的分析5波长长而强度高在原子系统中各能级能量不同且各能级间能量差也不均布愈靠近原子核的相邻能级间的能量差愈大
1
第六章
X射线物理学基础
第六章 X射线物理学基础
2
第一节 X射线的性质 第二节 X射线的产生与X射线谱 第三节 X射线与物质的相互作用
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。
第二节 X射线的产生与X射线谱
24
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，与该物质中内层电子相互作用而产生的。 2. X射线产生条件： 1）产生并发射自由电子（加热W灯丝发射热电子）； 2）在真空中迫使电子作定向的高速运动（加速电子）； 3）在电子运动路经上设障碍，使其突然减速或停止（靶） 据此，就可理解X射线发生器的构造原理了。
2. 威廉· 康拉德· 伦琴（Wilhelm Konrad RÖntgen ）摄于1896年
4
1845年3月27日生于德国莱茵州雷 内普 （Lennep）镇。 1869年获苏黎世大学理学博士学位 1870年回德国维尔茨堡大学工作。 1894年任维尔茨堡大学校长。 1895年11月8日发现了X射线。 1900年任慕尼黑大学物理研究所教 授，主任。 1901年，获首届诺贝尔物理学奖。 1923年2月10日，在慕尼黑去世。
X射线波动性的表现（2）
17
4. 电场矢量E 随传播时间或传播距离变化呈周期性波动， 波振幅为 A（或E0）。 一束沿 y 轴方向传播的波长为λ的X射线波方程为：
1
第六章
X射线物理学基础
第六章 X射线物理学基础
2
第一节 X射线的性质 第二节 X射线的产生与X射线谱 第三节 X射线与物质的相互作用
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。
第二节 X射线的产生与X射线谱
24
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，与该物质中内层电子相互作用而产生的。 2. X射线产生条件： 1）产生并发射自由电子（加热W灯丝发射热电子）； 2）在真空中迫使电子作定向的高速运动（加速电子）； 3）在电子运动路经上设障碍，使其突然减速或停止（靶） 据此，就可理解X射线发生器的构造原理了。
2. 威廉· 康拉德· 伦琴（Wilhelm Konrad RÖntgen ）摄于1896年
4
1845年3月27日生于德国莱茵州雷 内普 （Lennep）镇。 1869年获苏黎世大学理学博士学位 1870年回德国维尔茨堡大学工作。 1894年任维尔茨堡大学校长。 1895年11月8日发现了X射线。 1900年任慕尼黑大学物理研究所教 授，主任。 1901年，获首届诺贝尔物理学奖。 1923年2月10日，在慕尼黑去世。
X射线波动性的表现（2）
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4. 电场矢量E 随传播时间或传播距离变化呈周期性波动， 波振幅为 A（或E0）。 一束沿 y 轴方向传播的波长为λ的X射线波方程为：
X射线(伦琴射线)的特性
当内壳层有空穴时，外层电子向内层跃迁发出的能量不产生 X射线，而是将另一层电子电离，这样产生的电子称Auger 电子。比如，L层电子向K层跃迁所产生能量将M电子电离， 则相应的俄歇电子动能为：
Ek K L M
其中 k 、 L 、M 分别是K、L、M壳层中电子的结合能，而
这些能量是由元素本性决定的，所以俄歇电子动能也是由元 素本性决定的，它可以作为元素的标识。因此Auger电子测 量可作为分析元素的手段之一。 2）核激发效应
n=2dsin n=1、2、….. 出射线就会加强。
晶体可形成许多不同取向的晶面。X射线经不同晶面反射
时，凡光程满足布喇格公式,在 方向衍射的X光将得到加
强，出现了劳厄光斑。
劳厄单晶照像
每个亮点为劳厄斑点,对应于一 组晶面. 斑点的位置反映了对应 晶面的方向. 由这样一张照片就 可以推断晶体的结构.
1.实验发现
1923年，康普顿在研究X射线经物质的散射实验中发 现，散射的X光除有原入射波长成分外，还有波长较长的
部分，其波长差随散射角θ而变。
经典电磁理论预言，散射辐射 具有和入射辐射一样的频率 . 经典理论无法解释波长变化 .
2.量子解释
康普顿：光子与自由电子碰撞 的结果
入射X射线由光子组成；光子 能量由爱因斯坦关系给出。
Rh(铑）K系标识谱精细结构
2.标识谱的特点
☆对一定的阳极靶材料，产生标识谱的外加电压有一个临界值。
☆标识谱线的位置与外加电压无关，而只与靶材元素有关，因
而这些线状谱可作为元素的标识。但是他们的线系结构是相
似的，都分为K,L,M,……等线系；且谱线具有精细结构，K
系分为 K , K , ；KL,系分为
一、X射线的连续谱
Ek K L M
其中 k 、 L 、M 分别是K、L、M壳层中电子的结合能，而
这些能量是由元素本性决定的，所以俄歇电子动能也是由元 素本性决定的，它可以作为元素的标识。因此Auger电子测 量可作为分析元素的手段之一。 2）核激发效应
n=2dsin n=1、2、….. 出射线就会加强。
晶体可形成许多不同取向的晶面。X射线经不同晶面反射
时，凡光程满足布喇格公式,在 方向衍射的X光将得到加
强，出现了劳厄光斑。
劳厄单晶照像
每个亮点为劳厄斑点,对应于一 组晶面. 斑点的位置反映了对应 晶面的方向. 由这样一张照片就 可以推断晶体的结构.
1.实验发现
1923年，康普顿在研究X射线经物质的散射实验中发 现，散射的X光除有原入射波长成分外，还有波长较长的
部分，其波长差随散射角θ而变。
经典电磁理论预言，散射辐射 具有和入射辐射一样的频率 . 经典理论无法解释波长变化 .
2.量子解释
康普顿：光子与自由电子碰撞 的结果
入射X射线由光子组成；光子 能量由爱因斯坦关系给出。
Rh(铑）K系标识谱精细结构
2.标识谱的特点
☆对一定的阳极靶材料，产生标识谱的外加电压有一个临界值。
☆标识谱线的位置与外加电压无关，而只与靶材元素有关，因
而这些线状谱可作为元素的标识。但是他们的线系结构是相
似的，都分为K,L,M,……等线系；且谱线具有精细结构，K
系分为 K , K , ；KL,系分为
一、X射线的连续谱
X射线的产生
①电子源(加热后得到并通过电场的作用力奔向阳极) ②适当的靶物质(用高原子序数、高熔点的钨制成阳极)
③高速电子流(A高电压产生的强电场B真空度高的空间)
第三节 X射线的产生
二、X射线的发生装置
1.X射线机（装置）定义：电能
X射线能
2.X射线机分类
诊断机：用于透视、摄影和各种特殊检查 的统称为诊断X射线机（CT、MRI、DSA）。
最强波长
平均波长 最大光子能量
第四节 X射线的产生原理
（二）特征X射线的产生原理
1.特征X射线产生的物理过程
产生线状光谱X线的过程与 管电压无关，完全由靶材料 的性质决定，它表征靶物质 的原子结构特性，而与其它 因素无关。通常把这种辐射 称为特征辐射，也称为标识 辐射(characteristic radiation)由此产生的X射 线称为特征X射线。
E E热 E电离 E辐射
第四节 X射线的产生原理 二、两种X射线的产生原理
X射线管发出的X线是由连续X射线和特征X射线 （标识X射线）两部分组成的混合射线。
连续X射线：X射线谱特点为连续的
特征X射线：X线射谱特点为线状的
第四节 X射线的产生原理
（一）连续X射线的产生原理
1.连续X射线产生的物理过程
轫致辐射(bremsstrahlung radiation)：又称连续放射， 是高速电子流撞击阳极 靶面时，与靶物质的原 子核相互作用而产生的、 连续波长的X射线(连续X 线)的过程。
第四节 X射线的产生原理
（一）连续X射线的产生原理
由于每个高速电子与靶 原子作用时的相对位置 不同（如左图），且每 个电子与靶原子作用前 具有的能量也不同，所 以各次相互作用对应的 辐射损失也不同，因而 发出的X光子频率也互不 相同。
③高速电子流(A高电压产生的强电场B真空度高的空间)
第三节 X射线的产生
二、X射线的发生装置
1.X射线机（装置）定义：电能
X射线能
2.X射线机分类
诊断机：用于透视、摄影和各种特殊检查 的统称为诊断X射线机（CT、MRI、DSA）。
最强波长
平均波长 最大光子能量
第四节 X射线的产生原理
（二）特征X射线的产生原理
1.特征X射线产生的物理过程
产生线状光谱X线的过程与 管电压无关，完全由靶材料 的性质决定，它表征靶物质 的原子结构特性，而与其它 因素无关。通常把这种辐射 称为特征辐射，也称为标识 辐射(characteristic radiation)由此产生的X射 线称为特征X射线。
E E热 E电离 E辐射
第四节 X射线的产生原理 二、两种X射线的产生原理
X射线管发出的X线是由连续X射线和特征X射线 （标识X射线）两部分组成的混合射线。
连续X射线：X射线谱特点为连续的
特征X射线：X线射谱特点为线状的
第四节 X射线的产生原理
（一）连续X射线的产生原理
1.连续X射线产生的物理过程
轫致辐射(bremsstrahlung radiation)：又称连续放射， 是高速电子流撞击阳极 靶面时，与靶物质的原 子核相互作用而产生的、 连续波长的X射线(连续X 线)的过程。
第四节 X射线的产生原理
（一）连续X射线的产生原理
由于每个高速电子与靶 原子作用时的相对位置 不同（如左图），且每 个电子与靶原子作用前 具有的能量也不同，所 以各次相互作用对应的 辐射损失也不同，因而 发出的X光子频率也互不 相同。
X线的产生和性质
hν= E2 -E1
特征X线的激发电压
靶原子的轨道电子在原子中具有确定的结合能，只有当入射高速 电子的动能大于其结合能时，才有可能被击脱造成电子空位，产生特 征X线。产生特征X线必须有一个激发电压（即管电压），使高速电子 的能量（hν）至少要等于或大于击脱一个K电子所做的功（W），即 ：
hν≥W 式中W为脱出功或结合能。当hν=W 时，KV=W/e为最低激发电压。
➢ 2.具有微粒性 光电效应、荧光作用、电离作用。
➢ 3.具有波粒二象性 X线在传播中——波动性；X线与物质 相互作用时——粒子性
1.物理特性
X线的特性
（1）穿透性：X线成像的基础。
（2）荧光作用：X线照射某些荧光物质（如钨酸钙）时 能激发产生荧光，荧光屏增感屏、影像增强器、闪烁晶 体等都利用了这一特性。
连续X线的最短波长
光子能量（E）与频率（υ）成正比，与波长（λ）成反 比明，光如子果的波能长量最最短大（。根λ据min能）量，转则换频和率守最恒高法（则υ，光max子）能，量表 的电最场大中极所限获（得的h能υ量ma（x e）U）只，能即等于入射电子在X线管加速
hυ max= eU h.c/λmin=eU λmin=hc/eU 把h、c、e代入上式，则 λmin=1.24/U（kV）nm
有效焦点（effective focal spot）：实际焦点在X线投 射方向上的投影面积。一般为长方形。
阳极面与X线投射方向之间的夹角叫阳极角（一般为100-2 00）。
X线产生的装置
• 2.高压发生器 包含灯丝电路（使X线管灯丝加热而放
射出电子），高压电路（使电子加速奔向阳极）以及限时 电路（控制X线照射时间）。
X线球管
旋转阳极X线管
X射线的发展历程
X射线的发展历程1895年，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴发现了X射线。
他在一次实验中发现了一种能够穿透物体的不可见射线，并命名为X射线。
不久之后，更多的科学家开始研究X射线的特性和应用。
1896年，法国物理学家亨利·贝克勒尔发现了放射性衰变，他注意到镭元素发出的射线在经过物体后可以导致感光材料产生照相底片上的黑色斑点。
这一发现引起了许多科学家的兴趣，他们开始使用X射线照相术来探索物体的内部结构。
1897年，德国物理学家谢尔盖·伊万诺维奇·万杰延常成为首位利用X射线拍摄人体骨骼的物理学家。
1898年，荷兰物理学家皮埃尔·居里发现了镭元素和钋元素，这一发现证实了X射线的放射性特性。
他们的研究为后来的核物理学奠定了基础。
20世纪初，X射线的应用范围扩大。
1901年，德国物理学家伴德兄弟用X射线照射了人们的肺部，发现了肺结核病变。
这一发现对于医学诊断有着重要的意义。
随着X射线技术的发展，科学家们开始尝试用X射线照射其他组织和器官。
在1930年代，恩里科·费米和他的团队在美国发明了第一台用于医学诊断的X射线机器，该机器能够产生高能量的X射线并进行精确的定位。
20世纪中叶，计算机技术的进步使得X射线成像更加精确和快速。
1963年，英国的高京夫和南戈西发明了第一台全身X射线扫描仪，即CT 扫描仪。
这种仪器通过将大量X射线图像联合起来，可以生成一个三维的图像来显示人体内部器官的结构。
20世纪后半叶，数字成像技术的发展使得X射线成像更加便捷。
1997年，弗利克斯·布卢德发明了数字X射线成像技术（CR）和数字直接成像技术（DR），使X射线图像的获取、存储和共享变得更加简单和高效。
近年来，随着纳米技术和材料科学的发展，科学家们开始研究并利用X射线来研究纳米结构和材料的性质。
这为新材料的制备和应用提供了重要的基础。
总的来说，X射线的发展历程充满了伟大的科学发现和技术创新。
X线的产生和性质
一个伟大的发现就这样一次次与他们失之交臂！
基础知识
伦琴生平简介
1845年3月27日生于荷兰； 1868年毕业于苏黎世联邦工程学院； 1872年伦琴到斯特拉斯堡大学任副教授； 1875年成为霍恩海堡农业专科学校的教授； 1879年—1888年主持吉森大学物理学讲座； 1889年—1893年任耶拿大学和乌德勒兹两 大学的教授； 1894年—1900年任维尔茨堡大学校长和慕 尼黑物理研究所所长。
医学影像诊断所用的X线产生设备是X线管 （X-ray tube，球管）。
X射线的产生需要的基本条件是：
1.要有一个电子源，能根据需要，随时提供 足够数量的电子，这个电子源称为阴极 （cathode）；
2.要有一个能经受高速电子撞击而产生Ｘ线 的靶，即阳极（anode）；
3.要有高速电子流。 两个方面，其一是高压电场，使电子获得 动能； 其二是有高真空环境，使电子在运动中不 受气体分子的阻挡和电离放电而降低能量， 同时也能保护灯丝不致因氧化而被烧毁。
连续X射线谱的特征
连续谱的X射线强度是随波长的变 化而连续变化的。每条曲线都有一 个峰值；曲线在波长增加的方向上 都无限延伸，但强度越来越弱；在 波长减小的方向上，曲线都存在一 个称为短波极限波长 min 的极限值。随着管压的升高， 辐射强度均相应地增强。同时，各 曲线所对应的强度峰值和短波极限 的位置均向短波方向移动。
连续X射线
+
41
根据经典物理学的理论，一个带负电荷的 电子作加速运动时，电子周围的电磁场将 发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁 波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量 的电子射到阳极上的时间和条件不可能相 同，因而得到的电磁波将具有连续的各种 波长，形成连续X射线谱。
量子力学概念，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，即“韧致辐射”。
基础知识
伦琴生平简介
1845年3月27日生于荷兰； 1868年毕业于苏黎世联邦工程学院； 1872年伦琴到斯特拉斯堡大学任副教授； 1875年成为霍恩海堡农业专科学校的教授； 1879年—1888年主持吉森大学物理学讲座； 1889年—1893年任耶拿大学和乌德勒兹两 大学的教授； 1894年—1900年任维尔茨堡大学校长和慕 尼黑物理研究所所长。
医学影像诊断所用的X线产生设备是X线管 （X-ray tube，球管）。
X射线的产生需要的基本条件是：
1.要有一个电子源，能根据需要，随时提供 足够数量的电子，这个电子源称为阴极 （cathode）；
2.要有一个能经受高速电子撞击而产生Ｘ线 的靶，即阳极（anode）；
3.要有高速电子流。 两个方面，其一是高压电场，使电子获得 动能； 其二是有高真空环境，使电子在运动中不 受气体分子的阻挡和电离放电而降低能量， 同时也能保护灯丝不致因氧化而被烧毁。
连续X射线谱的特征
连续谱的X射线强度是随波长的变 化而连续变化的。每条曲线都有一 个峰值；曲线在波长增加的方向上 都无限延伸，但强度越来越弱；在 波长减小的方向上，曲线都存在一 个称为短波极限波长 min 的极限值。随着管压的升高， 辐射强度均相应地增强。同时，各 曲线所对应的强度峰值和短波极限 的位置均向短波方向移动。
连续X射线
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41
根据经典物理学的理论，一个带负电荷的 电子作加速运动时，电子周围的电磁场将 发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁 波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量 的电子射到阳极上的时间和条件不可能相 同，因而得到的电磁波将具有连续的各种 波长，形成连续X射线谱。
量子力学概念，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，即“韧致辐射”。
X射线基本原理
GFS501-1
FSB302-1 FSK302-1 LS-3 SC4-4 SZ-5
TX
XS XDS ZC
图象
限束(器) X射线探测器系统 诊(断)床
TX-DSI1000
XS1-2 XDS3000 ZC25SY-2
ZZ
支柱
ZZ-5
系统构成
表4 新东方1000医用诊断X射线机系统构成 部件名称 高压发生器 部件型号 GFS501-1 1 数量 万东 制造商
6 讨论
X射线的产生
高速电子撞击物质突然受阻产生X射线
1、电子源(加热的灯丝) 2、靶面(电子撞击的物质) 3、高速电子流 • 高电压产生的强电场 • 真空度较高的空间 - 电子高速运动中不受气体分子阻挡 - 保护灯丝不致因氧化而烧毁
X射线管
1 2 3 4 5
阳极靶盘 转子（阳极散热棒） 定子线圈 灯丝 玻壳 图2 X射线管
5．管电压对阴极电子加速，使其获得足够能量撞击阳极靶面，管 电压越高，撞击能量越大，激发的X射线光子强度越高，穿透能 力越大
X射线的产生效率
η=KZU 约99%都转变成热能 出射X射线不足阳极靶面产生X射线的10%,利用率很低
高原子序数的材料/高熔点的材料
恒定的高压
问题思考
X射线/光子/电磁波？ 单色/单能X射线？ 连续X线与靶物质/管电压？
X射线基础知识
恒瑞医疗
大纲 1 X射线发现与发展 2 X射线的产生和性质 3 X射线与物质的作用与成像 4 X射线的防护 5 X射线基础术语 6 讨论
1 X射线发现与发展
人类研究微观世界的“三大发现”
X射线的发现 放射性的发现 1895年伦琴 1896年贝克勒尔（铀）
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3．实验表明，随Ｚ增加，波长改变的谱线强度 逐渐减弱，而波长不变的谱线强度逐渐增强， 这是由于Ｚ大，电子数目多，但真正能看成自 由电子的只是最外层几个，占电子总数的比例 减少了，而光子同结合牢固的电子碰撞，就如 同质量较大的原子碰撞，即便波长改变也是很 小，不能观察．所以波长改变的部分随Ｚ增大 而增强，而与少数几个自由电子碰撞，由于相 对数目较少，故波长不变的部分随Ｚ增加而减 弱．这也就是前面讲的相干散射.
n 2d sin , n 1 ， 2， ，
4．(1) X射线的衍射是研究晶体结构有效方法-晶体 衍射图就可以确定晶体内部的原子（或分子）间的距 离和排列-1915年布拉格父子因此获诺贝尔物理奖 (2)X射线分析可用来研究高分子的结构
1400 1200
1000
(a)
800 600
X射线由两部分构成，一是波长连续变化的连续 谱，它的最小波长只与外加电压有关；另一部分是 具有分立波长的线状谱，波长取决于靶材料，称为 标识谱、特征谱。
连续谱，钨靶，不同的电压 标识谱：钨靶和钼靶，相同的电压。
二.X射线的产生机制
(一)、X射线连续谱 波长连续变化的连续谱，它的最 小波长只与外加电压有关
n 2d sin , n 1 ， 2， ，
2.劳厄照片
每个亮点为劳厄斑点 , 对应于一组晶面 . 斑点的 位置反映了对应晶面的方 向.—由这样一张照片就可 以推断晶体的结构(连续谱 的X射线)
3．晶体粉末法(单波长的射线)
每一同心园对应一组晶面,不同的园环代表 不同的晶面阵,环的强弱反映了晶面上原子的 密度大小
图1 康普顿散射与角度的关系
2.同一波长的射线在 不同散射角被同一物 质散射:
（１）新谱线的移 动与散射物的性 质无关． （２）散射物的原 子序数增加，移 动的新谱线的强 度减弱，原谱线 的强度增加． 图2 康普顿散射与原子序数的关系
理论解释
康普顿视X射线为光子流，把X射线与自由电子间的作用看作是 两种粒子相互碰撞发生散射的过程，因此应满足能量守恒和动 量守恒。
hv m0 c 2 hv mc 2 p p mu
(1) (2)
式中v, v分别是碰撞前后光子的 频率. p和p分别是碰撞前后光子的 动量. m 0 为电子的静止质量 , 碰撞后电子动量为 mu.
m0 hv hv 其中 p , p ,m c c 1 (u / c) 2
(b)
400 200
20
40
(a图 (b) Eu(DBM)3Phen的X－射线衍射图
粒子性- 康普顿效应(1927诺贝尔奖)
实验结果--除原来谱线外, 出现波长变长的另 一条线. 波长改变的数值与散射角有关, 随角度的增加 而增强 ; 且随着散射角的增大 , 新谱线增强 , 原 谱线减弱.
例题:由康普顿公式求散射光子的能量和反冲电子的最大动能.
1 1 1 解: (1 cos ), 2 hv hv m0 c
故散射光子能量为: hv m0 c 2 m0 c 2 1 cos hv
1 cos m0 c 1 cos hv
2
反冲电子的动能为 :
因为 只于三个基本常量 (h, c, m0 )有关, 可由的测定, 来测定h.康普顿散射实验 为独立测定又提供了一 个方法.
思考题
为什么在X射线的衍射中 能观察到康普顿效应?
对实际测量来说 , 有意义的是相对比值 / . 因为与无关.因此只有 0.1nm的x射线, 才能使 / 大到到足以被观察的程 度. 对于 500 nm的可见光.仍旧这么大 , 故 / 小到无法观察 .
hc
0
Ve
hv0 Ve
12398.10 0 埃 V
轫致辐射：高速电子打到靶上， 受靶的作用而突然减速，其一部 分动能转化为辐射能放出射线。 最小波长只依赖于外加电压V，V越 大，min 越小，与靶材料无关。
(二)、X射线的标识谱
1、特点
2s 1 3,1
s 0
l 0,1
(4) (3)得 :
m c (1
2 4
u2 c
2 2 ) m c 2 h v v ( 1 cos ) 2 m c h ( v v ) 0 0 2
2 4
λc称为电子的康普顿波长，具有长度的量纲
几点说明：
1. 只与有关, 与无关
h 由公式 : (1 cos ) m0 c h 0 当 180 时, 2 0.0049 nm m0 c
Ek hv hv hv
,
其极大值:
Emax
2hv m0 c 2 hv
2
.
A
a N
A
a CZ
4
3
小,则吸收小,贯穿能力强; Z大则吸收强
§8.5 康普顿效应
X射线被散射后，除波长不改变的 部分外，还有波长变长的情况出现， 这种现象称康普顿效应
实验及结果：
康普顿实验装置图
1.同一波长的射线在不同散射角被同一物质散射:
（１）波长改变的 数值与散射角有 关，即随角度的 增加而增加． （２）随角度的增 加，新谱线的强 度增强，原谱线 减弱．
2
1 2 1 ~ L R( Z 7.4) ( 2 2 ) 2 3
1 2 1 ~ R ( Z b) ( 2 2 ) m n
ms
nm
根据元素X射线在图上的位置,就 可定出该元素的原子序数
三、X射线的吸收
I I 0e
a N
A
x
a N
X射线由内层电子的跃 迁所产生。
2. 同X射线有关的原子能级。
3. 产生X射线标识谱的跃迁 的选择定则
L 1
J 0， 1
K线系：K：LK；K：MK； K：NK； L线系：L：ML；L：NL；L ：OL；
3. 莫塞莱定律及原子序数的测定
~
K
1 1 R ( Z 1) ( 2 2 ) 1 2
这就是康普顿散射引起 的最大位移.
2. 相干散射
当 0时, 0.入射光未偏折 ,当然不引起 的变化. 但 0 的事例不仅发生于 0, 且在各方向都观察到 . 0 的散射, 称相干散射 .
为什么会出现相干散射 ?
h 在公式 (1 cos ) 中,因以原子质量 M代替m 0 , m0 c 而M m0 , 所以 0.
4. 实验结果中，波长改变的有一较宽的 强度分布，这是由于电子不是静止的．
5. 在光子能量低时，吸收是主要 的，散射是次要的，光子能量高 时，散射是主要的．
6. 康普顿效应与基本常量
h 在公式中 (1 cos )中, m0 c 若h 0, 或c , 都趋于 0,即回到经典物理 . 对应原理又得到清晰的 体现.
第八章
一、X射线的发现及特性
X射线
（一） X射线的发现
1895年11月8日，伦琴发现。
X射线是波长极短的电磁波， 它不会被磁场偏转，具有很强 的穿透力，而且波长越短，穿 透力越强。<0.1nm：硬X射线， >0.1nm：软X射线。
（二）若X射线的波动性和粒子性
波动性－ X射线在晶体的衍射
１.布喇格公式
理论解释 X射线的光子同电子碰撞 的结果
h m0c2 h mc2
p p mv
h 1 cos m0c
康普顿散射公式--康普顿散射中射线波长的改变与原 波长无关, 只与散射角有关
二、 X射线的产生机制 (一)X射线的产生
X射线由高速电子打在物体 上产生。
把(2)式该写成标量式 : hv 2 hv 2 hv hv 2 (mu ) ( ) ( ) 2( )( ) cos c c c c m 2 c 2u 2 h 2 v 2 h 2 v 2 2h 2 vv cos (3)
把(1)式移项平方 : m 2 c 4 h 2 v 2 h 2 v 2 2h 2 vv m0 2 c 4 2m0 c 2h(v v) (4)