低能重离子激发靶原子内壳层X射线的空穴产生机制

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x_ray产生原理

X射线与物质的相互作用
• X射线与物质的相互作用，是一个比较复杂的物理过程。射线与物质的相互作用，是一个比较复杂的物理过程。 • 一束X射线通过物体后，其强度将被衰减，它是被散射和吸收的结果，一束X射线通过物体后，其强度将被衰减，它是被散射和吸收的结果，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。并且吸收是造成强度衰减的主要原因。
X射线管
• （4）高速电子转换成X射线的效率只有1%，其余99%都作为热而散发了。所以靶材料要导热性能好，常用黄铜或紫铜制作，还需要循环水冷却。因此X射线管的功率有限，大功率需要用旋转阳极（5）焦点——阳极靶表面被电子轰击的一块面积，X射线就是从这块面积上发射出来的。焦点的尺寸和形状是X 射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯丝的形状，螺形灯丝产生长方形焦点 X射线衍射工作中希望细焦点和高强度；细焦点可提高分辨率；高强度则可缩短暴光时间
X射线管的结构为：
X射线管
• （1）阴极——发射电子。一般由钨丝制成，通电加热后释放出热辐射电子。 • （2）阳极——靶，使电子突然减速并发出X射线。 • （3）窗口——X射线出射通道。既能让X射线出射，又能使管密封。窗口材料用金属铍或硼酸铍锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成36° 的斜角，以减少靶面对出射X射线的阻碍。
特征X 特征X射线的命名方法
• 同样当空位被M层电子填充时，则产生辐射。M能级同样当K空位被层电子填充时则产生Kβ辐射辐射。能级空位被层电子填充时，能级之差大于L能级与能级之差，与K能级之差大于能级与能级之差，即一个光子的能级之差大于能级与K能级之差即一个Kβ光子的能量大于一个Kα光子的能量但因L→K层跃迁的几率比光子的能量；能量大于一个光子的能量；但因层跃迁的几率比 M→K迁附几率大，故Kα辐射强度比辐射强度大五倍迁附几率大，辐射强度比Kβ辐射强度大五倍迁附几率大辐射强度比左右。左右。 • 显然，当L层电子填充层后，原子由激发状态变成激显然，层电子填充K层后激发状态变成L激层电子填充层后，原子由K激发状态变成发状态，此时更外层如M、层的电子将填充L层空发状态，此时更外层如、N……层的电子将填充层空层的电子将填充产生L系辐射因此，当原子受到K激发时除产生K 系辐射。激发时，位，产生系辐射。因此，当原子受到激发时，除产生系辐射外，还将伴生L、等系的辐射。系辐射外，还将伴生、M……等系的辐射。除K系辐射等系的辐射系辐射因波长短而不被窗口完全吸收外，因波长短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波长长而被吸收。被吸收。 • Kα双线的产生与原子能级的精细结构相关。L层的个电双线的产生与原子能级的精细结构相关。层的层的8个电双线的产生与原子能级的精细结构相关子的能量并不相同，而分别位于三个亚层上。双线系子的能量并不相同，而分别位于三个亚层上。Kα双线系电子分别由L 两个亚层跃迁到K层时产生的辐射层时产生的辐射，电子分别由 Ⅲ和LⅡ两个亚层跃迁到层时产生的辐射，而亚层到K层因不符合选择定则此时∆ 层因不符合选择定则（），因此没由LI亚层到层因不符合选择定则（此时 l＝0），因此没），有辐射。有辐射。

原子物理学习题答案

1. 一强度为I的粒子束垂直射向一金箔，并为该金箔所散射。

若 =90°对应的瞄准距离为b，则这种能量的粒子与金核可能达到的最短距离为： B (A) b(B) 2b(C) 4b(D) 0.5b2. 在同一粒子源和散射靶的条件下观察到粒子被散射在90°和60°角方向上单位立体角内的粒子数之比为： C(A) 4:1 ( B) 1:2 (C) 1:4 (D) 1:83. 一次电离的氦离子（H e+）处于n=2的激发态，根据波尔理论，能量E为 C(A) -3.4eV ( B) -6.8eV (C) -13.6eV (D) -27.2eV4．夫兰克—赫兹实验证明了B(A) 原子内部能量连续变化(B) 原子内存在能级(C) 原子有确定的大小(D) 原子有核心5. 下列原子状态中哪一个是氦原子的基态？DA. 1P1B. 3P1C. 3S1D. 1S06. 若某原子的两个价电子处于2s2p组态,利用L-S耦合可得到其原子态个数：CA. 1B. 3C. 4D. 67. 一个p电子与一个 s电子在L－S耦合下可能有原子态为：CA. 3P0,1,2, 3S1B. 3P0,1,2 , 1S0C. 1P1 ,3P0,1,2D. 3S1 ,1P18. 设原子的两个价电子是p电子和d电子，在L-S耦合下可能的原子态有：CA. 4个B. 9个C. 12个D. 15个9. 氦原子有单态和三重态,但1s1s 3S1并不存在,其原因是: BA. 因为自旋为1/2, 1=2=0 故J=1/20B. 泡利不相容原理限制了1s1s 3S1的存在C. 因为三重态能量最低的是1s2s 3S1D. 因为1s1s 3S1和1s2s 3S1是简并态。

10. 泡利不相容原理说: DA.自旋为整数的粒子不能处于同一量子态中B.自旋为整数的粒子能处于同一量子态中C.自旋为半整数的粒子能处于同一量子态中D.自旋为半整数的粒子不能处于同一量子态中11. 硼（Z=5）的B+离子若处于第一激发态,则电子组态为：AA. 2s2pB. 2s2sC. 1s2sD. 2p3s12. 铍（Be）原子若处于第一激发态,则其电子组态：DA. 2s2sB. 2s3pC. 1s2pD. 2s2p13. 若镁原子处于基态,它的电子组态应为：CA．2s2s B. 2s2p C. 3s3s D. 3s3p14. 氦原子由状态1s2p 3P2,1,0向1s2s 3S1跃迁,可产生的谱线条数为：CA. 0B. 2C. 3D. 115. 氦原子由状态1s3d 3D3,2,1向1s2p 3P2,1,0跃迁时可产生的谱线条数为： CA. 3B. 4C. 6D. 516. 以下电子排布式是基态原子的电子排布的是 D12s1② 1s22s12p1① 1s22s22p63s2 ④ 1s22s22p63s23p1③ 1sA．①②B．①③C．②③D．③④17．在原子的第n层电子层中，当它为最外电子层时，最多容纳的电子数与(n－1)层相同，当它为次外层时，最多容纳的电子数比(n＋1)层多容纳10个电子，则此电子层为 CA．K层B．L层C．M层D．N层18. 碱金属原子能级的双重结构是由于下面的原因产生: DA) 相对论效应B) 原子实极化C) 价电子的轨道贯穿D) 价电子自旋与轨道角动量相互作用19. 处于L=3, S=2原子态的原子,其总角动量量子数J的可能取值为: B(A) 3, 2, 1 (B) 5, 4, 3, 2, 1(C) 6, 5, 4, 3 (D) 5/2, 4/2, 3/2, 2/2, 1/220. 在LS耦合下，两个同科p电子能形成的原子态是：C(A) 1D，3D (B) 1P，1D，3P，3D(C) 1D，3P，1S (D) 1D，3D，1P，3P，1S，3S21．氩（Ｚ＝18）原子基态的电子组态及原子态是：A22s22p63s23p6 1S0 Ｂ. 1s22s22p6２p63d8 3P0Ａ. 1s22s22p63p8 1S0 Ｄ. 1s22s22p63p43d2 2D1/2Ｃ. 1s22. 满壳层或满次壳层电子组态相应的原子态是: B(A) 3S0(B)1S0(C) 3P0(D) 1P123. 由状态2p3p 3P到2s2p 3P的辐射跃迁：C(A) 可产生9条谱线( B) 可产生7条谱线(C) 可产生6条谱线( D) 不能发生24. 某原子的两个等效d电子组成原子态1G4、1D2、1S0、3F4,3,2和3P2,1,0，则该原子基态为： C(A) 1S0(B) 1G4(C) 3F2(D) 3F425．原子发射伦琴射线标识谱的条件是: CA. 原子外层电子被激发B. 原子外层电子被电离C. 原子内层电子被移走D. 原子中电子的自旋—轨道作用很强26. 用电压V加速的高速电子与金属靶碰撞而产生X射线，若电子的电量为- e，光速为c，普朗克常量为h，则所产生的X射线的短波限为：C(A) hc2/eV(B) eV/2hc(C) hc/eV(D) 2hc/eV27. X射线的连续谱有一定的短波极限,这个极限 A（A）只取决定于加在射线管上的电压, 与靶材料无关.（B）取决于加在射线管上的电压,并和靶材料有关（C）只取决于靶材料,与加在射线管上的电压无关（D）取决于靶材料原子的电离能.28. 利用莫塞莱定律，试求波长0.1935nm的K 线是属于哪种元素所产生的？B(A) Al（Z=13）(B) Fe（Z=26）(C) Ni（Z=28）(D) Zn（Z=30）。

放射卫生学重点第四章辐射源的外照射防护讲解

2019年1月14日5时23分
7
低能光子源

主要作为X射线荧光分析用源
薄层物质厚度计的核子用源密度计的核子用源刻度γ射线探测器用的标准源
2019年1月14日5时23分
8
γ辐射源

主要作为核子计源
γ照相源间质治疗源
腔内治疗源
9
2019年1月14日5时23分
中子源

石油地质勘探、辐射育种、活化分
20
DG5015 遥控透视X射线机
2019年1月14日5时23分
21
X射线管

X射线管按其用途不同分为

诊断
治疗管；

按诊断管靶面构成材料不同分为

钨靶管
钼靶管。
22
2019年1月14日5时23分
固定阳极X射线管
2019年1月14日5时23分
23
管电流、管电压、高压电源

管电流：供阴极灯丝的电流

主要作为以下离子发生器的源

烟雾探测器静电消除器放射性避雷器

作为α能谱分析的参考源作为α放射性活度测量时刻读探测器的标准源
6
2019年1月14日5时23分
β辐射源

主要用作β放射性活度的测量
β能量响应刻度探测器探测时的参考源和工作源用作测量薄层物质厚度的核子计源和色层分析仪的离子发生器的源
第四章辐射源的外照射防护
第四章辐射源的外照射防护

第一节第二节第三节第四节第五节策第六节
密封源的种类及其泄漏检验密封源在医疗照射中的应用医疗照射中应用的辐照装置医疗照射源外照射的防护措施医疗放射源易发事故及其预防对

原子物理学第八章X射线

LII、LIII 吸收限：对应吸收物原子 2 2P1/2、2 2P3/2 态电子电离的能量。
hc hc hc
K
LIII
K1
吸收限的出现，再一次证明了原子内部电子的壳层结构。
8.5 康普顿散射
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
德拜-谢乐多晶粉末法照像
8.2 X射线的发射谱
单一元素制成的靶，受到能量足够高的电子轰击，所产生的 X射线发射谱图示：
两部分构成：
连续谱：波长连续变化的部分；
标识谱（特征谱）：叠加在连续谱上的线状谱。
发射光谱
样品光源
分光器
纪录仪
吸收光谱
连续光源样品分光器纪录仪
一、X射线的连续谱
1.连续谱产生机制—轫致辐射
☆ 产生KX射线的阈能大于KX射线本身的能量。
☆ 莫塞莱定律提供了从实验测定原子序数Z 的一种有效方
法。历史上正是他首次纠正了27Co，28Ni在周期表的
次序。
早期元素周期表是按原子量大小顺序排列的。如K(A=39.1)在
Ar(A=39.9)前；线波长是Ar:4.19
NA。i(A；=K58:3.7.7)在4 A。Co；(A=C5o8:.19.)7前9 。A。由；莫N塞i:1莱.6图6 给A。出。Kα－X射
其实，在1895年以前，由阴极射线管产生的X射线在实验里已经存在了30多年，在射线发现前，不断有人抱怨，放在阴极射线管附近的照相底片模糊或感光。如1879年的克鲁克斯， 1890年的古德斯比德等人，但他们都是“当真理碰到鼻尖上还让其溜走了”的人。
伦琴的发现引起了极大的轰动，以致于在全世界范围内掀起了 X射线研究热，1896年关于X射线的研究论文高达1000多篇. 之后十几年，主要工作有：

西安交通大学医用物理学第十四章 X射线

X射线的硬度分为极软、软、硬和极硬四级，它们的用途、相应的管电压与波长范围见表14-1。
§14-3 X射线谱
一、 X射线摄谱仪
根据X射线衍射干涉加强条件（布喇格公式）
2dsinθ=kλ
k= 0,1,2,...
在晶体后放一个圆弧形的底片，当晶体往复转动时（即改变θ角）X射线束就在底片上从一端到另一端反复感光。取下底片冲洗后可获得X射线谱（见图14-3）。
标识谱与原子能级的关系
氢原子基态的能量为-13.6eV，能量零点对应原子完全电离且电子和质子都处于静止的状态。在研究X射线时，取能量零点为处于基态的中性原子，这样比较方便。图14-6
原子内壳层对应于n=1，即K壳层，电离出一个电子（造成一个空穴）的状态对应最高的能级K。当L或M壳层的电子去填那个空穴的时候，则将形成在L或M壳层有一个空穴的状态，能量比K壳层低。在填充空穴的过程中同时发射出来Kα和Kβ等标识谱线。又当L层出现空穴时M层和N层电子可以去填充，同时发射Lα和Lβ等标识谱线。原子序数愈高的元素，各个标识X射线系的波长也愈短，即λk<λL<λM<λN。
m KZ 3
式中，K-比例系数，λ-入射x光波长，Z-原子序数，指数α=3∽4，医学上取3.5。
由上式可得出两个有实际意义的结论：
（1）原子序数Z愈大的物质，吸收本领越大。
例如，人体肌肉的主要成分是 H、O、C等
人体骨的成分是[Ca3(PO4)2],其中Ca、P比肌肉中任何成分的Z值都要大。
面积上具有相对应能量为 h1、h 2 h n 的光子数。由式可知，I 与 N 和hν成正比。两种方法可使 I 增加：①增加管电流 ②增加管电压在一定管电压下，医学上用管电流的mA数表示X射线的强度。

第七章 X射线衍射

第一节 X射线的性质
X射线的本质与可见光、红外线、紫外线以及宇宙射线完全相同，均属电磁波或电磁辐射，同时具有波动性和粒子性特征，波长较可见光短，约与晶体的晶格常数为同一数量级，在10-8m左右。X射线波长的单位用纳米(nm)来表示，也常用埃来表示。
图7-1 电磁波的波长分布范围
第一节 X射线的性质
（4）衍射仪的测量方法与实验参数（5）点阵常数的精确测定
第九节 X射线物相分析
分析物质是由那些“相”组成的，而不是元素或元素的含量(如待测试样为单质元素或其混合物时，X射线物相分析出来的自然是元素)。物相分析可得到元素的结合态和相的状态。
一、定性分析的原理和分析思路
在卡片上列出物相名称、该物相经X射线衍射后计算得到的d值数列和相对应的衍射强度I．这样的卡片基本上可以反映物质的特有的特征。这种方法是1936年创立的。1941年由美国材料试验协会接管，所以卡片叫ASTM卡片，或叫粉末衍射卡组，简称PDF。到1985年出版46，000张，平均每年2，000张问世。目前由“粉末衍射标准联合会”简称JCPDS和“国际衍射资料中心”(ICDD)联合出版。较近期的书刊也将卡片称之为JCPDS衍射数据卡片。
一、连续X射线谱
• 一般晶体分析用X射线机的使用电压约为 30-50kV,而管流为20-40mA左右,视X射线的允许功率而定.
图7-4 连续与特征X射线谱
二、特征(标识)X射线谱
在图所示的阳极连续X射线谱上，当电压继续升高．大于某临界值时，突然在连续谱的某个波长处出现强度峰，峰窄而尖锐，为便于观察，35kV的谱线示于下图。改变管电流、管电压，这些谱线只改变强度而峰的位置所对应的波长不变，即波长只与靶的原子序数有关，与电压无关。

X射线衍射分析原理和应用

m K3Z3
吸收限的应用 ---X射线滤波片的选择
在一些衍射分析工作中，我们只希望是kα辐射的衍射线条，但X射线管中发出还的含有X射K线 β辐，射除和K连α辐续射谱外，，它们会使衍射花样复杂化。
获得单色光的方法之一是在X射线出射的路径上放置一定厚度的滤波片，可以减简到便可地以将忽略Kβ和的连程续度谱。衰
Bragg定律讨论--（2）衍射极限条件
由布拉格公式2dsinθ=nλ可知，sinθ=nλ/2d，因 sinθ<1，故nλ/2d <1。
为使物理意义更清楚，现考虑n＝1（即1级反射）的情况，此时λ/2<d，这就是能产生衍射的限制制条件。
它说明用波长为的x射线照射晶体时，晶体中只有面间距d>λ/2的晶面才能产生衍射。
在以后的讨论中，常用“反射”这个术语描述衍射问题，或者将“反射”和“衍射”作为同义词混合使用。
但应强调指出，x射线从原子面的反射和可见光的镜面反射不同，前者是有选择地反射，其选择条件为布拉格定律；而一束可见光以任意角度投射到镜面上时都可以产生反射，即反射不受条件限制。
因此，将x射线的晶面反射称为选择反射，反射之所以有选择性，是晶体内若干原子面反射线干涉的结果。
例如的一组晶面间距从大到小的顺序：2.02Å，1.43Å， 1.17Å，1.01 Å，0.90 Å，0.83 Å，0.76 Å……当用波长为λkα=1.94Å 的铁靶照射时，因λkα/2=0.97Å ，只有四个d大于它，故产生衍射的晶面组有四个。如用铜靶进行照射，因λkα/2=0.77Å，故前六个晶面组都能产生衍射。
特征X射线的命名方法
当K电子被打出K 层时，若L层电子来填充K空位，则产生Kα辐射。X射线的能量为电子跃迁前后两能级的能量差，即

原子物理X射线

W.K.伦琴，德（1845-1923）第一张诺贝尔物理学奖奖状（1901）
伦琴无条件地把X射线的发现奉献给人类，没有申请专利。
(a)第一张X光相片—— 伦琴夫人的左手
(b)现代的X光照片
X射线下……
二、X射线的分类
硬X射线 0.01 1 软X射线 10(Å) λ
X射线波长范围及其大致分类硬X射线：波长较短，能量较高，穿透力较强，适用于金属的无损探伤及相关分析。
对于Kα线的莫塞莱经验公式：（两种表示法）
K 0.248 1016 ( Z 1) 2 (Hz ) 1 3 2 1 2 E Rhc ( Z 1 ) ( ) 13 . 6 ( Z ) K 12 2 2 4
屏蔽常数 1
激发电子的屏蔽常数σ与电子所在壳层n有关。
min
据此式，若测出外加高压则可精确地测出h
min
1.24 (nm) V (kV )
(1)
上式最早是在实验工作中，从实验数据的总结得到
的。需要指出的是，解释光电效应的Einstein方程是：
பைடு நூலகம்
1 2 当金属的逸出功很小时，近似的有： h mv 2
这与(1)式在形式上是完全相同的。因此，X射线连续谱可称为光电效应的逆效应。
线的光子能量高，波长就短，所以波长依次变化，不具有周
期性。
三、莫塞莱定律
莫塞莱定律反映的是各元素标识谱的频率与Z的近似关系, 第一次提供了精确测量Z的方法。
1913年，英国物理学家Moseley通过对不同元素(不同Z)的 X射线标识谱加以分析 (共分析了从钴到金的 38种元素 )，发现一个规律：对同一线系的某条谱线来说，不同元素的X射线频率的平方根与原子序数Z成线性关系。

XRF介绍

33
X射线光管: 内部 —— 侧窗和端窗
电压（kV）
阴极
阳极靶
真空管
铍窗
电流 (mA)
准直器
34
X射线光管

阴极通电加热在热电离作用下，阴极发射出电子，受到高电压的作用向阳极高速运动高能电子轰击阳极，产生X射线只有<1%的电子束能量转化为X射线，其余的 > 99%以热的形式散发
35
X射线光管: 外部
X射线以keV表示
管电压以kV表示
从光管中发射出的X射线能量与管电压有关：
e.g. 50 kV 产生的X射线的能量为50 keV
36
X射线对人体的影响和防护

X射线对人体有穿透作用，但不会残留在人体内，Ｘ射线分析室也不会有残余的辐射线存在Ｘ射线对人体的伤害与人体所接受的Ｘ射线辐射剂量有关。国际放射防护委员会（ICRP）建议个人年等效剂量上限为 5mSv（毫西弗）。而天然背景辐射源（如宇宙射线及环境中的砖块岩石）对人类造成的年吸收剂量约 2mSv，约相当照了 100 张胸部Ｘ光片。国际辐射防护委员会（ICRP）建议在整个怀孕过程，母亲腹部表皮的辐射剂量不可超过 2 毫西弗，这些建议都是为了减低婴儿智能障碍、先天异常、与癌症发生的风险。另外对于没有怀孕与还不确定有怀孕的生育年龄的辐射工作相关妇女，美国辐射防护委员与国际辐射防护委员会并不建议需特别的管制。辐射线是影响不孕不育症的环境因素之一，但是低剂量的辐射应不会造成不孕。若一次暴露在100毫西弗时，会变成暂时不孕。2000 毫西弗以上将会成为永久性不孕。辐射线与癌症：当身体接受每一毫西弗的辐射剂量就增加 0.0000165 的致命癌症机会，约为 1/60000 的机会。X射线所造成的致命癌症几率风险是在万分之一至百万分之一之间

重离子治疗系统射线产生的原理

为重离子治疗系统产生电离辐射的原则是基于使用粒子加速器。

这些加速器用于产生高能重离子，如碳离子，然后直接对准患者体内的肿瘤，以提供有针对性的辐射治疗。

过程的第一步是电离将加速的原子。

这一般是通过从原子中剥离电子，产生正电荷离子来实现的。

一旦离子被电离，它们就会被注入粒子加速器，它利用电磁场加速离子的速度非常快。

然后利用精密的靶向系统将加速离子引向患者的肿瘤。

与使用X射线传送辐射的传统辐射疗法不同，重离子疗法提供了几种优点。

碳离子等重离子在靶区有较高的能量沉积，这意味着它们可以在保存周围健康组织的同时向肿瘤输送更多的辐射。

这使得重离子疗法对于治疗位于临界器官附近的深层肿瘤或肿瘤特别有效。

重离子治疗系统的关键组成部分之一是甘特瑞（gantry），这是一种旋转结构，它允许离子束从多个角度对准肿瘤。

这样可以进行精确和定制的治疗，因为束可以进行调整，以适应肿瘤的形状和大小。

除甘油外，重离子治疗系统还包括患者定位系统，确保患者与离子束适当对齐，以进行准确的治疗交付。

这对于尽量扩大治疗效果，同时尽量减少对周围健康组织的剂量至关重要。

重离子疗法有效性的一个重要例子是治疗某些类型的癌症，如前列腺癌。

在"国际辐射肿瘤学，生物学，物理学杂志"发表的一项研究中，研究人员发现重离子疗法比局部前列腺癌患者的传统辐射疗法更能有效降低癌症复发风险。

研究得出结论，重离子疗法可以成为治疗前列腺癌的有希望的选择。

为重离子治疗系统产生电离辐射的原则涉及使用粒子加速器产生高能重离子，然后针对患者体内的肿瘤。

重离子的独特性使得这种形式的辐射治疗对于治疗某些类型的癌症特别有效，正在进行的研究继续探索其改善癌症治疗结果的潜力。

低能重离子辐照GaN损伤的实验研究

低能重离子辐照GaN损伤的实验研究摘要：本文研究了低能重离子（LET）辐照对氮化镓（GaN）材料的损伤效应。

采用电子束退火装置对样品进行了等离子体辐照，探究了不同能量的LET辐照对GaN材料的结构与性能造成的影响。

通过X射线衍射和透射电镜观察，对低能重离子辐照后GaN的晶体结构和缺陷类型进行了分析。

并且通过光致发光和拉曼光谱测量了GaN的光电学性能，探究了GaN的电学性质及其受辐照影响程度。

实验结果表明，LET辐照会导致GaN晶体结构发生变形，生成大量晶体缺陷，同时对其电学性质造成一定影响。

关键词：低能重离子辐照；氮化镓；损伤效应；晶体缺陷；电学性质一、引言氮化镓（GaN）作为一种新型的半导体材料，具有宽带隙、高电子迁移率以及良好的热稳定性和强化学稳定性等优异性能，在光电子学和微电子学领域中得到广泛应用[1]。

然而，在高能粒子辐照条件下，GaN材料的物理和化学性质可能会受到影响，从而影响其性能和应用。

因此，研究GaN的辐照损伤效应显得尤为重要。

目前关于GaN的辐照效应的研究多集中在高能粒子辐照下的效应，而对于低能重离子（LET）辐照下GaN的损伤效应研究较少[2]。

然而，在实际应用中，GaN常常会接受到来自空间、核辐射、医学和加速器等方面的低能LET辐照，因此，对于低能LET辐照下GaN材料损伤效应的研究具有重要的现实意义。

本文通过等离子体辐照对GaN样品进行辐照实验，通过X射线衍射、透射电镜观察、光致发光以及拉曼光谱等手段分析了低能LET辐照对GaN晶体结构和性能的影响。

通过实验结果，探究了LET辐照对GaN晶体结构、晶界缺陷、嵌段缺陷以及其光致发光和拉曼光谱等方面产生的影响。

二、实验材料与方法本文选用的GaN样品为商用半绝导体材料（n型）晶片，样品的导电性为n型，并且具有尺寸为5mm×5mm×0.5mm的规格。

样品表面被抛光，并通过清洗和去离子处理来保证其表面光洁度。

实验采用的等离子体辐照装置为电子束退火装置，采用不同的LET值进行辐照，具体参数如表1所示：表1 不同LET值的辐照实验参数实验条件LET值电流密度（mA/cm2）能量（keV）电离密度（ions/cm2）1 20 6.27×10122 25 2.56×10123 30 8.29×1011辐照结束后，采用X射线衍射、透射电镜观察、拉曼光谱及光致发光等手段对样品进行表征分析。

第1章x射线的产生

I = nhν 正因为如此，连续X射线谱中强度最大值并不在光子能量最大的λ0处，而是在大约1.5λ0的地方。

实验证明 I连 i Z U2
连续谱强度

阳极原子数Z成正比与靶电流i成正比

与电压U极靶原子序数和管电压的增加而增大。

管电压

L→K跃迁: M→K跃迁: N→K跃迁:
Kα Kβ Kγ
同理, M→L 跃迁: N→L 跃迁: N→M 跃迁:
Lα Lβ Mα
特征X射线谱产生条件
产生某系激发要阴极电子的能量eU
至少等于击出一个某层电子所作的功（将某层电子变成自由电子所需要的能量）。
临界激发电压：电子具足够能量把靶原子某一能级上的
对X射线波动性最完美的研究是德国物理学家劳厄（Laue）

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。
X射线波粒二象性。

后来的科学证明，与可见光一样，X射线具有波粒二象性。 X射线的本质是一种电磁波。它既具波动性，又具有粒子性。在X射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反映在在传播过程中发生干涉、衍射作用。而在与物质相互作用，进行能量交换时，则表现出它的粒子性，这种微粒子通常称为光子。
电子要经历多次碰撞，每次碰撞都转换成波长不相同的辐射(光子能量不同），于是产生了一个连续的X射线谱
。
短波限

连续X射线谱在短波方向有一个波长限，称为短波限λ0

它是由电子一次碰撞就将全部能量转换成所产生
的X射线（数目庞大的电子群中总会有这样的电
子）

X射线的产生及其物理作用

小结（连续X射线谱）：
a、同一阳极靶，管电压U不变，提高管电流I，各波长射线的强度I 提高，但λ0和λm不变；
b、提高管电压（i、Z不变），各波长射线的I增大，但短波限λ0 和强度最大时对应的λm减小；
c、U与i相同时，原子序数Z越高，连续谱的I越大，但λ0和λm不变。
二、X射线的产生及 X射线谱
核的平离核的平平均距离，n相
大能级越高
均距离
均距离，
同的电子分布
n越大距离越远
在同一亚层
l 电子轨原子轨
道运动道形状
角动量大小
电子亚层（电子支壳层），同一电子层对应于 l 的n个取值分为 n
个亚层
亚能级，同一主能级对应l取值分为n 个亚能级j越大，
亚能级越高
m 轨道角动原子轨道电子亚层含有不
5）V临界（即VK）；下表给出常用x射线管的适宜工作电压及特征谱波长等数据。
6）标识谱的强度(I特)随管电压(V)和管电流〔i〕的提高而增大
其关系的实验公式为：
I特＝Ki（V工作－Vn）m
K—常数 m—常数，K系m＝1.5，L系m＝2
Vn——标识谱的激发电压，对K系，Vn＝VK
二、X射线的产生及 X射线谱
电子运动状态电子运动状态量子数原子轨道电子壳层电子能级n电子离核的平均距离原子轨道离核的平均距离n越大距离越远电子层离核的平均距离n相同的电子分布在同一亚层电子主能级n越大能级越高l电子轨道运动角动量大小原子轨道形状电子亚层电子支壳层同一电子层对应于l的n个取值分为n个亚层电子亚层含有不同伸展方向的轨道数亚能级同一主能级对应l取值分为n个亚能级j越大亚能级越高m轨道角动量在外磁场方向分量的大小原子轨道在空间的伸展方向亚能级的分裂当有外磁场存在时同一亚能级对应于m的取值分裂为2l1个间隔更小的能级表1

[整理]X射线产生的机制

X射线产生的机制摘要:X射线产生于高速运动的电子轰击靶原子。

它的波长和强度的关系反映X射线具有连续谱和特征谱，连续谱来源于带电粒子轰击靶原子时速度的连续变化；而特征谱来源于电子内壳层的跃迁。

电子内层跃迁时，产生了一系列的K、L、M……线系，在K（L、M…）线系中，又以初态的不同而再分为Kα、Kβ，…（Lα、Lβ，…Mα﹑Mβ，…）。

这些X射线的标识谱可由原子内层能级给以解释。

关键词]X射线、连续谱、特征谱、产生机制。

0 引言X射线是一种波长较短的电磁波，是伦琴在1895年发现的。

它的发现，不仅开始了物理学的新时期，而且使人类的生活受到了巨大影响。

由于X射线具有极强的穿透性，医疗上用于透视和照相。

另外，X射线具有光的一切特性，如反射、折射、干涉、衍射等性质，还具有独特的光谱结构。

X射线的这些特性，决定了它在光学、化学、生物学等一系列重大研究中有着广泛应用。

既然X射线的地位如此重要，那么X射线是如何产生的？本文就X 射线产生的机制问题进行探讨。

1 X射线的产生背景1895年11月8日，伦琴在暗室里做阴极射线管中气体放电的实验，为了避免紫外线与可见光的影响，特用黑色纸板把阴极射线管包了起来。

但伦琴意外发现，在一段距离之外的荧光屏上竟会发生微弱的荧光。

经反复实验，他肯定激发这种荧光的东西来自阴极射线管，但决不是阴极射线本身。

他推断，当阴极射线撞击阳极或管壁时，会形成一种人眼看不见的射线，而且这种射线具有极强的穿透力，能透过一般光线透不过的物质。

伦琴认识到这种“射线”是人们还未曾认识的一种新的射线。

因此，他把这种神秘的射线命名为X射线。

伦琴的发现，很快引起全世界物理学家的关注，在该射线发现的三个月后，维也纳的医院在外科治疗中首次应用X射线来拍片。

X射线的发现，对于现代物理研究及医疗上的应用都具有重要作用。

鉴于伦琴的杰出贡献他于1901年荣获第一个诺贝尔物理奖。

2 X射线的产生及测量下图是一种常用的产生X射线的X射线管示意图：加热阴极K，产生电子，在外加电场作用下高速飞向阳极A，电子打在阳极上产生X射线。

x射线产生的基本条件

x射线产生的基本条件
X射线产生的基本条件有以下几点：
1.电子源：能够产生电子的电子源是产生X射线的基本条件之一。

电子源可以是阴极射线管，也可以是电子束发生器等设备。

2.高压电场：加速电子运动的高压电场也是必需的。

在电场的作用下，电子获得足够的能量，以足够的速度撞击靶原子，从而产生X射线。

3.靶：阻止电子运动的靶是另一个必要条件。

当高速电子撞击到靶原子时，会激发靶原子内层的电子，从而产生X射线。

4.真空环境：X射线是在高度真空的空间中产生的，因此需要保持管内的真空度，以防止气体分子对电子和X射线的阻挡。

综上所述，X射线产生的基本条件包括电子源、高压电场、靶和真空环境。

这些条件需要在X射线管中得到满足，才能产生高质量的X射线。

放射培训单选

放射培训考试题（1-150）1、（1895）年，威廉.康拉德.伦琴发现了X射线2、1895年，（威廉.康拉德.伦琴）发现了X射线3、1896年，（亨利.贝克勒尔）发现天然放射性现象4、1898年，（玛丽.思克多夫斯卡.居里）第一个提出了放射性术语5、（居里夫妇）于1902年分离出高纯度的金属镭6、X射线最早应用在（医学应用）7、辐射是以（波或粒子）的形式向周围空间传播能量的统称8、按照辐射作用于物质时所产生的效应不同，分为（电离辐射）与（非电离辐射）两类9、电离辐射各类很多，包括（带电粒子）和（不带电粒子）10、电离辐射和非电离辐射的主要区别是射线（粒子或波）携带的（能量和电离能力）14、原子是由（原子核和核外电子）组成的15、原子核是由（中子和质子）组成的16、核外电子围绕原子核不停地运动，称为（轨道运动），因此，核外电子也称为轨道电子17、每个壳层里最多可以容纳的电子数为（2n2）个电子（其中n为壳层数）18、M层最多容纳（18）个电子19、轨道电子有规律地分布在不同的壳层里，自里向外分别称为（KLMN）….等壳层20、电子云没有固定的边界，大约为（10-10）m数量级。

21、原子核的大小取决于（核内核子）的数量22、原子核半径大约为（R=r0A1/3x10(-15)）m，其中r0是个常数，其数值大约在1.4到1.5之间，A是原子核的质量数23、为了量度原子的质量，将一个12C原子质量的（十二分之一）定义为一个原子质量单位（amu或u）24、用原子质量单位做单位来度量质子、中子和电子的质量分别为（1amu、1amu和0.000549amu）25、原子的质量等于原子核和核外电子质量的（总和）26、核内的每个质子带（正电荷）27、核外每个电子带（负电荷）28、中子（不带电）29、核外每个电子带（负电荷），核内的每个质子带（正电荷），中子（不带电），所以整个原子呈现中性。

30、1电子电荷是（1.602*10-19）C31、核子结合在一起构成原子核时所释放的能量称为结合能，用（E=MC2）表示，质量亏损（越大），结合能（越大）。

重离子治疗的原理

重离子治疗的原理重离子治疗是一种用于癌症治疗的先进技术，它的原理是利用重离子束的特殊性质来精确杀死肿瘤细胞，同时最大限度地保护周围正常组织。

重离子指的是带有正电荷的离子，其相对质量比轻离子更大。

重离子束由高能加速器加速离子而成，然后通过束流输送到肿瘤部位。

与传统的放疗相比，重离子治疗的束流具有高能量和高密度的特点，因此能够将较大的剂量传递到肿瘤细胞内部，从而实现更有效的治疗效果。

重离子束具有一种被称为布拉格峰的特殊性质。

布拉格峰是指重离子束在穿过物质时的能量沉积曲线。

与传统放疗不同，重离子束在穿过组织时，能量沉积呈现出一个明确的峰值，这意味着它能够将较高的辐射剂量集中在肿瘤深处，而对周围正常组织的损伤较小。

这种特性使得重离子治疗在治疗深部肿瘤时具有明显的优势。

重离子束的束流形状也是重要的治疗因素之一。

重离子束可以通过调整加速器的磁场来控制束流的形状和大小。

这意味着医生可以根据肿瘤的形状和位置来调整束流的投射方向和强度，从而实现对肿瘤的精确照射。

相比之下，传统放疗的束流形状较为固定，很难精确照射到肿瘤。

除了以上的优势，重离子治疗还具有较低的副作用和更高的治疗成功率。

由于重离子束的特殊性质，治疗期间对周围正常组织的损伤较小，因此患者在治疗过程中的副作用更少。

同时，重离子束能够更好地杀死肿瘤细胞，减少肿瘤的复发和转移的风险，提高治疗的成功率。

重离子治疗作为一种先进的癌症治疗技术，已经在世界范围内得到广泛应用。

它通过利用重离子束的特殊性质，精确杀死肿瘤细胞，最大限度地保护周围正常组织，为患者提供了更有效、更安全的治疗选择。

随着技术的不断发展，重离子治疗有望在未来成为癌症治疗的主流方法之一，为更多患者带来希望与健康。

X射线衍射基本原理

非相干散射示意图
(3) 荧光辐射
当X射线光量子具有足够高的能量时，可以将被照射物质原子中的内层电子激发出来，使原子处于激发状态，通过原子中壳层上的电子跃迁辐射出X射线特征谱线。这种利用X射线激发作用而产生的新特征谱线称为二次特征辐射也称为荧光辐射。
入射X射线光量子的能量加必须等于或大于特此原子某一壳层的电子激发出所需要的脱出功。即：
2dsin =n
上式是X射线在晶体中产生衍射必须满足的基本条件，它反映了衍射线方向与晶体结构之间的关系。这个关系式首先由英国物理学家布拉格父子于1912 年导出，故称为布拉格方程。
布拉格反射
(二) 布拉格方程的讨论
(1) 选择性反射
X射线在晶体中的衔射实质上是晶体中各原子散射波之间的干涉结果。只是由于衍射线的方向恰好相当于原子面对入射线的反射，所以才借用镜面反射规律来描述X射线的衍射几何。但原子面对X射线的反射
电子的数值，而被吸收并引起
二次特征辐射。
铂的质量系数系数与波长的关系
当X射线透过多种元素组成的物质时，X射线的衰
减情况受到组成该物质的所有元素的共同影响，由被
照射物质原子本身的性质决定，而与这些原子间的结
合方式无关。多种元素组成物质的质量吸收系数由下
式表示：
N
m (m)i wi
i1
并不是任意的，只有当、和d 三者之间满足布位格
方程时才能发生反射。所以把X射线的这种反射称为选择反射。
(2) 产生衍射的极限条件
在晶体中产生衍射的波长是有限度的。在电磁波的宽阔波长范围里，只有在X射线波长范围内的电磁波才适合探测晶体结构。这个结论可以从布拉格方程中得出。
由于sin不能大于1，因此， n/2d=sin＜1，即n

重离子放射治疗原理

重离子放射治疗原理重离子放射治疗是一种高精度的放射治疗方法，通过利用高能重离子束对肿瘤组织进行精确定位和破坏，达到治疗肿瘤的目的。

其原理主要包括：重离子的物理特性、剂量分布特点以及生物学效应。

一、重离子的物理特性重离子是指带正电荷的高速离子，如质子和碳离子。

与传统的X射线相比，重离子具有以下几个重要的物理特性。

1.1 电荷效应重离子带正电荷，与周围物质相互作用时会发生库仑力作用，使其路径发生弯曲。

这种电荷效应使得重离子束在进入人体后能够准确定位到肿瘤组织，避免对健康组织的伤害。

1.2 能量沉积特性重离子的能量沉积特性是其治疗效果的关键之一。

重离子束的沉积能量随着入射深度的增加而增加，达到最大值后突然下降。

这种特性使得重离子能够在肿瘤组织内高度集中地释放能量，最大限度地破坏肿瘤细胞。

1.3 等离子激发效应当重离子与物质相互作用时，会发生等离子激发效应，产生大量次级粒子。

这些次级粒子的产生扩大了重离子束的剂量分布范围，并且在肿瘤组织内形成高剂量区域，增强了治疗效果。

二、剂量分布特点重离子放射治疗的剂量分布特点是其治疗效果的又一重要因素。

2.1 前方峰重离子束在进入人体后，会在前方形成一个峰值剂量区域。

这是因为重离子在进入人体后，会与周围物质发生库仑力作用，路径弯曲，导致能量沉积增加，形成高剂量区域。

2.2 建模区重离子束通过人体后，会在建模区形成一个较低剂量区域。

这是由于重离子束通过人体后，能量已经消耗较多，剂量分布较为均匀。

2.3 后方尾重离子束通过人体后，会在后方形成一个尾部剂量区域。

这是因为重离子束通过人体后，剩余的能量会在后方逐渐散射，形成一个较低剂量区域。

三、生物学效应重离子放射治疗的生物学效应是其治疗效果的最终体现。

3.1 直接杀伤作用重离子束通过肿瘤组织时，会直接杀伤肿瘤细胞。

重离子的高能量和高剂量使其能够直接破坏肿瘤细胞的DNA，导致细胞死亡。

3.2 间接杀伤作用重离子束与肿瘤组织相互作用时，会激发产生大量次级粒子，如自由基和高能中子。