X射线的性质
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
子所需的临界激发电压。
2021/3/19
D
24 24
★ 特征谱的强度随管电压（U）和管电流（i）的提
高而增大，其关系的实验公式如下：
I特＝K3 i ( U - Un)m
★ 另外，X射线连续谱只增加衍射花样的背底，不利 于衍射花样分析，因此总希望特征谱线强度与连续谱 线强度之比越大越好。实践和计算表明，当工作电压
• ε= 1.1×10－9 Z V • 式中Z为靶材组成元素的原子序数，V为X射线管的极间
电压（又称管电压），以伏特为单位。例如对于一只铜 靶的X射线管，在30KV工作时，ε= 0.1%，而一只钨靶 的X射线管在100KV条件下工作时，也不过ε= 0.8%。 可见X射线管产生X射线的能量效率是十分低的，但是， 目前X射线管仍是最实用的发生X射线的器件。
直接法解析结构
鲁斯卡E.Ruska
电子显微镜
1986 物理 宾尼希G.Binnig
扫描隧道显微镜
罗雷尔H.Rohrer
2021/3/19
D
4
1.2 X射线的本质
• X射线属于电磁波或电磁辐射 • 具有粒子性和波动性特点 • 波长为10-8cm，与晶体的晶格常数同一数
量级
2021/3/19
D
5
X射线和可见光相比，其波长比可见光短，介于紫外线与γ射线之间 ，约为10－2到102埃的范围。频率大约是可见光的103倍，所以它的光 子能量比可见光的光子能量大得多，表现明显的粒子性。由于X射线 波长短，光子能量大的两个基本特性。
1937 物理
戴维森Clinton Joseph Davisson 汤姆孙George Paget Thomson
电子衍射
1954 化学 鲍林Linus Carl Panling
化学键的本质
1962 化学
肯德鲁John Charles Kendrew 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz
蛋白质的结构测定
2021/3/19
D
20
• 图1.6a描述了上述激发机理。 处于K激发态的原子，当不同外 层的电子（L、M、N…层）向 K层跃迁时放出的能量各不相同， 产生的一系列辐射统称为K系辐 射。
• 基于上述机制产生的X射线，其 波长只与原子处于不同能级时
发生电子跃迁的能级差有关， 而原子的能级是由原子结构决 定的，因此，这些有特征波长 的辐射将能够反映出原子的结
材料分析测试技术 ——X射线的性质
2021/3/19
D
1
1.1引言
• 1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线 时发现了一种新型的辐射，肉眼看不见， 可使照相底片感光，并有很强的穿透力。X 射线的本质、它与物质相互作用的基木原 理己被深人研究，并在科学研究、医疗与 技术工程上获得广泛应用，相应的设备和 方法也在不断的发展中。
在管电压U作用下，电子到达阳极靶时动能为eU，若一
个电子在与阳极靶碰撞时，把全部能量都给予一个光子，
这就是一个光子所可能获得的最大能量，即hνmax = eU， 此光量子的波长即为短波限λSWL，
max
eU h
c
SW
L
连续光谱的短波限λSWL只决 定于X射线管的工作高压。
如果一个电子射入物质后在发生有效碰撞（产生光量子）之前速
• 3. 转靶式管——这种管采用一种特殊的运动结构以大大增强靶面的冷 却，即所谓旋转阳极X射线管，是目前最实用的高强度X射线发生装 置。管子的阳极设计成圆柱体形，柱面作为靶面，阳极需要用水冷却。 工作时阳极圆柱以高速旋转，这样靶面受电子束轰击的部位不再是一 个点或一条线段而是被延展成阳极柱体上的一段柱面，使受热面积展 开，从而有效地加强了热量的散发。所以，这种管的功率能远远超过 前两种管子。
0.25~0.05nm （硬X射线）
❖ 金属零件的无损探伤：
0.1~0.005nm
❖ 用于医学透视及安检的X射线
波长则很长：
2021/3/19
D
88
1.3 X射线的产生及X射线管
• X射线是由高速运动着的带电（或不带电）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
• 产生自由电子；电子定向高速运动；设置使其突然减速的 障碍物
2021/3/19
D
23
★ 特征X射线的产生条件中为什么存在 一个临界激发电压UK？
● 原子内层电子被击出而造成空位是产生特征MgK辐β光射子
的前提。
入射电子
MgKα光子
● 而欲击出靶材原子内层电子，M比g 如K层电二子次，电子由 阴极射来的电子的动能就必须大于（KL 至少等于（自）由K电层子）
电子与原子核的结合能EK，或K电子M逸出所做的功WK， 即eUK=-EK=WK，这个UK便是阴极电子击出靶材原子K电
D
27 27
1.5.1 X射线的散射
物质对X射线的散射主要是电子与X射线相互作用的结果。 物质中的核外电子有两大类，相应产生两种散射效应。
I连iZVmi 连续 X射 X射 线线 管总 功强 率度iiZVV2 ZV
2021/3/19
D
17
1.4.2 特征X射线谱
❖当加于X射线管M两o靶 端的电压35k增V 高到与阳
极靶材相应的某一特定值UK时，在连续
谱的某些特定的波长位置会出现一系列 强度峰，峰窄而尖锐。它们的波长对一 定材料的阳极靶有严格恒定的数值，此 波长可作为阳极靶材的标志或特征。故 称为特征谱或标识谱。
1962
生理医学
Francis Maurice
H.C.Crick、JAMES h.f.Wilkins
d.Watson、
脱氧核糖核酸DNA测定
1964 化学 Dorothy Crowfoot Hodgkin
青霉素、B12生物晶体测定
1985 化学
霍普特曼Herbert Hauptman 卡尔Jerome Karle
En 2h22m n2 4e(Z)2
构特点，我们称之为特征光谱。 hn 2 n 1 ( E n 2 ) ( E n 1 )
2021/3/19
D
21
X射线辐射过程.swf
2021/3/19
D
22 22
莫塞莱定律
K(Z)
K——与靶材物质主量子数有关的常数 α——屏蔽常数，与电子所在的壳层位置有关
X射线的发现
1914 物理 劳埃Max von Laue
晶体的X射线衍射
1915 物理
亨利.布拉格Henry Bragg 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg.
晶体结构的X射线分析
1917 物理 巴克拉Charles Glover Barkla
元素的特征X射线
1924 物理 卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn X射线光谱学
为K系激发电压的3～5倍时，I特 / I连最大。
U ≈ (3~5) UK
2021/3/19
D
25 25
1.5 X射线与物质的相互作用
• 当X射线与物质相遇时，会产生一系列效应，这 是X射线应用的基础。
• 德国物理学家伦琴在发现X射线时就观察到它有 可见光与其无法比拟的穿透力，可使荧光物质发 光，可使气体或其它物质电离。
• 能量转化：散射能量E1，吸收能量E2，透过物质 E3
2021/3/19
Байду номын сангаас
D
26
1.5 X射线与物质的相互作用
照射到物质上的X射线， 除一部分可能沿原入射线 束方向透过物质继续向前 传播外，其余的，在与物 质相互作用的复杂物理过 程中被衰减吸收，其能量 转换和产物可归纳于后图。
2021/3/19
图
度有所降低，则碰撞产生光量子的能量就会减小。由于多种因素
使得发生有效碰撞的电子速度可以从零到初速连续的取值，因而
出现了连续光谱，其波长自λm开始向长波方向伸展。
2021/3/19
D
16 16
• X射线的强度是指垂直于X射线传播方向的单位 面积上单位时间内光量子数目能量的总和。
I nh
• 强度由光子的能量和光子的数目决定 • 最大值不在λm，而在1.5λm • 选用重金属靶并施以高电压
• 当灯丝被通电加热至高温时（达2000℃），大量 的热电子产生，在极间的高压作用下被加速，高
速轰击到靶面上。高速电子到达靶面，运动突然 受阻，其动能部分转变为辐射能，以X射线的形 式放出，这种形式产生的辐射称为轫致辐射。
2021/3/19
D
10
• 轰击到靶面上电子束的总能量只有极小一部分转变为X 射线能，靶面发射的X射线能量与电子束总能量的比率ε 可用下面的近似公式表示：
❖ 特征谱的波长不受管电压、管电流的影响， 只决定于阳极靶材元素的原子序数。
2021/3/19
D
18 18
☆ 特征X射线产生的机理
经典原子模型
原子内的电子分布在 一系列量子化的壳层 上。最内层（K层）能 量最低。
阴极射出的电子流轰击到靶面， 如果能量足够高，靶内一些原子 的内层电子会被轰出，使原子处 于能级较高的激发态
● X射线强度随波长连续变化的谱线称连续X射线谱。
图1
● 连续谱受管电压U，管电流i和阳极靶材的原子序
图2
数Z的作用，其相互关系见图：
● 连续谱的总强度决定于上述U、i、Z三因素：
I连SWIL
dK1iZU 2
I连 iU
K1ZU
2021/3/19
D
15 15
● 连续谱的形成及存在短波限的量子力学解释：
2021/3/19
D
6
E h hc
• X射线以光子的形式辐射和吸收时具有质量、能 量、动量
E h hc
P h
• 波长短，能量和动量大，穿透能力强 • X射线的波动性表现在干涉和衍射 • X射线的粒子性表现与物质相互作用交换能量
2021/3/19
D
7
❖ 用于晶体结构分析的X射线波
长：
• 因为轰击靶面电子束的绝大部分能量都转化为热能，所 以，在工作时X射线管的靶必须采取水冷（或其他手段） 进行强制冷却，以免对阴极被加热至熔化，受到损坏。 也是由于这个原故，X射线管的最大功率受到一定限制， 决定于阳极材料的熔点、导热系数和靶面冷却手段的效 果等因素。同一种冷却结构的X射线管的额定功率，因 靶材的不同是大不相同的。例如，铜靶（铜有极佳的导 热性）和钼靶（钼的熔点很高）的功率常为相同结构的 铁、钴、铬靶的两倍。
2021/3/19
D
11
2021/3/19
D
12
• 在晶体衍射实验中，常用的X射线管按其结构设计的特点可分为三种 类型：
• 1. 可拆式管——这种X射线管在动真空下工作，配有真空系统，使用 时需抽真空使管内真空度达到10－5毫帕或更佳的真空度。不同元素的 靶可以随时更换，灯丝损坏后也可以更换，这种管的寿命可以说是无 限的。
• 对于铜或钼靶管，密封式管的额定功率，目前只能达到2 KW左右， 而转靶式管最高可达90 KW。
2021/3/19
D
13
1.4 X射线谱
• 由X射线管所得到的X射线，按其特征可以分成两 部分：连续光谱和特征光谱，后者只与靶的组成 元素有关。
2021/3/19
D
14
1.4.1连续X射线谱
● X射线波长从一最小值短波限λSWL向长波方向伸展
• 2. 密封式管——这是最常使用的X射线管，它的靶和灯丝密封在高真 空的壳体内。壳体上有对X射线“透明”的X射线出射“窗孔”。靶 和灯丝不能更换，如果需要使用另一种靶，就需要换用另一只相应靶 材的管子。这种管子使用方便，但若灯丝烧断后它的寿命也就完全终 结了。密封式X射线管的寿命一般为1000—2000小时，它的报废往往 并不是与因灯丝损坏，而是由于靶面被熔毁或因受到钨蒸气及管内受 热部分金属的污染，致使发射的X射线谱线“不纯”而被废用。
2021/3/19
D
2
• 两个重要人物：
伦琴（W.C. Röntgen）
劳埃（M. von Laue）
1895年伦琴在研究阴极 射线时发现了X射线。
1912年劳埃发现了X射
202线1/3/19在晶体中的衍射现D 象。
33
与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单
年份 学科
得奖者
内容
1901 物理 伦琴Wilhelm Conral Rontgen
• X射线管——带冷却水的大灯泡
2021/3/19
D
9
• X射线管实际上是一只真空二极管， 它有两个电 极：作为阴极的用于发射电子的灯丝（钨丝）和 作为阳极的用于接受电子轰击的靶（又称对阴 极）。
• X射线管供电部分至少包含有一个使灯丝加热的 低压电源和一个给两极施加高电压的高压发生器。
• 由于总是受到高能量电子的轰击，阳极还需要强 制冷却。
2021/3/19
D
图
19 19
K层电子被击出称为K激发态，L层电子被击出称为L激发态 ，依次类推。图1.6b表示的是原子的基态和K、L、M、N
等激发态的能级图，原子的激发态是不稳定的，寿命不超 过10-8秒，此时内层轨道上的空位将被离核更远轨道上的电
子所补充，从而使原子能级降低，这时，多余的能量便以 光量子的形式辐射出来。
西格班karlmannegeorgsiegbahnx射线光谱学戴维森clintonjosephdavisson汤姆孙georgepagetthomson1954化学鲍林linuscarlpanling化学键的本质肯德鲁johncharleskendrew帕鲁兹maxferdinandperutz1962生理医学francishccrickjamesdwatsonmauricehfwilkins脱氧核糖核酸dna测定1964化学dorothycrowfoothodgkin青霉素b12生物晶体测定霍普特曼herberthauptman卡尔jeromekarle鲁斯卡eruska电子显微镜宾尼希gbinnig扫描隧道显微镜罗雷尔hrohrer直接法解析结构1915物理晶体结构的x射线分析1937物理电子衍射与x射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单1986物理1962化学蛋白质的结构测定1985化学20152015121224241212x射线的本质射线的本质波长为108cm与晶体的晶格常数同一数量级2015201512122424x射线和可见光相比其波长比可见光短介于紫外线与射线之间约为102到10倍所以它的光子能量比可见光的光子能量大得多表现明显的粒子性
2021/3/19
D
24 24
★ 特征谱的强度随管电压（U）和管电流（i）的提
高而增大，其关系的实验公式如下：
I特＝K3 i ( U - Un)m
★ 另外，X射线连续谱只增加衍射花样的背底，不利 于衍射花样分析，因此总希望特征谱线强度与连续谱 线强度之比越大越好。实践和计算表明，当工作电压
• ε= 1.1×10－9 Z V • 式中Z为靶材组成元素的原子序数，V为X射线管的极间
电压（又称管电压），以伏特为单位。例如对于一只铜 靶的X射线管，在30KV工作时，ε= 0.1%，而一只钨靶 的X射线管在100KV条件下工作时，也不过ε= 0.8%。 可见X射线管产生X射线的能量效率是十分低的，但是， 目前X射线管仍是最实用的发生X射线的器件。
直接法解析结构
鲁斯卡E.Ruska
电子显微镜
1986 物理 宾尼希G.Binnig
扫描隧道显微镜
罗雷尔H.Rohrer
2021/3/19
D
4
1.2 X射线的本质
• X射线属于电磁波或电磁辐射 • 具有粒子性和波动性特点 • 波长为10-8cm，与晶体的晶格常数同一数
量级
2021/3/19
D
5
X射线和可见光相比，其波长比可见光短，介于紫外线与γ射线之间 ，约为10－2到102埃的范围。频率大约是可见光的103倍，所以它的光 子能量比可见光的光子能量大得多，表现明显的粒子性。由于X射线 波长短，光子能量大的两个基本特性。
1937 物理
戴维森Clinton Joseph Davisson 汤姆孙George Paget Thomson
电子衍射
1954 化学 鲍林Linus Carl Panling
化学键的本质
1962 化学
肯德鲁John Charles Kendrew 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz
蛋白质的结构测定
2021/3/19
D
20
• 图1.6a描述了上述激发机理。 处于K激发态的原子，当不同外 层的电子（L、M、N…层）向 K层跃迁时放出的能量各不相同， 产生的一系列辐射统称为K系辐 射。
• 基于上述机制产生的X射线，其 波长只与原子处于不同能级时
发生电子跃迁的能级差有关， 而原子的能级是由原子结构决 定的，因此，这些有特征波长 的辐射将能够反映出原子的结
材料分析测试技术 ——X射线的性质
2021/3/19
D
1
1.1引言
• 1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线 时发现了一种新型的辐射，肉眼看不见， 可使照相底片感光，并有很强的穿透力。X 射线的本质、它与物质相互作用的基木原 理己被深人研究，并在科学研究、医疗与 技术工程上获得广泛应用，相应的设备和 方法也在不断的发展中。
在管电压U作用下，电子到达阳极靶时动能为eU，若一
个电子在与阳极靶碰撞时，把全部能量都给予一个光子，
这就是一个光子所可能获得的最大能量，即hνmax = eU， 此光量子的波长即为短波限λSWL，
max
eU h
c
SW
L
连续光谱的短波限λSWL只决 定于X射线管的工作高压。
如果一个电子射入物质后在发生有效碰撞（产生光量子）之前速
• 3. 转靶式管——这种管采用一种特殊的运动结构以大大增强靶面的冷 却，即所谓旋转阳极X射线管，是目前最实用的高强度X射线发生装 置。管子的阳极设计成圆柱体形，柱面作为靶面，阳极需要用水冷却。 工作时阳极圆柱以高速旋转，这样靶面受电子束轰击的部位不再是一 个点或一条线段而是被延展成阳极柱体上的一段柱面，使受热面积展 开，从而有效地加强了热量的散发。所以，这种管的功率能远远超过 前两种管子。
0.25~0.05nm （硬X射线）
❖ 金属零件的无损探伤：
0.1~0.005nm
❖ 用于医学透视及安检的X射线
波长则很长：
2021/3/19
D
88
1.3 X射线的产生及X射线管
• X射线是由高速运动着的带电（或不带电）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
• 产生自由电子；电子定向高速运动；设置使其突然减速的 障碍物
2021/3/19
D
23
★ 特征X射线的产生条件中为什么存在 一个临界激发电压UK？
● 原子内层电子被击出而造成空位是产生特征MgK辐β光射子
的前提。
入射电子
MgKα光子
● 而欲击出靶材原子内层电子，M比g 如K层电二子次，电子由 阴极射来的电子的动能就必须大于（KL 至少等于（自）由K电层子）
电子与原子核的结合能EK，或K电子M逸出所做的功WK， 即eUK=-EK=WK，这个UK便是阴极电子击出靶材原子K电
D
27 27
1.5.1 X射线的散射
物质对X射线的散射主要是电子与X射线相互作用的结果。 物质中的核外电子有两大类，相应产生两种散射效应。
I连iZVmi 连续 X射 X射 线线 管总 功强 率度iiZVV2 ZV
2021/3/19
D
17
1.4.2 特征X射线谱
❖当加于X射线管M两o靶 端的电压35k增V 高到与阳
极靶材相应的某一特定值UK时，在连续
谱的某些特定的波长位置会出现一系列 强度峰，峰窄而尖锐。它们的波长对一 定材料的阳极靶有严格恒定的数值，此 波长可作为阳极靶材的标志或特征。故 称为特征谱或标识谱。
1962
生理医学
Francis Maurice
H.C.Crick、JAMES h.f.Wilkins
d.Watson、
脱氧核糖核酸DNA测定
1964 化学 Dorothy Crowfoot Hodgkin
青霉素、B12生物晶体测定
1985 化学
霍普特曼Herbert Hauptman 卡尔Jerome Karle
En 2h22m n2 4e(Z)2
构特点，我们称之为特征光谱。 hn 2 n 1 ( E n 2 ) ( E n 1 )
2021/3/19
D
21
X射线辐射过程.swf
2021/3/19
D
22 22
莫塞莱定律
K(Z)
K——与靶材物质主量子数有关的常数 α——屏蔽常数，与电子所在的壳层位置有关
X射线的发现
1914 物理 劳埃Max von Laue
晶体的X射线衍射
1915 物理
亨利.布拉格Henry Bragg 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg.
晶体结构的X射线分析
1917 物理 巴克拉Charles Glover Barkla
元素的特征X射线
1924 物理 卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn X射线光谱学
为K系激发电压的3～5倍时，I特 / I连最大。
U ≈ (3~5) UK
2021/3/19
D
25 25
1.5 X射线与物质的相互作用
• 当X射线与物质相遇时，会产生一系列效应，这 是X射线应用的基础。
• 德国物理学家伦琴在发现X射线时就观察到它有 可见光与其无法比拟的穿透力，可使荧光物质发 光，可使气体或其它物质电离。
• 能量转化：散射能量E1，吸收能量E2，透过物质 E3
2021/3/19
Байду номын сангаас
D
26
1.5 X射线与物质的相互作用
照射到物质上的X射线， 除一部分可能沿原入射线 束方向透过物质继续向前 传播外，其余的，在与物 质相互作用的复杂物理过 程中被衰减吸收，其能量 转换和产物可归纳于后图。
2021/3/19
图
度有所降低，则碰撞产生光量子的能量就会减小。由于多种因素
使得发生有效碰撞的电子速度可以从零到初速连续的取值，因而
出现了连续光谱，其波长自λm开始向长波方向伸展。
2021/3/19
D
16 16
• X射线的强度是指垂直于X射线传播方向的单位 面积上单位时间内光量子数目能量的总和。
I nh
• 强度由光子的能量和光子的数目决定 • 最大值不在λm，而在1.5λm • 选用重金属靶并施以高电压
• 当灯丝被通电加热至高温时（达2000℃），大量 的热电子产生，在极间的高压作用下被加速，高
速轰击到靶面上。高速电子到达靶面，运动突然 受阻，其动能部分转变为辐射能，以X射线的形 式放出，这种形式产生的辐射称为轫致辐射。
2021/3/19
D
10
• 轰击到靶面上电子束的总能量只有极小一部分转变为X 射线能，靶面发射的X射线能量与电子束总能量的比率ε 可用下面的近似公式表示：
❖ 特征谱的波长不受管电压、管电流的影响， 只决定于阳极靶材元素的原子序数。
2021/3/19
D
18 18
☆ 特征X射线产生的机理
经典原子模型
原子内的电子分布在 一系列量子化的壳层 上。最内层（K层）能 量最低。
阴极射出的电子流轰击到靶面， 如果能量足够高，靶内一些原子 的内层电子会被轰出，使原子处 于能级较高的激发态
● X射线强度随波长连续变化的谱线称连续X射线谱。
图1
● 连续谱受管电压U，管电流i和阳极靶材的原子序
图2
数Z的作用，其相互关系见图：
● 连续谱的总强度决定于上述U、i、Z三因素：
I连SWIL
dK1iZU 2
I连 iU
K1ZU
2021/3/19
D
15 15
● 连续谱的形成及存在短波限的量子力学解释：
2021/3/19
D
6
E h hc
• X射线以光子的形式辐射和吸收时具有质量、能 量、动量
E h hc
P h
• 波长短，能量和动量大，穿透能力强 • X射线的波动性表现在干涉和衍射 • X射线的粒子性表现与物质相互作用交换能量
2021/3/19
D
7
❖ 用于晶体结构分析的X射线波
长：
• 因为轰击靶面电子束的绝大部分能量都转化为热能，所 以，在工作时X射线管的靶必须采取水冷（或其他手段） 进行强制冷却，以免对阴极被加热至熔化，受到损坏。 也是由于这个原故，X射线管的最大功率受到一定限制， 决定于阳极材料的熔点、导热系数和靶面冷却手段的效 果等因素。同一种冷却结构的X射线管的额定功率，因 靶材的不同是大不相同的。例如，铜靶（铜有极佳的导 热性）和钼靶（钼的熔点很高）的功率常为相同结构的 铁、钴、铬靶的两倍。
2021/3/19
D
11
2021/3/19
D
12
• 在晶体衍射实验中，常用的X射线管按其结构设计的特点可分为三种 类型：
• 1. 可拆式管——这种X射线管在动真空下工作，配有真空系统，使用 时需抽真空使管内真空度达到10－5毫帕或更佳的真空度。不同元素的 靶可以随时更换，灯丝损坏后也可以更换，这种管的寿命可以说是无 限的。
• 对于铜或钼靶管，密封式管的额定功率，目前只能达到2 KW左右， 而转靶式管最高可达90 KW。
2021/3/19
D
13
1.4 X射线谱
• 由X射线管所得到的X射线，按其特征可以分成两 部分：连续光谱和特征光谱，后者只与靶的组成 元素有关。
2021/3/19
D
14
1.4.1连续X射线谱
● X射线波长从一最小值短波限λSWL向长波方向伸展
• 2. 密封式管——这是最常使用的X射线管，它的靶和灯丝密封在高真 空的壳体内。壳体上有对X射线“透明”的X射线出射“窗孔”。靶 和灯丝不能更换，如果需要使用另一种靶，就需要换用另一只相应靶 材的管子。这种管子使用方便，但若灯丝烧断后它的寿命也就完全终 结了。密封式X射线管的寿命一般为1000—2000小时，它的报废往往 并不是与因灯丝损坏，而是由于靶面被熔毁或因受到钨蒸气及管内受 热部分金属的污染，致使发射的X射线谱线“不纯”而被废用。
2021/3/19
D
2
• 两个重要人物：
伦琴（W.C. Röntgen）
劳埃（M. von Laue）
1895年伦琴在研究阴极 射线时发现了X射线。
1912年劳埃发现了X射
202线1/3/19在晶体中的衍射现D 象。
33
与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单
年份 学科
得奖者
内容
1901 物理 伦琴Wilhelm Conral Rontgen
• X射线管——带冷却水的大灯泡
2021/3/19
D
9
• X射线管实际上是一只真空二极管， 它有两个电 极：作为阴极的用于发射电子的灯丝（钨丝）和 作为阳极的用于接受电子轰击的靶（又称对阴 极）。
• X射线管供电部分至少包含有一个使灯丝加热的 低压电源和一个给两极施加高电压的高压发生器。
• 由于总是受到高能量电子的轰击，阳极还需要强 制冷却。
2021/3/19
D
图
19 19
K层电子被击出称为K激发态，L层电子被击出称为L激发态 ，依次类推。图1.6b表示的是原子的基态和K、L、M、N
等激发态的能级图，原子的激发态是不稳定的，寿命不超 过10-8秒，此时内层轨道上的空位将被离核更远轨道上的电
子所补充，从而使原子能级降低，这时，多余的能量便以 光量子的形式辐射出来。
西格班karlmannegeorgsiegbahnx射线光谱学戴维森clintonjosephdavisson汤姆孙georgepagetthomson1954化学鲍林linuscarlpanling化学键的本质肯德鲁johncharleskendrew帕鲁兹maxferdinandperutz1962生理医学francishccrickjamesdwatsonmauricehfwilkins脱氧核糖核酸dna测定1964化学dorothycrowfoothodgkin青霉素b12生物晶体测定霍普特曼herberthauptman卡尔jeromekarle鲁斯卡eruska电子显微镜宾尼希gbinnig扫描隧道显微镜罗雷尔hrohrer直接法解析结构1915物理晶体结构的x射线分析1937物理电子衍射与x射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单1986物理1962化学蛋白质的结构测定1985化学20152015121224241212x射线的本质射线的本质波长为108cm与晶体的晶格常数同一数量级2015201512122424x射线和可见光相比其波长比可见光短介于紫外线与射线之间约为102到10倍所以它的光子能量比可见光的光子能量大得多表现明显的粒子性