现代材料微观分析测试技术课题论文

现代材料微观分析测试技术课题论文-- X射线及产生原理

摘要：简单介绍X射线机器在生活、医学等方面的应用及其发展，并详细描述X射线的产生原理，由此对X射线产生更加深刻的理解。

关键词：X射线伦琴波长电磁辐射电磁波波粒二象性

姓名：邵硕

专业：材料成型11-3

学号：14115422

2014.5.1

X射线是波长介于紫外线和γ射线间的电磁辐射。X射线是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为（20～0.06）×10-8厘米之间。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。伦琴射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应，波长越短的X射线能量越大，叫做硬X射线，波长长的X射线能量较低，称为软X 射线。波长小于0.1埃的称超硬X射线，在0.1～1埃范围内的称硬X射线，1～10埃范围内的称软X射线。

X射线的特征是波长非常短，频率很高。因此X射线必定是由于原子在能量差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流。X射线（英语：X-ray），又被称为艾克斯射线、伦琴射线或X光，是一种波长范围在0.01纳米到10纳米之间（对应频率范围30 PHz30EHz）的电磁辐射形式。X射线最初用于医学成像诊断和X射线结晶学。X 射线也是游离辐射等这一类对人体有危害的射线。

1906年，实验证明X射线是波长很短的一种电磁波，因此能产生干涉、衍射现象。X射线用来帮助人们进行医学诊断和治疗；用于工业上的非破坏性材料的检查。

X射线是波长范围在0.01纳米到10纳米之间（对应频率范围30PHz到30EHz））的电磁波，具波粒二象性。电磁波的能量以光子(波包)的形式传递。当X射线光子与原子撞击，原子可以吸收其能量，原子中电子可跃迁至较高电子轨态，单一光子能量足够高(大于其电子之电离能)时可以电离此原子。一般来说，较大之原子有较大机会吸收X射线光子。人体软组织由较细之原子组成而骨头含较多钙离子，所以骨头较软组织吸引较多X射线。故此，X射线可以用作检查人体结构。

X射线和其他电磁波一样，能产生反射、折射、散射、干涉、偏振和吸收等现象。但是，在通常实验条件下很难观察到X射线的反射。对于所有的介质，X射线的折射率n都很接近1（但小于1），所以几乎不能被折射到任一有实际用途的程度，不可能想可见光那样用透镜成像。但一位n非常接近1，所以只有在及其精密的工作中才需考虑折射对X射线作用介质的影响。X射线能产生全反射，但其掠射角极小，一般不超过20’~30’。

X射线在军事、医疗卫生、科学及工农业各方面有着广泛的应用。

（1）应用医学诊断

因为X射线的波长很短，因此穿透本领很强。X光能穿过肌肉，

但不能穿过骨头。在医学上可以用作人体的透视，检查体内的病变和骨骼情况,例如在医院中医生利用X光片查看病人的骨头是否折断。在一个暗的背景上，骨头会清晰地呈现出来。照片上就是通过X光显示出来的人手的骨骼。如果骨折的话，在底片上的阴影里很容易找到断裂处，因此，X 射线首先就被应用到外科探伤中去。X 射线被发现3 个月后，奥地利维也纳一家著名的医院，就开始在外科诊断中

用X 射线来拍片了。半年之后，英国就出版了第一本X 射线研究的专业杂志《X 射线临床摄影资料》。X 射线在医学诊断上的应用如燎原之火，如今，拍X 光片已成为医学诊断中一种常用的手段了。可是，这一切都源于1895 年伦琴的一次意外发现，以及他对这一奇怪现象所进行的深入研究。由

此可见基础研究的深远意义。

从本世纪60 年代起，南非出生的美国物理学家科马克和英国电气工程师豪斯菲尔德，提出了

用计算机控制的X 射线断层扫描原理，并发明了X 射线断层扫描仪( 简称CT 扫描仪)。这一发明使医生们能看到人体内各种内脏器官的横断面图

象，因而能准确诊断许多病症，大大丰富了医用X 射线诊断的内容。他们两人也因此而荣获1979 年度的诺贝尔生理学及医学奖。

（2）窥探物质结构

正当X 射线在医学诊断中大显身手时，它的另一个重要应用也显露端倪。1912 年，德国物理学家劳厄大胆假设，如果X 射线是一种波长很短的电磁波，晶体中的原子又都按一定规则排列

的话，当X 射线穿透晶体时，应当跟光线穿过衍射光栅后一样，也会出现衍射图样。他的这一设想不久就被实验所证实。规则分布在感光底片上

的衍射黑点，被称为“劳厄图样”，它就是晶体的微观结构在宏观上的体现。劳厄的成功可谓是

一箭双雕：既证明X 射线具有波动性，又证明晶体中的原子是有规则排列的。为此，他荣获了1914 年度的诺贝尔物理学奖。紧接在劳厄之后，1915 年度的诺贝尔物理学奖被授予英国物理学家布拉格父子俩，原因是他们在劳厄工作的基础上，提出了“布拉格公式”。这一公式可以使人们在研究

被晶体散射的X 射线的情况后，求得晶体中原子平面间的距离d，从而精确测定晶体的实际原子结构。

1917 年，英国物理学家巴克拉又因研究X 射线而获得诺贝尔物理学奖。他的贡献是发现了元

素的X 射线标识辐射，人们可以根据元素所发射的标识X 射线，来确定这种元素在周期表上的排位，从而决定它是什么元素。瑞典物理学家西格巴恩又进一步建立了X 射线的光谱学，并为此荣获1924 年度诺贝尔物理学奖。

仅利用X 射线研究物质结构，在短短十年中就有4 次5 人获得诺贝尔物理学奖。基础研究之重要性，在此一览无遗。

（3）利用射线制备一种神奇的热收缩材料。

塑料在人们日常生活中应用广泛，其中聚乙烯材料就是一种乙烯单体聚合而成线状分子的集合体，市场随处可见，但是它们不具有热收缩性能，它们不管膜，还是管材在商店里是什么样，应用时就是什么样。

所谓热收缩材料就是该材料经加热以后即收缩变形。如冷时是一个粗管，当加热以后可以收缩成细管，并紧贴在其附着的物体表面，从而可保证物体的绝缘或保证金属表面的防腐。如果材料是薄膜，用此包装食品，一经加热即膜材料收缩紧包住食品，使食品空气隔绝，起到保鲜作用。

（4）除这些之外还有，墙壁厚度测量，测量尺寸的复杂变化，测量密度变化，透视复杂物体的内部结构，产生组件缺陷位置的影像。

在机场里，X光被用于检查旅客的行李中是否带有危险品。当包裹通过机器时，屏幕上就会显示出包里装的是什么。在古埃及，为了防止尸体腐烂，人们用布把尸体裹起来。这种用布包裹的尸体叫做木乃伊。现代的科学家能够利用X光观察木乃伊的内部。在工业上用作零件探伤，检查金属部件有没有砂眼、裂纹等缺陷无损探伤X–射线。

1895年德国物理学家伦琴(W．C．RÖntgen)在研究阴极射线管中气体放电现象时，用一只嵌有两个金属电极(一个叫做阳极，一个叫做阴极)的密封玻璃管，在电极两端加上几万伏的高压电，用抽气机从玻璃管内抽出空气。为了遮住高压放电时的光线(一种弧光)外泄，在玻璃管外面套上一层黑色纸板。他在暗室中进行这项实验时，偶然发现距离玻璃管两米远的地方，一块用铂氰化钡溶液浸洗过的纸