x射线的穿透深度
x射线的检测原理
x射线的检测原理X射线是一种高能电磁辐射，可以穿透物质，并在物质内部产生影像。
X射线的检测原理是基于其特性和相互作用原理。
本文将介绍X射线的生成、穿透、吸收以及检测原理的应用。
一、X射线生成X射线的生成主要有两种方法：碰撞法和特征辐射法。
碰撞法通过高速电子的撞击产生X射线，而特征辐射法则是通过激发原子内层电子跃迁来产生X射线。
二、X射线的穿透能力X射线的穿透能力与其能量有关。
能量越高，穿透能力越强。
因此，X射线在被检测物体中的穿透深度和密度都会受到影响。
三、X射线的吸收效应当X射线穿过物质时，会与物质内的原子相互作用。
该相互作用会导致X射线的吸收，而吸收的程度取决于物质的密度和厚度。
在检测过程中，吸收的差异会产生不同的影像。
四、X射线检测原理的应用1. 医学影像学在医学影像学中，X射线可以用于检测骨骼和柔软组织的异常，如骨折、肿瘤等。
通过将患者暴露在X射线源前，并使用感光体或数码传感器来记录X射线的透射情况，医生可以获得患者内部的影像。
2. 工业无损检测X射线检测在工业领域中广泛应用于材料的无损检测。
它可以发现金属材料中的裂纹、疏松、夹杂等缺陷。
通过将被检测的物体置于X射线辐射源和探测器之间，通过记录射线的透射和吸收情况，可以获得物体内部的缺陷影像。
3. 安全检查X射线检测也被广泛应用于安全领域，如机场安检和包裹检查。
通过将被检查物体置于X射线装置中，操作员可以观察到物体内部的结构，以便发现可疑物品，如禁止品、危险品等。
4. 科学研究X射线还被用于科学研究中的材料分析和结构探测。
通过测量X射线的散射和吸收情况，可以分析物质的晶体结构、化学成分和应力状态等信息。
五、X射线检测技术的发展趋势随着科学技术的不断发展，X射线检测技术也在不断创新和改进。
例如，数字X射线成像系统的应用使得影像的质量和分辨率大幅提高。
此外，X射线检测的自动化和无人化也成为未来的发展方向。
六、总结X射线的检测原理基于其生成、穿透和吸收效应。
XRD和能谱测试深度
XRD和能谱测试深度XRD射线能穿透的深度一般是10到几十微米，如果你的膜比较薄，那么容易将基地的衍射峰带进来，这样给分析容易带来影响，XRD 还可以测量膜的厚度；粉末的XRD主要就是物相的定性分析和定量分析，还有晶粒大小等。
能谱仪(EDS,Energy Dispersive Spectrometer)，是用来对材料微区成分元素种类与含量分析，配合扫描电子显微镜与透射电子显微镜的使用。
EDS的分析结果里面会有原子比（atomic%）和元素比（也就是质量比，weight%）的数据，这里要提醒大家注意一点，因为EDS分析并没有那么精确，所以尽管分析报告的结果会有两位小数，但只取一位小数就够了。
X射线光电子能谱(XPS )是一种表面分析方法，提供的是样品表面的元素含量与形态，而不是样品整体的成分。
其信息深度约为3-5nm。
原则上可以测定元素周期表上除氢、氦以外的所有元素。
其主要功能及应用有三方面:第一，可提供物质表面几个原子层的元素定性、定量信息和化学状态信息；第二，可对非均相覆盖层进行深度分布分析，了解元素随深度分布的情况；第三，可对元素及其化学态进行成像，给出不同化学态的不同元素在表面的分布图像等。
XRD （X射线物相定性分析）：用X射线衍射数据对样品中存在的物相（而不是化学成分中的元素构成）进行鉴别。
测定结晶情况，晶相，晶体结构及成键状态等等；可以确定各种晶态组分的结构和含量。
任何结晶物质都有其特定的晶体结构参数，当X射线通过晶体时，产生特定的衍射图形，即衍射谱线，不同物质混在一起时，它们各自的衍射数据将同时出现，互不干扰地叠加在一起。
因此，可根据各自的衍射数据来鉴定各种不同的物相。
XRD物相定性分析是将样品的衍射数据与已知物相的衍射数据或图谱进行对比，一旦二者相符，则表明待测物相与已知物相是同一物相。
灵敏度较低，一般只能测定样品中含量在1%以上的物相，同时，定量测定的准确度也不高，一般在1%的数量级。
仪器分析XRF
伦琴 —— X射线
• 1895年9月8日，伦琴正在做阴极射线实验。当他接通阴极射线管的电路 时，他惊奇地发现在附近一条长凳上的一个荧光屏（镀有一种荧光物质 氰亚铂酸钡）上开始发光，恰好象受一盏灯的感应激发出来似的。他断 开阴极射线管的电流，荧光屏即停止发光。由于阴极射线管完全被覆盖 ，伦琴很快就认识到当电流接通时，一定有某种不可见的辐射线自阴极 发出。由于这种辐射线的神密性质，他称之为“X射线”
INFRARED
UV
GAMMA
VISIBLE
X-RAYS
The Electromagnetic Spectrum
24
X射线性质
对大多数材料来说是无损的 (除了DNA)
对大数材料来说可以穿透1-50微米 穿透深度取决于X射线的能量 穿透深度取决于材料的性质 对样品的表面处理很敏感 每一个元素发射的X射线能量都是唯一的
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X射线荧光
IONIZATION
EMISSION 高能量的X射线光子照射到内层电 子… 使得该电子摆脱原子核的束缚，逃出 原子并处于“激发”态 外层电子填充了该电离电子的空穴， 并…将多余的能量以X射线光子形 式释放出来
23
X射线是…
Electromagnetic Radiation
RADIO MICROWAVE
11
普朗克 —— 量子理论
• 1918年诺贝尔物理学奖的获得者 • 普朗克的伟大成就，就是创立了量子理论 • 普朗克公式：
E ( KeV ) h
hc
12.4
( A)
1.24
(nm )
12
X射线荧光: 两种方式-EDXRF和WDXRF
X射线 穿透
X射线穿透(2011-10-07 15:28:12)转载标签：教育X射线的特征是波长非常短，频率很高，其波长约为（20～0.06）×10-8厘米（2——0.006nm）之间。
X射线波长略大于0.5纳米的被称作软X射线。
波长短于0.1纳米的叫做硬X射线。
硬X射线与波长长的（低能量）伽马射线范围重叠，二者的区别在于辐射源，而不是波长：X射线光子产生于高能电子加速，伽马射线则来源于原子核衰变。
X射线谱波长大致介于700～0.1埃范围内的电磁辐射。
在X光管中阴极发射出的电子经高电压加速轰击阳极靶产生的X射线谱有两种。
一种是连续谱，与靶材料无关，是高速电子受到靶的抑制作用，速度骤减，电子动能转化为辐射能，这种过程称为轫致辐射，电子进入靶内的深度不同，电子动能转化为辐射能有各种可能值，因而X 射线的波长是连续变化的，其中最短的波长满足hc／λ0=eV，测定了最短波长λ0和加速电压V可确定h ，是早年测定普朗克常量h的一种方法。
一般最短波长和最长波长相差1.3倍。
例如：计算430kv电压下的最短波长λ0=hc／ev=6.6260693(11)×10^-34 *3×10^8/（1.6*10^-19 *430000）=2.89×10^-12m即0.00289nm另一种是X射线线状标识谱，与加速电压无关，而与靶材料有关。
不同靶元素的X射线标识谱具有相似的结构，随着靶原子的原子序数Z的增加，只是单调变化，而不是周期性变化。
标识谱的这一特征表明它是原子内层电子跃迁所产生的。
当高速电子轰击靶原子，将原子内层电子电离，内层产生一个电子的空位，外层电子跃迁到内层空位所发出的电磁辐射谱线就是标识谱。
周向辐射制冷携带式X射线机 XXH-3506，XXHZ-3506适合用于较厚的铁板及大管径焊缝检测，可一次曝光完成一周焊缝检测.型号输出电压(kv)输入(kw)焦点尺寸(mm)辐射角度最大穿透（A3mm）透照时间（s）XXH-3506 180～350 3.4 1.0×5.025+5°55mm 5 XXH-3506 180～350 3.4 1.0×5.025+5°65mm 10 XXHZ-3506 180～350 3.4 1.0×5.030+5°50mm 5 XXHZ-3506 180～350 3.4 1.0×5.030+5°60mm 10定向辐射制冷携带式X射线机XXQ-3506适合较厚的铁板、铝、橡胶等材质检测，可以获得满意的成像质量和清晰度.型号输出电压输入（kw）焦点尺寸（mm）辐射角最大穿透透照时间(kv) 度(A3mm）（s）XXQ-3506 180～350 3.4 2.8×3.040+5°60mm 5分钟XXQ-3506 180～350 3.4 2.8×3.040+5°70mm 10分钟射线高级计算题1.将两块薄板并列在一起进行射线透照，设其中一块薄板材料质为A，厚度为TA，另一块材质为B，厚度为TB，若A、B的底片黑度分别为DA和DB,试证：DA-DB=0.3GAB(TB/HB-TA/HA) (HA,HB--A,B的半价层，GAB--胶片在DA和DB 之间的平均梯度,又假定是单一波长Χ射线,且为薄板，散射线影响可忽略不计) 证:设无吸收体时的X射线强度为I0,透过厚度TA,TB后的X射线强度分别为IA,IB,则:IA=I02(-TA/HA)--(1), IB=I02(-TB/HB)--(2),(1)÷(2)得:IA/IB=2[(TB/HB)-(TA/HA)]lgIA-lgIB=[(TB/HB)-(TA/HA)](lg2)=0.3[(TB/HB)-(TA/HA)]--(3),∵G AB= (DA-DB)/(lgIA-lgIB)∴DA-DB=GAB(lgIA-lgIB),代入(3)得:DA-DB=0.3GAB(TB/HB-TA/HA)2.已知γ光子的波长λ为0.35A，求此波长下γ光子的能量为多少电子伏？解：∵E=hν=hc/λ=12.395/λ ∴E=12.395/λ=12.395/0.35=35414.3ev3.当阳极靶采用钨（Z=74）,管电压为350KV，管电流10mA，求X射线的转换效率是多少？（η=1×10-9）解：∴η=ηzv=1×10-9×74×350000=0.0259=2.59% ∴X射线的转换效率为2.59%4.当X射线的最短波长是0.5A，试求最大波长？解：λmax=1.3λmin=1.3×0.5=0.65A5.在某管电压下产生的X射线穿过某物质其半值层为o.5cm，则它的十分之一值层是多少？解：半值层0.5cm时，μ=(ln2)/0.5=1.39cm-1，十分之一值层时ln10=1.39X，X=(ln10)/1.39=1.65cm6.透过厚铝板的X射线窄射束的照射剂量率是400x10-7C/Kg，再透过20mm 厚的铝板时，剂量率变为200x10-7C/Kg，那么再透过10mm厚的铝板时，剂量率为多少？解：I1=I0e-μx1，200*10-7=400*10-7*e-2μ，μ=（ln2）/2，再按I2=I0e-μx2，这里x2=20+10=30mm=3cm，代入各参数即可求得I2=141x10-7C/Kg7.10个月前购进192Ir源，当时的射源强度为148x1010Bq，现在的强度为多少？（按每月30天计算）解：192Ir源的半衰期为75天，则λ=0.693/T1/2=0.693/75，根据G=G0e-λt,t=10x30(天)，代入得G≈9.25x1010Bq8.已知透过观片灯窗口的光照度为50000lx，若透过底片的光强不少于50lx，则该观片灯能观察底片的最大黑度值为多少？解：设L0=50000lx，L=50lx，则Dmax=lg(L0/L)=lg(50000/50)=39.200kV时，铜相对钢的等效系数为1.4，对15mm铜板照相，需采用多厚钢的曝光量？答案：20mm10.以X光机（有效焦点尺寸3mm）检测厚度10mm的钢板，若要求几何模糊度Ug为0.5，则射源至底片的距离至少应为多少？答案：70mm11.以相同的条件透照同一工件，若焦距缩短20%，则灵敏度稍有降低，而曝光时间可减少多少？答案：36%12.用半衰期为75天的192Ir源在某时间对某工件透照时的最佳曝光时间为40分钟；5个月后，用该源对同一工件透照，为得到同样黑度的射线底片，曝光时间应为多少？答案：2小时40分钟13.用铅箔增感，焦距1200mm，曝光时间8分钟，得黑度1.5，现焦距改为600mm,为使黑度不变，曝光时间应为多少？答案：2分钟14.已知入射光强200cd/m2，则底片黑度为2.3的区域透过的光强为多少？答案：1cd/m215.用60Co源透照某一零件，曝光时间为10分钟，焦距为600毫米，若将焦距变为300毫米，为得到同样黑度的底片，其曝光时间应为多少？答案：2.5分钟16.220千伏时,钢和铜的射线透照等效系数分别为1.0和1.4,此时对20毫米厚的铜板进行射线透照时,需采用钢曝光参数的厚度为多少？答案：28毫米17.强度为30居里的铱192射源，应用多厚的铅板使其照射率降为0.2R/h 以下？（注：192Ir的r.h.m/Ci为0.55，对铅的半值层为0.12cm）答案：8mm18.铱192的强度为80Ci，射线照相时射源至底片距离50cm，底片黑度2.0，现射源衰退至20Ci，要以同样的照相时间的到同样的结果，则射源至底片的距离应为多少？答案：25cm19.铱192射源强度为50Ci,欲照射2英寸厚度的钢板时曝光系数为0.95,如射源至底片距离25英寸,则曝光时间应为多少？答案：11.9分钟20.192Ir对铅的半值层厚度为0.12cm，若射线剂量需由40mR/h降低为2.5mR/h，则需要的铅屏蔽厚度是多少？答案：0.48cm21.铅对铱192的半值层为1.2mm，铱192的r.h.m/Ci为0.55，假设现有一个50居里的铱192源，距射源10米时，要使剂量率降至10mR/h，需要多厚的铅板屏蔽？答案：5.7mm22.某γ放射源的衰变常数λ=0.021/年，则其半衰期为多少？答案：33年23.管电压为2000KV的X射线管发出的X射线最短波长是多少？答案：λmin=1.24/2000=0.00062mm24.观片灯的入射光强度为500 lx时，观察黑度为0.7的X射线底片，则透过底片的光强度为多少？答案：100 lx25.192Ir的γ射线通过水泥墙后，照射率衰减到200mR/h，为使照射率衰减到10mR/h以下，至少还应复盖多厚的铅板？（HPb=0.5mm）答案：21.5mm 26.采用4.5x4.5mm方形有效焦点的X光机透照厚度100mm的工件，当焦距为1000mm时，其“几何模糊度”是多少？0.5mm27.距离射线源1米处的吸收当量剂量率为472.5毫雷姆/小时，设射线人员在不超过2.1毫雷姆/小时的情况下，应距射线源多远？答案：15m28.用60Coγ射线源，焦距900mm进行透照，曝光时间为12分钟时可获得黑度满意的射线照相底片，如将焦距变为800mm，要得到同样黑度的底片，则曝光时间应为多少？答案：9.5分钟29.用某种胶片透照工件，当管电流和曝光时间的乘积为10mA·min时，底片黑度为1.0，如果其他条件不变，要将黑度提高到2.5，求所需曝光量为多少？（由胶片特性曲线查得黑度为2.5和1.0时所对应的曝光量对数差为1）解：已知E1=10mA·min，D1=1.0，D2=2.5，lgE2-lgE1=1，求E2=？lgE2-lgE1=lg(E2/E1)=1，E2=10E1=10x10=100mA·min30.设有一辐射单一波长γ射线的同位素源，某时在离射源200cm处测得其照射率，14天后同一时刻在离射源192cm处测出其照射率与前同，问此射源半衰期为多少天？解：设此同位素原来的原子核数为N0，14天后同一时刻的原子核数为N，则由衰减律公式 N=N0e-14λ--(1),式中：λ--衰变常数,又设I1和I2分别为距N0 200cm处和距N 200cm处的放射强度，设I3为距N 192cm处的放射强度，则按题意有I1=I3--(2)I2/I3=(192/200)2 --(3) I2/I1= N/N0--(4),由(1)～(4)式得:e-14λ= N/N0 =I2/I1=I2/I3=(192/200)2 e-7λ=0.96 (-7λ)=ln0.96λ=0.00583∴T1/2=0.693/λ=0.693/0.00583≈119d31.对管电压和管电流都保持不变的某一个曝光量，当焦距从1200mm改为900mm时，曝光时间必须从原来的8分钟变为多少分钟？答：4.5分钟32.某台X光机的阳极靶为钨（原子序数Z=74），测得其最短波长为0.045，求在极限波长下的管电压为多少？X射线的转换效率是多少？（计算精确到小数点后两位）解：比例系数α=1.2*10-6/千伏，由λ=12.4/V(千伏)得到V=12.4/λ=12.4/0.045=276(KV) 由η=VZα=276(千伏)*74*(1.2*10-6/千伏)=0.0245=2.45%33.今摄得黑度分别为2.1和2.9的两张底片，按同一条件进行观察，观片时若透过光以外的环境光强与透过黑度为2.9的底片后的光强相同，则同一直径的象质计金属丝在黑度2.9的底片上可见对比度是黑度2.1的底片上可见对比度的几倍？（设黑度在1.2～3.5范围内，△D与D成正比。
硬x射线吸收谱和x射线近边吸收光谱的区别
硬x射线吸收谱和x射线近边吸收光谱的区别硬X射线吸收谱硬X射线吸收谱是一种常用的X射线谱学技术，用于研究材料对硬X射线的吸收特性。
在硬X射线吸收谱中，样品被照射以高能量的硬X射线，通过测量材料对X射线的吸收情况，可以得到材料的吸收边界和相关参数。
硬X射线吸收谱的实验装置通常包括X射线光源、样品台、探测器等部件。
X射线光源会产生高能量的硬X射线，这些X射线会经过样品，被样品吸收或散射。
探测器会测量通过样品的X射线强度，根据强度的变化可以得到吸收谱的特征。
硬X射线吸收谱的特点包括：1. 高能量：硬X射线吸收谱通常使用几keV到几百keV能量范围的X射线。
2. 大深度：硬X射线可以穿透很厚的样品，因此可以测量材料的深层结构和吸收特性。
3. 大质量吸收中心：硬X射线的吸收边界通常对应于材料的内层电子吸收。
硬X射线吸收谱在材料科学、物理学、生物医学等领域有广泛的应用。
例如，它可以用于研究材料的晶体结构、电子能级和离子价态等特性。
同时，硬X射线吸收谱还可以用于材料的质量控制和检测，以及新材料的开发和研究。
X射线近边吸收光谱X射线近边吸收光谱是一种研究材料对X射线的吸收和光谱特性的方法。
在X射线近边吸收光谱中，X射线被用于照射样品，通过测量材料对X射线的吸收和散射情况，可以研究材料的电子结构和化学成分。
X射线近边吸收光谱的实验装置一般包括X射线光源、样品台、探测器等部件。
X射线光源会产生一定能量范围内的X射线，这些X射线穿过样品，被样品吸收或散射。
探测器会测量通过样品的X射线强度和能量分布，根据这些数据可以得到X射线近边吸收光谱的特征。
X射线近边吸收光谱的特点包括：1. 低能量：X射线近边吸收光谱一般使用几百eV到几keV能量范围的X射线。
2. 小深度：X射线近边吸收光谱主要研究材料的表面和表层结构，因此对材料的表面化学成分和电子结构有较高的灵敏度。
3. 小质量吸收中心：X射线近边吸收光谱的吸收边界通常对应于材料的价电子吸收。
x射线原理
x射线原理X射线原理。
X射线是一种高能电磁辐射，具有很强的穿透能力和较高的能量。
X射线的产生主要是通过X射线管产生，X射线管是由阴极和阳极组成的真空玻璃管。
当阴极加热后，释放出电子，这些电子被加速到阳极，当电子撞击到阳极时，产生了X 射线。
X射线具有很强的穿透能力，可以穿透人体组织，被用于医学影像学、工业无损检测等领域。
X射线的穿透能力是由其波长决定的，波长越短，穿透能力越强。
X射线的波长范围在0.01纳米至10纳米之间，因此X射线可以穿透大部分物质，但对于密度大、原子序数高的物质，如铅和钨等金属，X射线的穿透能力会减弱。
X射线在医学影像学中有着广泛的应用。
医生可以利用X射线对人体进行成像，通过X射线影像来诊断疾病。
X射线可以显示出人体内部的骨骼结构，对于骨折、骨质疏松等疾病有很好的诊断效果。
此外，X射线还可以用于检测肿瘤、肺部疾病等。
在工业领域，X射线也有着重要的应用价值。
工业上常用X射线进行无损检测，通过X射线对工件进行检测，可以发现工件内部的缺陷、裂纹、气孔等问题，保证产品质量。
X射线无损检测可以应用于金属材料、焊接接头、铸件等领域。
X射线的应用还延伸到了安全领域。
在机场安检中，安检人员会利用X射线扫描仪对行李进行检测，以确保航空安全。
X射线扫描仪可以显示出行李内部的物品，对于携带违禁品、危险品的行李进行识别。
尽管X射线在医学、工业、安全等领域有着广泛的应用，但是X射线也存在一定的危害性。
长期接触X射线会对人体造成伤害，可能引起白血病、皮肤癌等疾病。
因此，在使用X射线时，必须严格控制剂量，保护好操作人员和周围环境的安全。
总之，X射线作为一种高能电磁辐射，具有很强的穿透能力和广泛的应用价值。
在医学、工业、安全等领域都有着重要的作用。
但是在使用X射线时，必须严格控制剂量，保护好操作人员和周围环境的安全，以充分发挥其应用价值。
X射线 穿透
X射线穿透(2011-10-07 15:28:12)转载标签：教育X射线的特征是波长非常短，频率很高，其波长约为（20～0.06）×10-8厘米（2——0.006nm）之间。
X射线波长略大于0.5纳米的被称作软X射线。
波长短于0.1纳米的叫做硬X射线。
硬X射线与波长长的（低能量）伽马射线范围重叠，二者的区别在于辐射源，而不是波长：X射线光子产生于高能电子加速，伽马射线则来源于原子核衰变。
X射线谱波长大致介于700～0.1埃范围内的电磁辐射。
在X光管中阴极发射出的电子经高电压加速轰击阳极靶产生的X射线谱有两种。
一种是连续谱，与靶材料无关，是高速电子受到靶的抑制作用，速度骤减，电子动能转化为辐射能，这种过程称为轫致辐射，电子进入靶内的深度不同，电子动能转化为辐射能有各种可能值，因而X 射线的波长是连续变化的，其中最短的波长满足hc／λ0=eV，测定了最短波长λ0和加速电压V可确定h ，是早年测定普朗克常量h的一种方法。
一般最短波长和最长波长相差1.3倍。
例如：计算430kv电压下的最短波长λ0=hc／ev=6.6260693(11)×10^-34 *3×10^8/（1.6*10^-19 *430000）=2.89×10^-12m即0.00289nm另一种是X射线线状标识谱，与加速电压无关，而与靶材料有关。
不同靶元素的X射线标识谱具有相似的结构，随着靶原子的原子序数Z的增加，只是单调变化，而不是周期性变化。
标识谱的这一特征表明它是原子内层电子跃迁所产生的。
当高速电子轰击靶原子，将原子内层电子电离，内层产生一个电子的空位，外层电子跃迁到内层空位所发出的电磁辐射谱线就是标识谱。
周向辐射制冷携带式X射线机 XXH-3506，XXHZ-3506适合用于较厚的铁板及大管径焊缝检测，可一次曝光完成一周焊缝检测.型号输出电压(kv)输入(kw)焦点尺寸(mm)辐射角度最大穿透（A3mm）透照时间（s）XXH-3506 180～350 3.4 1.0×5.025+5°55mm 5 XXH-3506 180～350 3.4 1.0×5.025+5°65mm 10 XXHZ-3506 180～350 3.4 1.0×5.030+5°50mm 5 XXHZ-3506 180～350 3.4 1.0×5.030+5°60mm 10定向辐射制冷携带式X射线机XXQ-3506适合较厚的铁板、铝、橡胶等材质检测，可以获得满意的成像质量和清晰度.型号输出电压输入（kw）焦点尺寸（mm）辐射角最大穿透透照时间(kv) 度(A3mm）（s）XXQ-3506 180～350 3.4 2.8×3.040+5°60mm 5分钟XXQ-3506 180～350 3.4 2.8×3.040+5°70mm 10分钟射线高级计算题1.将两块薄板并列在一起进行射线透照，设其中一块薄板材料质为A，厚度为TA，另一块材质为B，厚度为TB，若A、B的底片黑度分别为DA和DB,试证：DA-DB=0.3GAB(TB/HB-TA/HA) (HA,HB--A,B的半价层，GAB--胶片在DA和DB 之间的平均梯度,又假定是单一波长Χ射线,且为薄板，散射线影响可忽略不计) 证:设无吸收体时的X射线强度为I0,透过厚度TA,TB后的X射线强度分别为IA,IB,则:IA=I02(-TA/HA)--(1), IB=I02(-TB/HB)--(2),(1)÷(2)得:IA/IB=2[(TB/HB)-(TA/HA)]lgIA-lgIB=[(TB/HB)-(TA/HA)](lg2)=0.3[(TB/HB)-(TA/HA)]--(3),∵G AB= (DA-DB)/(lgIA-lgIB)∴DA-DB=GAB(lgIA-lgIB),代入(3)得:DA-DB=0.3GAB(TB/HB-TA/HA)2.已知γ光子的波长λ为0.35A，求此波长下γ光子的能量为多少电子伏？解：∵E=hν=hc/λ=12.395/λ ∴E=12.395/λ=12.395/0.35=35414.3ev3.当阳极靶采用钨（Z=74）,管电压为350KV，管电流10mA，求X射线的转换效率是多少？（η=1×10-9）解：∴η=ηzv=1×10-9×74×350000=0.0259=2.59% ∴X射线的转换效率为2.59%4.当X射线的最短波长是0.5A，试求最大波长？解：λmax=1.3λmin=1.3×0.5=0.65A5.在某管电压下产生的X射线穿过某物质其半值层为o.5cm，则它的十分之一值层是多少？解：半值层0.5cm时，μ=(ln2)/0.5=1.39cm-1，十分之一值层时ln10=1.39X，X=(ln10)/1.39=1.65cm6.透过厚铝板的X射线窄射束的照射剂量率是400x10-7C/Kg，再透过20mm 厚的铝板时，剂量率变为200x10-7C/Kg，那么再透过10mm厚的铝板时，剂量率为多少？解：I1=I0e-μx1，200*10-7=400*10-7*e-2μ，μ=（ln2）/2，再按I2=I0e-μx2，这里x2=20+10=30mm=3cm，代入各参数即可求得I2=141x10-7C/Kg7.10个月前购进192Ir源，当时的射源强度为148x1010Bq，现在的强度为多少？（按每月30天计算）解：192Ir源的半衰期为75天，则λ=0.693/T1/2=0.693/75，根据G=G0e-λt,t=10x30(天)，代入得G≈9.25x1010Bq8.已知透过观片灯窗口的光照度为50000lx，若透过底片的光强不少于50lx，则该观片灯能观察底片的最大黑度值为多少？解：设L0=50000lx，L=50lx，则Dmax=lg(L0/L)=lg(50000/50)=39.200kV时，铜相对钢的等效系数为1.4，对15mm铜板照相，需采用多厚钢的曝光量？答案：20mm10.以X光机（有效焦点尺寸3mm）检测厚度10mm的钢板，若要求几何模糊度Ug为0.5，则射源至底片的距离至少应为多少？答案：70mm11.以相同的条件透照同一工件，若焦距缩短20%，则灵敏度稍有降低，而曝光时间可减少多少？答案：36%12.用半衰期为75天的192Ir源在某时间对某工件透照时的最佳曝光时间为40分钟；5个月后，用该源对同一工件透照，为得到同样黑度的射线底片，曝光时间应为多少？答案：2小时40分钟13.用铅箔增感，焦距1200mm，曝光时间8分钟，得黑度1.5，现焦距改为600mm,为使黑度不变，曝光时间应为多少？答案：2分钟14.已知入射光强200cd/m2，则底片黑度为2.3的区域透过的光强为多少？答案：1cd/m215.用60Co源透照某一零件，曝光时间为10分钟，焦距为600毫米，若将焦距变为300毫米，为得到同样黑度的底片，其曝光时间应为多少？答案：2.5分钟16.220千伏时,钢和铜的射线透照等效系数分别为1.0和1.4,此时对20毫米厚的铜板进行射线透照时,需采用钢曝光参数的厚度为多少？答案：28毫米17.强度为30居里的铱192射源，应用多厚的铅板使其照射率降为0.2R/h 以下？（注：192Ir的r.h.m/Ci为0.55，对铅的半值层为0.12cm）答案：8mm18.铱192的强度为80Ci，射线照相时射源至底片距离50cm，底片黑度2.0，现射源衰退至20Ci，要以同样的照相时间的到同样的结果，则射源至底片的距离应为多少？答案：25cm19.铱192射源强度为50Ci,欲照射2英寸厚度的钢板时曝光系数为0.95,如射源至底片距离25英寸,则曝光时间应为多少？答案：11.9分钟20.192Ir对铅的半值层厚度为0.12cm，若射线剂量需由40mR/h降低为2.5mR/h，则需要的铅屏蔽厚度是多少？答案：0.48cm21.铅对铱192的半值层为1.2mm，铱192的r.h.m/Ci为0.55，假设现有一个50居里的铱192源，距射源10米时，要使剂量率降至10mR/h，需要多厚的铅板屏蔽？答案：5.7mm22.某γ放射源的衰变常数λ=0.021/年，则其半衰期为多少？答案：33年23.管电压为2000KV的X射线管发出的X射线最短波长是多少？答案：λmin=1.24/2000=0.00062mm24.观片灯的入射光强度为500 lx时，观察黑度为0.7的X射线底片，则透过底片的光强度为多少？答案：100 lx25.192Ir的γ射线通过水泥墙后，照射率衰减到200mR/h，为使照射率衰减到10mR/h以下，至少还应复盖多厚的铅板？（HPb=0.5mm）答案：21.5mm 26.采用4.5x4.5mm方形有效焦点的X光机透照厚度100mm的工件，当焦距为1000mm时，其“几何模糊度”是多少？0.5mm27.距离射线源1米处的吸收当量剂量率为472.5毫雷姆/小时，设射线人员在不超过2.1毫雷姆/小时的情况下，应距射线源多远？答案：15m28.用60Coγ射线源，焦距900mm进行透照，曝光时间为12分钟时可获得黑度满意的射线照相底片，如将焦距变为800mm，要得到同样黑度的底片，则曝光时间应为多少？答案：9.5分钟29.用某种胶片透照工件，当管电流和曝光时间的乘积为10mA·min时，底片黑度为1.0，如果其他条件不变，要将黑度提高到2.5，求所需曝光量为多少？（由胶片特性曲线查得黑度为2.5和1.0时所对应的曝光量对数差为1）解：已知E1=10mA·min，D1=1.0，D2=2.5，lgE2-lgE1=1，求E2=？lgE2-lgE1=lg(E2/E1)=1，E2=10E1=10x10=100mA·min30.设有一辐射单一波长γ射线的同位素源，某时在离射源200cm处测得其照射率，14天后同一时刻在离射源192cm处测出其照射率与前同，问此射源半衰期为多少天？解：设此同位素原来的原子核数为N0，14天后同一时刻的原子核数为N，则由衰减律公式 N=N0e-14λ--(1),式中：λ--衰变常数,又设I1和I2分别为距N0 200cm处和距N 200cm处的放射强度，设I3为距N 192cm处的放射强度，则按题意有I1=I3--(2)I2/I3=(192/200)2 --(3) I2/I1= N/N0--(4),由(1)～(4)式得:e-14λ= N/N0 =I2/I1=I2/I3=(192/200)2 e-7λ=0.96 (-7λ)=ln0.96λ=0.00583∴T1/2=0.693/λ=0.693/0.00583≈119d31.对管电压和管电流都保持不变的某一个曝光量，当焦距从1200mm改为900mm时，曝光时间必须从原来的8分钟变为多少分钟？答：4.5分钟32.某台X光机的阳极靶为钨（原子序数Z=74），测得其最短波长为0.045，求在极限波长下的管电压为多少？X射线的转换效率是多少？（计算精确到小数点后两位）解：比例系数α=1.2*10-6/千伏，由λ=12.4/V(千伏)得到V=12.4/λ=12.4/0.045=276(KV) 由η=VZα=276(千伏)*74*(1.2*10-6/千伏)=0.0245=2.45%33.今摄得黑度分别为2.1和2.9的两张底片，按同一条件进行观察，观片时若透过光以外的环境光强与透过黑度为2.9的底片后的光强相同，则同一直径的象质计金属丝在黑度2.9的底片上可见对比度是黑度2.1的底片上可见对比度的几倍？（设黑度在1.2～3.5范围内，△D与D成正比。
ISO10893-6：2011焊缝射线检测(中文)
a
bc
d
a. 有效焦点尺寸，d，mm
b. 最小源到焊点的距离，f，等级B，mm
c. 最小源到焊点的距离，f，等级A，mm d. 焊点到胶片间距离，b，mm
图1 由焊点到胶片距离b，有效焦点尺寸d，来决定 最小的源到焊点距离f的列线图
Y 500 400 300
200
100
70 60 50 40 30
H13
200≤T≤250
H14
6.3 对双壁透照技术，采用图理质量级别时，表中的钢的厚度应为指定厚度 的两倍。
7 胶片处理
射线照相底片应没有由于操作原因所带来的缺欠或可能影响解释、分析工作 的其它缺欠。
8 射线底片的观察条件
透过射线照相底片的亮度，当底片黑度小于等于 2.5 时，应不低于 30cd/m2, 底片黑度大于 2.5 时，应不低于 10cd/m2。
10 验收极限
10.1 焊缝射线检测的验收标准如下: 射线检测时，应采用这些验收标准， 产品标准另有规定的除外。
10.2 裂缝，未焊透和未熔合为不合格。
10.3 直径不超过3.0mm或T/3(T为钢管规定壁厚)的单个圆形夹杂和气孔 为合格.取两者之间较小者。
在任意150mm或12T长度焊缝范围内( 以数值较小者为准)，单个夹杂和气 孔之间的间隔小于4T时，上述所有允许单独存在的缺欠的直径之和不应超 过6mm或0.5T( 以数值较小者为准)。
10.4 在长度不超过12.0mm或T的单个条形夹杂(以数值较小者为准)，且宽 度不超过1.5mm的单个条形夹杂为合格。
在任意150mm或12T长度焊缝范围内( 以数值较小者为准)，单个夹杂之间 的间隔小于4T时，上述所有允许单独存在的缺欠的最大累积长度不应超过 12.0mm。
连续x射线和特征x射线的特点
连续x射线和特征x射线的特点连续X射线和特征X射线是物理学中常用的X射线类型。
它们在科学研究、医学诊断和工业检测等领域都有广泛的应用。
下面将分别介绍连续X射线和特征X射线的特点，并根据标题要求进行扩展描述。
连续X射线是指在X射线管中，电子从阴极被加速至阳极，通过阴极材料的电子激发产生的X射线。
连续X射线的特点如下：1. 频谱连续性：连续X射线的频谱是连续的，即它们在一定能量范围内都有一定的强度分布。
这是因为阴极材料的电子激发产生的X 射线是连续的能量分布。
2. 能量范围广：连续X射线的能量范围通常从几千电子伏特到几十万电子伏特不等。
不同能量的连续X射线在物质中的相互作用方式也不同。
3. 强度均匀性：连续X射线的强度在频谱范围内是均匀的，没有明显的谱线。
4. 深度穿透：由于连续X射线的能量范围广，它们具有较强的穿透能力。
在物质中的相互作用过程中，连续X射线可以穿透较深的材料。
特征X射线是指当连续X射线通过物质时，被物质中的原子吸收和散射而产生的特定能量的X射线。
特征X射线的特点如下：1. 能量离散性：特征X射线的能量是离散的，具有特定的能量值。
这是因为原子的能级结构决定了特征X射线的能量。
2. 能谱特征：特征X射线在能谱上表现为尖锐的峰状，这些峰状表示了特定能量的X射线的强度分布。
不同元素的特征X射线具有不同的能量和强度分布。
3. 化学分析能力：特征X射线的能量和强度分布可以用来进行化学元素的分析和鉴定。
通过测量特征X射线的能谱，可以确定物质中存在的元素种类和含量。
4. 表面灵敏性：特征X射线主要与物质的表面相互作用，对物质表面的成分和结构具有较高的灵敏度。
这使得特征X射线在表面分析和薄膜研究方面有重要应用。
在实际应用中，连续X射线和特征X射线常常结合使用。
例如，在X射线衍射实验中，连续X射线照射到晶体表面时会产生特征X射线，通过测量特征X射线的能谱和强度分布，可以确定晶体的晶体结构和晶格常数。
总结起来，连续X射线具有频谱连续性、能量范围广、强度均匀性和深度穿透等特点；而特征X射线具有能量离散性、能谱特征、化学分析能力和表面灵敏性等特点。
第十四章 掠入射x射线散射
第十四章 聚合物材料掠入射 x 射线衍射§14.1 引言1923 年 Compton 首先报道了当 X 射线以很小角度入射到具有理想光滑平整表面的样品上时, 可以出现全反射(亦称镜面反射)现象. 入射 X 射线在样品上产生全反射的条件是掠入射角 (Grazing incidence angle) c i αα≤ (c α临界角). 由于照射到样品上的入射角 i α 很小, 几乎与样品表面平行， 因此人们也将 X 射线全反射实验称为掠入射衍射(GID)实验. 当 X 射线以临界角 c α 入射到样品上时， 射线穿透样品深度仅为纳米级， 可以测定样品表面的结构信息; 由于常规的 X 射线衍射入射到样品表面的角度较大, 大部分射线透射到样品中的深度也较大, 是 Bragg 反射, 而表面或近表面的 X 射线衍射强度则很弱， 不能给出样品表面或近表面结构信息.随着科学技术的飞跃发展，对构成器件厚度为纳米级的聚合物薄膜已得到广泛的应用.例如, 在微电子器件中经常可见到多层聚合物薄膜的应用, 为了使用性能的要求, 这种多层薄膜不管它们的每层特性是否相同，彼此都必须有很好的粘合性；在医学上将聚合物材料植入人体中，有一点必须保证，那就是被植入人体中的聚合物材料表面一定要与人体中的血液相匹配；聚合物作为抗氧化，抗腐，抗磨的涂膜，在半导体装置的器件中已被广泛采用；有机多层复合膜用于生物传感器以及制作巨磁阻的磁性薄膜等等. 总之，在当今的生活中软物质薄膜已起到越耒越重要的作用. 因此，在原子, 分子水平上对这类薄膜的表面行为和界面行为的表征是极其重要的. 在此基础上, 对其结构和成型条件进行调控，以提高它们的性能和使用范围已日益显得重要.在过去30 多年中，由于表面散射理论的发展，先进实验及检测装置的开发和大功率辐射源的启用，使得应用 X 射线散射方法研究薄膜及界面的特性有了长足的进步. X 射线方法由于制样简单，测试后样品一般不被破坏且所得信息可靠，精确；同时被测样品从晶体到非晶体，可以是固体也可以是液体. 故 X 射线方法在单层和多层薄膜结构分析中是最被广泛应用的工具. 目前，对各种液体，聚合物，玻璃和固体表面，甚至是复合薄膜材料的表面和界面结构都可以从原子尺度到几十纳米尺度上获得可靠而精确的表征.将 X 射线全反射与高分辨电子显微镜(HREM)，原子力显微镜(AFM)，扫描隧道显微镜 (STM)，变角光谱椭圆仪(VASE)等相结合，用于探求表面和界面在实空间和倒易空间的结构信息，大大推动了材料表面科学的发展.§ 14.2 掠入射衍射几何分类及其特点§ 14.2.1 掠入射衍射几何分类掠射衍射几何分类主要有下述三种(图14.1):1. 共面极端非对称衍射(EAD)(图14.1(a))这种掠射衍射的几何特点是衍射面与样品表面之间构成近Bragg 角，入射 X 射线与出射 X 射线同样品表面之间都形成掠射角，衍射线与入射线及样品表面法线共面.2. 共面掠入射衍射(GID) (图14.1(b))此时掠入射衍射面与样品表面垂直， 且也是入射 X 射线与出射 X 射线同样品表面之间都形成掠射角，衍射线与入射线及样品表面法线共面.3. 非共面掠射 Bragg-Laue 衍射(GBL)(图14.1(c))这种条件下的掠射衍射几何，实际上是上述两种掠射几何的联合.它含有与样品表面法线倾斜成很小角度的原子平面的衍射，因此倒易矢量 s 与样品表面形成很小角度； 也可以是通过掠入射角度或掠出射角度微小改变形成的掠射 X 射线非对称衍射. 入射线，反射线和衍射线不共面，但均与样品表面间有很小夹角且反射面与样品表面几近垂直.图 14.1 掠入射和出射 X 射线衍射几何(a) EAD X 射线衍射几何(b) GID X 射线衍射几何(c) GBL X 射线衍射几何图中， s f i k k k ,,分别为入射波矢，镜面反射波矢，衍射波矢；s是相对于 Bragg 平面的倒易矢量.ϕααα,,,s f i 分别是 s f i k k k ,,s 与表面间夹角；B θ 为 Bragg 角.§ 14.2.2 掠入射衍射特点1. 在掠射衍射几何中，Bragg 衍射与全反射同时发生，它可以探测沿样品表面或界面内原子尺度的结构变化. 在 GBL 几何条件下，动量的传输是沿样品表面或界面进行；在 EAD 几何条件下，沿样品表面的动量传输也比较大.2. 全反射现象造成 Bragg 衍射偏离倒易点阵，产生临界掠射角 c α，反射强度的极大值位于临界掠射角 c α 附近.3. 当掠入射角 i α 稍大于 c α 时, 改变入射角可以探测样品表面内部由几纳米到几十纳米不同深度的结构，适宜研究表面，界面和外延生长膜的结构.4. 可以探测多层膜的层数、厚度和表面粗糙度等.§ 14.3 掠入射 X 射线衍射仪及实验方法简介§ 14.3.1 掠入射 X 射线衍射仪掠入射 X 射线衍射实验装置与通常 X 射线衍射实验设备的不同之处在于，它采用掠入射角进行样品表面的 X 射线衍射测量. 掠入射 X 射线衍射实验装置必需具有高的分辨率 (±0.0010) 和良好的准直系统. Philips 公司和 Bruker 公司等都有已商品化的掠入射 X 射线衍射实验装置. 图 14.2 是日本 Rigaku 公司生产的 ATX-G 型掠入射 X 射线衍射仪. ATX-G 带有全反射面内 (XZ 平面)三轴，18 KW 旋转阳极靶，多层镜与 4 晶单色器的高分辨及高准直系统. 在保证掠射条件下，探测器可在 1/4 球面范围内扫描. 该仪器上可采用其它测量方式进行薄膜的数据采集..图 14.2 ATX-G 掠入射 X 射线衍射仪图 14.3 是掠入射 X 射线衍射仪光学系统. 它是一种典型的全反射测量 X 射线仪.由高功率旋转阳极靶产生的辐射首先经过第一狭缝准直；根据对单色化和入射 X 射线强度的不同要求，单色器可采用石墨晶体，Si 单晶，Ge 单晶或切割晶体. 一般采用切割 Ge 晶体，并选用多层镜使射线经过多次反射以提高分辩能力；单色化后的射线再通过第二狭缝进一步准直，整个准直过程可通过计算机自动完成. 样品则被置于可控制入射角(i α)和出射角 (f α) 的 X 射线测角仪上. 为降低背底散射和出射 X 射线束的发散度，在探测器前放有狭缝 3 和狭缝 4.图 14.3 掠入射 X 射线衍射仪光学系统§ 14.3.2 掠入射 X 射线衍射实验方法简介在做掠入射 X 射线衍射实验时，为了提高测量厚度 d ，粗糙度 σ 的精确性，将样品置于带有高分辩测角仪的竖直样品架上(图14.4)； 样品表面的倾斜可通过转动 R X 和R Y ， 以达到样品表面法线与 Z 轴平行且使样品中心正好处于 χ 旋转轴与 ω 旋转轴交点上. 之后再调节样品位置使其与入射 X 射线对准，这一过程是通过反覆调节 Z 方向和转动 ω (或 θ)角位置，直到样品位置处于入射 X 射线束中心. 样品在这个位置时，仅有一半的入射 X 射线强度被检测到. 然后将探测器的 2θ 角设置在合宜的位置，再进一步调节 Z 方向和 ω，χ 角位置，直到探测器能测得其最大强度时，实验前样品位置的调节方为完成. 然后可按设定的采样条件进行测试记录.薄膜样品的制备方法有多种,如 LB 膜、电沉积和溶胶 - 凝胶法等;一般常用的方法是: 将已被事先溶好的待测试样的溶液，滴在 Si 或SiO 2 单晶衬底上，采用高速旋转涂膜法，制得不同厚度的样品.图 14.4 测角仪示意图图14.5是不同厚度的乙丙共聚物(PEP)薄膜 X 射线镜面反射强度与 Z 方向波矢关系曲线. 图中，)sin (sin ,,f i z f z k k k q z i αα+=-=图 14.5 不同厚度 PEP 反射强度与 q z 关系曲线§ 14.4 掠入射 X 射线衍射基本原理§ 14.4.1 掠入射 X 射线衍射全反射设具有平面波特征的电磁场，在点 r 处的电场强度为 )exp()(0r k i E r E i ⋅=. 该电场强度在介质中的传播特性可按 Helmholtz 方程表示:022=+)()()(r E r n k r E ∆ (14.1)这里，λπ2==k k ，k 是波矢；λ 是辐射线波长；n(r) 是位于 r 处的折射率， 对于均匀介质 n(r) 是与位置无关的常数.如果具有谐波振动的介质在单位体积内含有 N 个原子，谐振频率为 i ω，则 n(r) 为: ∑=--+=N i i i i i f m e N r n 12202221)(ωηωωε (14.2)式中，ω 是入射电磁波频率；e 和 m 分别为电子的电荷和质量；i η 为阻尼因子；i f 为每个原子的电子强迫振动强度, 通常为复数. 对 X 射线, ω>i ω，则式 (14.2) 可简化为:)()()(r i r r n βδ--=1 (14.3) 式中，∑='+=N i i i i A e E f Z A r N r r 12))(()(2)(ρπλδ (14.4) ∑=''=N i i i A e E f A r N r r 12)()(2)(ρπλβ (14.5))(r δ与色散有关；)(r β与吸收有关. 必须指出，除了少数材料(例如PE)在 X 射线吸收边缘外，一般材料的色散项 )(r δ 大于零；N A 为 Avogadro 常数；λ 为 X 射线波长； )(r i ρ 是位于 r 处， 原子量为 A i ，原子序数为 Z i 的第 i 个组分的电子密度；经典电子半径 r e (或称 Thomson 电子散射长) 的数值为: r e =2024mc e πε=2.814⨯10-5(Å)；f ' 和 f '' 是实的(色散项)和虚的(吸收项)反常因子.理论计算表明，吸收项 β 值一般要比色散项 δ 值小 2 ~ 3 个数量级；故在计算 折射率 n(r) 时，常把 β(r) 值略去，即式 (14.3) 成为:n(r)=1-δ(r) (14.6)但应当注意，对那些原子序数大的原子，β 的作用不可忽略；同时，随着 X 射线辐射波长的增加，X 射线与样品间的作用也增加，β 的作用亦不可忽略. 在这两种情况下，不论样品的化学结构如何，折射率 n(r) 成为复数.在掠入射条件下， X 射线由光密介质 (n 1) 入射到光疏介质 (n 2) 时，由于入射角 i α和出射角 f α 都很小，故波矢差i f K K q -=也非常小(图14.6). 当介质为均匀且介质波长远离 X 射线吸收边时，折射率可化为:图14.6 位于 XZ 平面内的电磁波在掠入射角为 i α 条件下，入射波矢 K i ，反射波矢 K f 和折射波矢 K t (图中 t α 为折射角) πλμπρλ4212i r n e --= (14.7)根据光学中的 Snell 定律，由图14.6可知:n 1cos i α=n 2cos t α (14.8)式中，n 1，n 2 是介质 1，2 的折射率. 由于真空或空气的 n 1=1，所以式 (14.8) 化为:cos t α=cos i α/n 2 (14.9) 式(14.9)表明，由光密介质进入到光疏介质中，若 n 2>1，由式(14.6)知，δ<0，则t α>i α， 此时对任何入射角 i α 的值，都有 t α 与之对应. 反之，如果 n 2<1，即 δ>0，则 t α<i α，由此可以看出，当 i α 小到某一值时，t α0→，则 cos t α=1. 把 t α=0 时对应的 i α 角度称为临界角并以 c α 表示. 上述结果说明，只有在 i α>c α 时，t α>0，有折射发生；当i α≤c α 时没有折射出现，称为全反射(或称镜面反射). 当然，由于吸收作用将有很小的反射损失. 在全反射下，X 射线不能深入到介质中. 全反射是研究薄膜表面结构的重要方法，它在研究表面和界面结构，吸附，相变，粗糙度中都得到了广泛地应用. 当入射 X 射线同样品表面夹角在 c α 附近时，伴随的 Bragg 衍射，其散射线的穿透深度仅为几纳米，可以测定样品表面原子排列，称为二维 X 射线散射.由式(14.9)可知，如果t α=0,此时的i α即为t α,则 cos c α=cos i α= n 2=1-δ，所以:c α=πρλδe r =2 (14.10)式(14.10)表明，临界角 c α 与 X 射线波长和介质的电子密度有关. 当介质一定时，c α∝λ.λ 越大，c α 也越大. 表14.1列出了部分材料的某些相关参数值.表 14.1 部分材料的 c ,,αμδρ和e r 值材料 )10(210-cm r e ρ )10(6-δ )(1-cm μ )/( c α真空 0 0 0 0PS(C 8H 8)n 9.5 3.5 4 0.153PMMA(C 5H 8Cl)n 10.6 4.0 7 0.162PVC(C 2H 3Cl)n 12.1 4.6 86 0.174PBrS(C 8H 7Br)n 13.2 5.0 97 0.181Quartz(SiO 2) 18.0-19.7 6.8-7.4 85 0.21-0.22Silicon(Si) 20.0 7.6 141 0.223Nickel(Ni) 72.6 27.4 407 0.424 Gold(Au) 131.5 49.6 4170 0.570表 14.1表明，c α 值很小，通常为一度的十分之几. 对 X 射线而言，δ的量级为 ~ 10-6，可见折射率 n 稍小于 1.当将通用的 PE 样品置于空气中时，由于它的 δ<0，所以它没有 c α 值，不存在全反射现象.上述讨论中，应用 X 射线研究聚合物薄膜时，入射线的偏振不是主要的，因此偏振效应不予考虑. 对一些小分子材料，由于这些材料具有较高的取向或具有一定的磁矩，在这种情况下，X 射线入射线的偏振不能忽略.§ 14.4.2 反射系数和透射系数设仅考虑具有平整光滑的真空/介质单层界面(图14.6).介质 1 (真空)中平面电磁波强度为 )exp()0,,0()(r k i A r E i i ⋅=，以波矢 )sin ,0,(cos i i i k k αα-= ，临界角为 c α 入射到具有折射率为 βδi n --=1 的介质 2 的表面上，在这一条件下产生的反射波强度为 )ex p()0,,0()(r k i B r E f f ⋅=，其中波矢 )sin ,0,(cos i i f k k αα= ;透射波强度为)exp()0,,0()(r k i C r E t t ⋅=，其中波矢 ),,(,,z t x t t k k k 0= . x t k ,，z t k , 可以根据折射定律确定.假定垂直于 XZ 平面在 Y 方向的电磁波呈线性偏振 (S-偏振)，在 Z=0 平面上电磁场的切向分量是连续的, 则反射系数和透射系数分别为: r s =B/A ，t s =C/A. 由 Fresnel 公式有: z t z i zt z i s k k k k r ,,,,+-= (14.11)z t z i zi s k k k t ,,,2+= (14.12)由图14.6可知，i z i k k αsin ,=，t z t nk k αsin ,=，再由式 (14.9)，经过简单运算可得， 2122,)cos (i z t n k k α-=，把上述 z i k ,，z t k , 代入式 (14.11) 和式 (14.12)，略去高阶小量，则有:21221222)(sin sin )(sin sin δααδαα-+--=i i i i s r (14.13) 212)2(sin sin sin 2δααα-+=i i is t (14.14)同理，位于 XZ 平面内，垂直于 Y 方向的电磁波偏振是线性的 (P-偏振)，则其反射系数和透射系数分别为:zt z i zt z i p k k n k k n r ,,2,,2+-= (14.15) z t z i zi p k k n k t ,,2,2+=(14.16)亦即，212212)2(sin sin )21()2(sin sin )21(δααδδααδ-+----=i i i i p r (14.17)2122212)(sin sin )(sin δααδα-+-=i i ip t (14.18)将式 (14.11) 和式 (14.12) 同式 (14.15) 和式 (14.16) 比较可知，X 射线在掠射情况下，n →1，所以 r p =r s ， t p =t s . 本文仅考虑 S-偏振现象.反射波的强度，即 Fresnel 反射率定义为: R f =2r .当 i α 较小时，可以得到 R f 为:R f =22212221)()(p p p p i i +++-αα (14.19)其中，P 1 和P 2 分别为折射角 21ip p t +=α 的实部和虚部:[])()(22222221421c i c i p ααβαα-++-= [])(4)(2122222222c i c i p ααβαα--+-=图 14.7 给出了 Fresnel 反射率 R f 与c i αα关系曲线.图14.7 在不同的 δβ 值下反射率 R f 与 c i αα 关系曲线 (图中采用CuK αX 射线，Si/真空界面， δ=7.56610-⨯，c α=0.220) 图14.7表明，对不同的δβ 值，当固定 δ 时，吸收作用仅在临界角 c α 附近(c i αα→1)，才有明显的作用；当 i α>c α 时， R f 值迅速下降. 由式 (14.19) 可知，当 i α>3c α 时，R f 可以简化为:R f ≈42)(ic αα (14.20)材料的反射率是重要的物理参数，由式 (14.19) 和式 (14.20) 可知，通过改变入射 X 射线波长或改变入射角 i α，这两种方法均可测得材料的 R f 值. 同时亦可知道，当 i α 很大时，R f ∝4-i α，这表明 R f 4i α→ 常值，与第十二章所述 Porod 定律相比可知，由于i α∝k i ，因此对于明锐的相界面，在较大 k 值下，小角散射强度 I(S)∝k –4.实际上，由于界面存在粗糙度，并非理想光滑，反射率 R f 随 i α 增大，其下降速度比 4-i α 关系更快些.图14.8是 Fresnel 透射率 T f =2t~ ciαα关系曲线. 从图中可以看出, 当i α≈c α时，对不同的δβ值下，T f 达到最大值. 同 β=0 (无吸收)情况相比，随着吸收 (β)增加，T f 值稍偏向小 c α 方法移动. 这是因为反射波和透射波的干涉造成了透射波振幅增加所致. 当 i α 较大时，T f →1, 此时入射波较容易的进入到介质中. 在i α~ c α 处，瞬逝波(波在 Z 方向的传播按指数衰减进行，透射到样品表面下的深度极小，X 射线衍射强度急剧衰减)的最大透射强度可用下述近似式计算:T f =cαβ214+(14.21)图 14.8 不同的 δβ 值下透射率 T f 与 c i αα 关系曲线(图中采用CuK α X 射线，Si/真空界面，δ=7.56610-⨯，c α=0.220，小图为 ciαα~ 1 情况)§ 14.4.3 X 射线穿透深度通常，由于吸收效应，入射 X 射线波在进入到样品中后，会不断衰减，将入射 X 射线强度衰减为原来强度的 1/e 时，X 射线达到的深度，定义为穿透深度. 由式(14.19)知，具有复数形式的折射角为: 21ip p t +=α，在介质表面下 (Z ≤0)，电场强度 t E的数值为:[])exp()(exp 21,kzp kzp x k i C E E x i t t -==(14.22)当i α≤c α时，p 2 很大，由式 (14.22) 可知，电场强度 E t 急速下降，波的传播按指数衰减进行 (又称瞬逝波)，此波波矢与介质表面几乎平行，其穿透深度 Λ 为:[]2122222242---+-=)()(c i c i ααβααπλΛ (14.23)式 (14.23) 说明，穿透深度 Λ 随掠入射角 i α 改变，因此测定不同深度的结构，可以通过调整 i α 来达到. 当 i α→0 时，ρππαλΛe c r 4120==(14.24) 可见此时穿透深度 0Λ 与 λ 无关. 对大多数材料 0Λ ~ 5nm. 从 0Λ 值也进一步说明，当入射 X 射线角度很小时，散射主要发自于靠近样品表面. 利用这一性质可以探测材料的表面结构. 图14.9表明，当c iαα>1 时，此时 X 射线仅受材料的吸收影响，穿透深度迅速增加. 理论上当 β=0，即无吸收作用时，具有无限大的穿透深度 Λ.图 14.9 在不同的 δβ 值下穿透深度 Λ 与 ciαα 关系曲线(图中采用CuK αX 射线，Si/真空界面，δ=7.56610-⨯，c α=0.220)从式 (14.23) 可以导出，最大穿透深度 Λmax :Λmax =βλ4=μπ(14.25) 对大多数材料，在 i α=2π时，Λmax ~ 104-105Å.§ 14.5 多层膜系统§ 14.5.1 双层膜系统实用器件中常采用多层膜结构以达到特殊使用要求，因此对多层膜表面结构的研究比单一表面层结构研究更为重要. 对于多层膜结构所有各个界面的散射都必须计及. 图 14.10 是双界面结构衍射几何图.图 14.10 双层界面结构衍射几何图将处于真空(或空气)的薄膜样品(介质1)置于衬底(介质2)之上.由图14.10可知，如果以 r 0,1 表示真空与样品间的反射系数；以 r 1,2 表示样品与衬底间的反射系数；d 为样品厚度.在此条件下的反射系数为: )2exp(1)2exp(,12,11,0,12,11,0d ik r r d ik r r r z z s ++==)exp()exp()(,,,,,,,d ik r r d ik r r r z z 12110121021102121+-+(14.26)由此可进一步得到反射率 R 0,z 为:R(k 0,z )=[][])2exp(Re 21)2exp(Re 2,12,11,022,11,0,12,11,022,121,02d ik r rr r d ik r r r r r zz s ++++=(14.27)取其实部:R(k 0,z )=)cos()cos(,,,,,,,,,,d k r r r r d k r r r r z z 121102212101211022121022122++++ (14.28)作为例子，图 14.11(a) 是厚度为 50nm ，置于光滑平整 Si 单晶片上的氘化聚苯乙烯(d-PS) 理想薄膜，它的反射率 R 与波矢 k z 关系曲线. 由图中可以看出，在 k 0,z >k c (临界波矢)后，由于薄膜厚度引起的一系列很明显的振动波. 根据波的宽度 z k ,0∆ 可以求得样品的厚度，即 zk d ,0∆=π(cm). 图中 z k ,0∆=6.28310-⨯，所以，≈d 50nm.图 14.11(b) 则给出了 40z z k k R ,)( 与 z k ,0 的关系曲线. 由图中可以看出，全部振动波的 4,0)(z z k k R 的平均值对 z k ,0 是一常数(图中虚线所示). 进一步验证了 4,0)(z z k k R → 常数这一结论.图 14.11(a) 置于 Si 单晶衬底上 d-PS 的 R(k 0，z ) ~ k z 关系曲线图 14.11(b) 4,0)(zz k k R ~ z k 的关系曲线 § 14.5.2 多层膜系统对于具有 n 层薄膜样品，令第 n+1 层是半无限长衬底，最上层为真空(或空气)，设第 j 层的折射率为 j j j i n βδ--=1，厚度为 d j (j=1，2，…n)，掠入射角 i α，反射角为 f α (图 14.12). 在这种多层膜结构中，每个界面用一个变换矩阵表征，将代表 n 个界面的变换矩阵相乘，则可求出反射率. Parratt 给出了具有 n 个界面的 X 射线反射率递推公式:()112112121221++⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=+++++++j j j j j j j j j i j j j r R r R d n i R ,,,,,cos exp αλπ (14.29)式中，1+j j r , 是 Fresnel 反射系数；2,1++j j R 是 1,+j j R 的下一层的反射率. 整个递推计算过程由衬底和第 n 层薄膜开始，逐渐一层一层往上推算，直到得到真空(或空气)/样品界面，图 14.12 多层膜掠入射几何获得 R 1,2 值为止. 应注意, 因为衬底为无限厚，故 R n ，n+1=0. 由 R R =22,1 给出样品表面总的反射强度.图 14.13 是置于 Si 单晶片上的厚度 d=80nm 的 PS 的计算结果. 整个计算中采用 λ=0.154nm ，i S δ=7.56610-⨯，401=Si Si δβ，PS δ= 3.5610-⨯，2001=PS PS δβ，由于最顶层是真空介质, 当入射角很小时, 其临界角 PS c ,α=PS δ2=0.150，Si c ,α=Si δ2=0.220.由图中可以看出，当掠入射角 Si c i ,αα> 时，反射率 R 按指数4)2(ic αα 迅速降低. 反射率 R 对2i α曲线中存在Bragg 衍射峰, 由 Bragg 衍射峰的位置可以确定多层膜的平均厚度.存在于 Bragg 衍射峰之间,宽度很窄的衰减振动条纹是真空/PS 和 PS/Si 单晶界面相互间干涉形成,称为 Kiessig 干涉条纹.由 Kiessig 干涉条纹的振动周期i α∆可以求得多层膜总的厚度, 即 ()i z 2/q /2d α∆λ≈∆π=,这里i z k q αsin 2=.图 14.13 反射率R ~ i α 振动条纹曲线 (PS/Si 界面)§ 14.6. 粗糙度前面所有对单层或多层膜的反射率，反射系数等的处理都视膜表面，衬底表面以及其间的界面为理想光滑平整，没有厚度起伏存在，界面是理想明锐的，即在数学上将由第 j 层到第 j+1 层的折射率 n j+1 作为常数. 然而，实际上表面和界面均存在厚度起伏，是粗糙的. 由于电子密度的连续改变，导致折射率也是连续的变化. 界面粗糙度分为两种:其一是几何粗糙度,本章仅讨论这种情况下的界面粗糙度;其二是由化学组成造成的界面粗糙度.表面(或界面)厚度起伏有两种情况，一种是表面(或界面)厚度起伏曲率与聚合物的相干长度 c l 相比较小，但从一个厚度的起伏到另一个厚度起伏，其平均长度比 c l 大；另一种情况恰好与上述情况相反，与聚合物相干长度 c l 相比，表面(或界面)存在较大曲率的厚度起伏(图14.14)，在 c l 的长度上可出现几个厚度起伏. 很明显，对于上述两种具有不同厚度起伏的表面(或界面)，表面(或界面)上密度的变化亦不同. 对第一种情况(a) (b)图 14.14 具有厚度起伏曲率较小的波浪形表面(a)具有厚度起伏曲率较大的粗糙表面(b)下，表面(或界面)各点的入射角 i α 不同，正如图 14.14(a) 所示. 由于表面存在较小的曲率，尽管如此, 1α，2α 也是不同的，但均在其平均i α值附近摆动. 这种条件下(粗糙度变化不明显)的表面对入射线造成的影响，类似于入射线照射到平板上的发散效应 (图14.14(a)下方). 表面法线方向密度改变是急剧的，存在不连续。
x射线穿透标准
X射线具有极强的穿透能力，能够穿透许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料、电子设备等。
这种穿透能力基于X射线的不同能量和物质的原子结构之间的相互作用。
X射线的穿透能力与其能量密切相关。
高能量的X射线能够穿透较厚的样品，而低能量的X射线则只能穿透较薄的样品。
因此，通过调节X射线的能量，可以控制其穿透深度。
此外，X射线的穿透能力还受到物质原子结构的影响。
对于具有高原子序数的物质，如金属或合金，X射线的穿透能力较差，而对于低原子序数的物质，如气体或有机物，X 射线的穿透能力较好。
在实际应用中，X射线的穿透标准是根据不同的需求和目的进行设定的。
例如，在医疗领域，为了确保患者接受适量的辐射剂量并获得准确的诊断结果，通常会根据患者的体型、年龄和性别等因素选择合适的X射线剂量。
而在工业领域，为了确保产品质量和安全性，会对产品进行无损检测，利用X射线透过被检工件的部分以发现其中的缺陷。
需要注意的是，虽然X射线具有极高的穿透能力，但是它也会对人体造成一定的损害。
因此，在使用X射线时需要遵守相关的安全规定和操作规程，以保护工作人员和公众的健康。
X射线物理基础
X射线物理基础一、X射线的基本概念X射线是一种高能电磁辐射，其波长比可见光还要短，但比γ射线稍长。
X射线是由被高速电子撞击产生的极短波长的电磁辐射。
X射线的波长范围在0.01~100纳米之间，因此具有穿透性很强的特点。
X射线辐射主要有三种过程，即散射、吸收和透射。
散射是指X射线在物质中的原子内外发生方向改变；吸收是指物质中的原子吸收掉X射线；透射是指X射线穿过物质而不被物质吸收。
二、X射线的产生和基本特性X射线的产生有两种方式，即广义上的X射线和特殊的X射线。
广义上的X射线产生是指将一束高能电子流来轰击具有特殊构造和材料的靶，使靶发射出X射线，这种方式就是X射线机所采用的。
特殊的X射线产生是指利用原子残余成分核能级跃迁所放出的特殊X射线。
X射线的基本特性有以下几点：1.X射线是一种电磁波，不带电，可以穿透很厚的物质，其波长短，频率高，能量较大。
2.X射线的强度随着入射电子的能量增加而增加，随着靶材的原子序数增加而增大。
3.不同的物质具有不同的透射性，而透射系数与射线的能量相关。
4.X射线具有强的杀菌和破坏生物细胞等作用。
三、X射线在医学中的应用X线是医学中常用的诊断性工具，应用广泛，可以用于检测人体内各种骨头、器官等部位情况。
常见的X线检查有：1.骨密度检查：用于测定骨的密度，并检测是否存在骨质疏松等问题。
2.胸部X线检查：用于检测肺、心脏等部位疾病的情况。
3.腹部X线检查：用于检测腹部器官如胃、肠、肝、脾、胰等的情况。
4.骨骼成像：用于检查骨骼不良变化的情况，如骨折等。
5.普通X线检查：用于全身各个部位的检查。
四、X射线的剂量安全问题X射线的安全问题是医学工作者非常关注的问题，因为如果剂量过大，就会对身体造成损害。
常见的X射线安全问题包括以下几点：1.剂量选择问题：不同的检查需要选择适当的剂量，大剂量的X射线会对人体健康造成不良影响。
2.暴露时间问题：X射线检查中，暴露时间过长会使剂量增加。
3.距离问题：医学工作者需要尽量离患者远一些，以避免吸收额外的X射线。
x光子束穿过物体时其强度与穿透物体厚度指数衰减
x光子束穿过物体时其强度与穿透物体厚度指数衰减1.引言1.1 概述概述部分应该对文章的主题进行简要说明，以引起读者的兴趣。
X光子束的强度与穿透物体厚度的指数衰减关系是一个重要的研究领域，它对于理解和应用X射线技术具有重要意义。
随着医学、工业和科学领域对X射线成像需求的增加，对X光子束在穿透物体时的强度变化规律有着更深入的探索。
而正是通过研究X光子束的指数衰减现象，我们能够更好地了解物质的结构和组成。
本文将深入研究X光子束在穿透物体过程中的特性，并探讨其强度与穿透物体厚度之间的衰减关系。
首先，我们将简要介绍X光子束的特性，包括其波长、能量和穿透能力。
然后，我们将详细分析X光子束穿透物体的过程，包括与物质相互作用的主要机制和影响穿透的因素。
最后，我们将通过实验证据阐述X光子束强度与穿透物体厚度之间的指数衰减关系。
通过本文的阐述，读者将能够更好地理解X光子束的特性和穿透物体的过程，以及它们之间的关系。
此外，本文还将讨论该衰减关系在医学诊断、工业探测和材料分析等领域的应用前景与展望。
接下来的章节中，我们将逐步展开对这个问题的详细讨论，以进一步探索X光子束穿透物体时的强度变化规律。
1.2 文章结构文章结构：本篇文章主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分从概述、文章结构和目的三个方面进行阐述。
首先，文章概述部分将介绍x光子束穿过物体时的强度变化情况，并提出穿透物体厚度与强度之间的指数衰减关系。
其次，文章结构部分将说明本篇文章的整体组织结构，包括引言、正文和结论三个部分。
最后，目的部分将明确本篇文章的研究目的，即探讨x光子束在穿透物体过程中强度与厚度的关系。
正文部分将拆分为两个小节，分别讨论x光子束的特性和x光子束穿透物体的过程。
在2.1小节中，将详细介绍x光子束的特性，包括其波长、频率、能量和穿透力等方面。
在2.2小节中，将探讨x光子束穿透物体的过程，包括通过物体的过程、与物体相互作用的方式以及与物体厚度的关系等内容。
X射线能谱仪 EDS
环境扫描电镜的特点(一)
散射束的束半径估计
电子束受气体散射模型的 Monte Carlo模拟
（T=283K、Z(He)=2、E=20kV）
压强 rs(L=2m （Pa） m)
(μm)
rs(L=15 mm)
(μm)
rs(L=20m m)
(μm)
133
2
25
46
ESEM的特点
变气压、变气氛扫描电子显微镜的出现
样品室真空度和气氛可以控制
对任何样品无需处理 直接进行观察和分析
可以进行动态过程（如化学反应）的观察 在低真空模式下仍可以获得高分辨图像
北京大学 电子显微镜实验室
环境扫描电镜要解决的问题(一)
绝缘样品的观察
高真空SEM下观察锆石
环扫下观察锆石
1torr133pa样品室真空度控制关键技术样品室真空度控制关键技术压差光阑highhighvacuuvacuummregiongasregiongasflowflowlowvacuumlowvacuumpressurepressureregionregionlimitinglimitinggasgasaperturessampleaperturessampleflowflowplapla通过压差光阑来实现样品室和镜筒之间真空的梯度差环境扫描电镜的特点一环境扫描电镜的特点一入射电子束受到气体散射作用电子能量为25kv时通过氧气的平均自由程环境扫描电镜的特点一环境扫描电镜的特点一平均碰撞次数m定义三类不同的散射partialscatteringpartialscatteringcompletescatteringminimalscatteringcompletescatteringminimalscatteringscatter5to95scatter5scatter5to95scatter95scatter5scatter95005m30m005005m3m30m005m3环境扫描电镜的特点一环境扫描电镜的特点一散射束的束半径估计t283kzhe2e20kv压强rl2mrl15rl20mssspammmmmmm133225466655561021330779145266010112205电子束受气体散射模型的montecarlo模拟环境扫描电镜的特点二环境扫描电镜的特点二信号电子与气体相互作用电子级联放大现象信号电子与气体相互作用电子级联放大现象信号放大的基本的物理机制是运动电子和气体分子发生碰撞生产的电离产生二倍的电子这些电子在外电场的作用下继续上述过程产生放大现象可用towsendgascapacitor模型tgc
X射线残余应力测定方法的原理与应用
残余应力是第一类内应力的工程名称。
残余应力在工件中的分布一般是不均匀的，而且会对工件的静强度、疲劳强度、形状尺寸稳定性和耐蚀性等产生显著的影响。
因此，残余应力的测定非常重要。
残余应力测定方法可分为有损检测法和无损检测法。
有损检测法是通过机械加工的方式将被测工件的一部分去除，局部残余应力得到释放从而产生相应的应变和位移，根据相关力学原理推算工件的残余应力。
常用的有损检测方法有钻孔法与环芯法。
无损检测法是利用残余应力会引起材料中某一物理量（如晶面间距、超声波在材料中的传播速率或磁导率等）的变化，通过建立此物理量与残余应力之间的关系，测定相关物理量从而计算出残余应力。
常用的无损检测方法有X射线衍射法、中子衍射法、磁性法与超声法，其中，X射线衍射法因其原理较为成熟、方法较为完善，是目前在国内外应用最为广泛的方法，其测试设备也越来越完善，既有功能齐全的实验室仪器，也有适用于现场测量的便携式仪器，还有适于特殊场合的专用检测装置。
采用X射线衍射法测定残余应力，最早是由俄国学者在1929年提出，把材料的宏观应变等同于晶格应变。
1961年德国学者基于这个思路研究出sin2ψ法，使得X射线衍射测定残余应力逐渐成为成熟的、具有可操作性的测试技术。
X射线衍射测定残余应力技术经过60余年的发展，已开发出多种不同的测量方法，目前最主要的有sin2ψ法与cosα法两种。
1X射线衍射残余应力测定方法分类为了掌握X射线衍射残余应力测定技术，有必要对其方法进行归纳，具体如下：(1) X射线衍射残余应力测定方法可分为sin2ψ法、cosα法。
(2) sin2ψ法按照残余应力计算方法分类，可分为2θ法、d值法、应变法。
(3) sin2ψ法按ψ与2θ的几何关系分类，可分为同倾法、侧倾法。
(4) 按X射线管、计数管扫描方式可分为固定ψ0法，固定ψ法。
(5) 侧倾法又可分为标准的侧倾法、修改的侧倾法、侧倾固定ψ法。
(6) 测定剪切应力τφ采用的正负ψ测定法。
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B.B rinkm an。
合作者是哥伦比亚大学的S. Kahn。
联合体的其他研究所包括英国莫拉德空间科学实验室、伦敦大学学院和瑞士Paul Scherrer研究所。
光学监视器是一台能用可见光和紫外光研究天空的望远镜。
它是由英国、美国和比利时的研究所联合体制造,由莫拉德空间科学实验室K.O.M as on领导。
虽然与地面望远镜相比,30c m直径的主反射镜并不算大,但当升至地球大气层上时,其性能却与最大和最好反射镜一样。
英国光学表面公司负责生产这二块反射镜。
反射镜以极高的精度涂以铝层,表面最大的“凸起”不大于1nm,或小于单个金原子宽度的一半。
(如将这些反射镜的面积扩大,足以复盖大西洋,其最大的纹波高度小于1 mm)。
经四个月抛光后,这些反射镜在地下车间制造,以减少振动和提供稳定的温度环境。
如果望远镜想要达到寻找几十万个将被X MM发现的新X射线源的目的,必须要有这样的精度。
直到现在,跟踪发现许多X射线源和星系极端困难,因为它们在可见光区非常微弱。
用可见和近紫外光研究用观察站的X射线仪器研究过的相同天空,光学监测站将会克服这个问题。
它还包括一台谱仪,使天文学家知道关于被观察物体的温度和组成等更多信息。
如果所有这些都进行得顺利,X MM将使X射线天文学发生革命。
或许能发现100万个新X射线源,从爆炸的星球到炽热的星际气体和正被扫进黑洞的物质盘。
(范品忠供稿) 收稿日期:2001—06—01X射线的穿透深度高鸿奕 谢红兰 陈建文 徐至展(中科院上海光机所,上海201800)提 要 X射线的穿透深度对硬X射线而言,穿透力是很强的。
对于软X射线,则几乎是不透明的,它随着波长的增加而减弱。
X射线的穿透能力对不同的物质相差也可达10个量级以上。
关键词 X射线, X射线显微术1 从伦琴发现X射线说起 X射线能穿透多深?这似乎是一个无须多加讨论的问题,因为X射线常常给人们一个穿透能力很强的印象。
翻开X射线发现的历史,似乎能一目了然。
1895年11月8日傍晚,伦琴正在维尔汉堡大学做着阴极射线管中气体放电的实验。
为了避免可见光的影响,特地用黑纸将放电室包封,以防止阴极射线和可见光的干扰。
当把高压加到放电管上时,一个奇怪的现象发生了:在离放电管1m多远的实验台上出现浅绿色的亮光。
经过认真观察发现是从一块涂有铂氰酸钡的纸屏上发出的。
他将纸屏移远至2m还有荧光;他又将纸屏翻转过来,仍有莹光出现。
这时伦琴已经意识到,这不是阴极射线,而是一种以前从未发现过的射线,他把这种神秘的未知射线叫作X射线。
在接下去的七周中,他对这种射线的性质作了进一步研究。
发现这种射线是直线传播,既不折射,也不被磁场偏转,尤其是有很强的穿透性,能透过上千页的图书,穿过2～3c m的木板,15mm厚的铝板,但透不过几毫米的铅板。
更有趣的是,在更换各种阻挡物时,他发现了自己手指骨的轮廓。
于是,1895年12月22日,伦琴用这种射线给他夫人拍了世界上第一张骨胳的X光照片,照片上指骨和结婚戒指清晰可见。
当伦琴公布他的研究报告时,全世界为之轰动。
X射线在被发现三个月后,便在维也纳的医院里首次用于人体拍片。
科学上的一个重大发现,能被如此快地应用到实际中去,也是罕见的。
伦琴也因此在1901年12月获得了历史上第一个诺贝尔物理学奖。
可见,X射线从被发现开始,便以它的强穿透性而著称于世。
2 X射线的本质经过近百年的探索与发展,人们已经发现了X射线具有各种波长,对其本质也作了全面的了解。
人们发现X射线的本质和光一样,也是一种电磁辐射,它复盖了从0101nm 到10nm的很宽的波段范围,在电磁波谱中处于紫外线和Χ射线之间。
对应的能量范围从125e V到125ke V。
通常把能量较高的X 射线称为硬X射线,波长在0101nm～011 nm之间;波长在011nm以上的则称为软X 射线。
人们所熟知的具有很强穿透力的X射线,仅仅是整个X射线谱中的一部分。
并非所有的X射线都具有很强的穿透能力。
同一种X射线,在不同物质中的穿透能力也有明显差异[1]。
如:对“水窗”波段的软X射线而言,它穿透生物样品的能力只有几十个微米[2]。
3 X射线的穿透深度X射线的穿透深度可以表示为t0=1ΛmΘ(1) t0为X射线由初始强度衰减到e-1倍时所穿过的样品厚度,Λm为物质的质量吸收系数,Θ为物质密度。
表1列出了X射线对几种典型物质的穿透深度及其吸收系数。
表1 X射线在部分元素中的质量吸收系数Λm(c m2 g)及穿透深度t0(c m)元素波 长(nm)01010105011015110210H Λm0129014001452112131769 t03186×1042180×1042149×1045128×1038171416213Be Λm011301190153441913122178t04120218811030101201001752151×10-4C Λm011401311154139149706760t0210311090118401002042193×10-44120×10-5N Λm01140140213721416149510413 t057141320001033716317301535010768O Λm01140153314531213217515149 t049951013191420217212401322010462Fe Λm01261312392136102971734656t0014879157×10-31137×10-31123×10-41176×10-52172×10-5Pb Λm3141491766161098764822997 t00102551175×10-31131×10-37193×10-51114×10-53179×10-6 上表中H 、N 、O 的穿透深度分别根据各元素对应的单质气体密度计算,C 元素的单质按金刚石计算。
图1 部分元素的X 射线衰减系数及穿透深度图2 X 射线线性吸收系数和电子线性散射系数由表1及图1中的数据可以看出X 射线的穿透能力在0101nm 到210nm 范围内对不同的物质相差可达10个量级以上。
即使对同一种物质,穿透深度也有4个量级的变化。
只有波长较短的硬X 射线才有比较大的穿透深度。
对于较长波段的软X 射线来说,在固体中的穿透深度只有微米量级,在空气中也不到1mm 。
显然对这个波段的X 射线来说几乎没有透明的物质,X 射线只能在真空或H 2、H e 气体中才能传播较长的距离。
值得注意的一个有趣现象是:处于213～414nm 波段的软X 射线有一种特殊性质,就是它对水的透过率比对蛋白质或碳水化合物的透过率高将近一个数量级。
这就是所谓的“水窗”(见图2)波段。
4 X 射线的应用前景“水窗”波段的X 射线的特殊性质,为其对生物样品的成像提供了天然对比度增强机制[3],使得“水窗”波段的成像方法成为对生物样品成像强有力的竞争者。
目前正在发展中的X 射线显微术就是应用之一。
相比之下,电子显微镜的电子束对蛋白质和水,其透过率没有多大差异(见图2),穿透能力也很差,一般的高能电子束约在011Λm 以下,因此需要首先对样品进行脱水、染色、切片等人工处理[4]后才能成像,不能反映活性状态下的样品信息。
把X 射线的穿透性和相干性结合起来,还可以拍摄X 射线全息图。
X 射线全息图不但能记录样品的表面信息,而且能记录样品深部的信息。
记录的全息图不但可以用通常的光学方法观察经过放大的全息像,也可用计算机进行数字重现,得到一系列从不同角度观察的各个断层中具有一定三维立体度的图像。
而用电子显微镜仅仅获得平面的断层图像。
因此X 射线全息对于在细胞水平上对生物样品作全面的、整体的、动态的分析有着极其重要的意义。
迄今为止,由于X 射线的热破坏,我们还无法观察活细胞的内部结构。
然而X 射线激光的研究进展,为我们提供了这方面的可能性。
利用X 射线激光的高亮度和短脉冲的优点,使得在生物样品热破坏之前,就已经记录完毕X射线全息图。
这使我们不但有可能观察活细胞的内部结构,而且可能看到细胞内部分子构成的变化过程。
例如,负责感觉细胞接收信号的分子构成的变化、和视网膜细胞中类脂双层盘上生物大分子的光化学变化,以及信号从一个神经细胞传递到另一个神经细胞时,神经传递质泡如何穿越前突触膜等生物学过程仍然是一些悬而未决的谜。
X射线的特殊性质,必将成为生命科学研究最有效的手段之一。
目前还难以推测它将为生命科学带来何等惊人的变化。
参考文献1 J.C.Sole m,G.C.Baldw in,S icence,1982,218:2292 R.A.London,M.D.Rosen,J.E.T rebes,A p p l.O p t., 1989,28:33973 高鸿奕,陈建文等,软X射线显微术.自然杂志,2001, 23(1):33～394 陈建文,徐至展,朱佩平等,X射线全息术.物理学进展,1995,15(2):125～147The Penetra ti on of X-RaysGao Hongyi X ie Honglan Chen J ianw en Xu Zh izhan(S hang hai Institu te of O p tics and F ine M echanics,A cad e m ia,S inica,S hang hai201800)Abstract T he penetrability is differen t betw een hard X2ray and s oft X2ray.It is very strong for hard X2ray and turn s w eak w ith the increasing of the w avelength.A s for s oft X2ray,it is al m o st opacity.T he penetrati on of X2rays differs by10orders of m agnitude in regi on of0.01nm to2.0nm.(上接第14页)7 小结本文介绍了把数值孔径0185的二组透镜与Ga N半导体激光器组合在一起,采用DVD大小的相变媒体可以实现22Gbyte大容量光盘记录重现装置。
新设计的二组小直径非球面透镜、宽带二轴电磁传动装置大幅度提高了高数值孔径光学传感器的焦点及磁道控制性能,可以作为高传输速度光盘装置使用,并充分确保其性能。