X射线的物理效应
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。
x射线
X射线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。
定义当原子接受外界能量后，原子成为激发态。
当能量不大时，原子中最外层的价电子会跃迁到较高的能级；但当能量极大时，原子内层稳定的电子也会因吸收能量而移向外层或发射出去。
当原子内层失去电子后，外层电子就会移向内层，填补空缺，当原子外层电子移向内层电子空轨道时，放出的能量是移动两个能阶的能量差，这个能量差所形成射线，就是X射线发现1895年11月8日晚，伦琴陷入了深深的沉思。
他以前做过一次放电实验，为了确保实验的精确性，他事先用锡纸和硬纸板把各种实验器材都包裹得严严实实，并且用一个没有安装铝窗的阴极管让阴极射线透出。
可是现在，他却惊奇地发现，对着阴极射线发射的一块涂有氰亚铂酸钡的屏幕（这个屏幕用于另外一个实验）发出了光.而放电管旁边这叠原本严密封闭的底片，现在也变成了灰黑色—这说明它们已经曝光了！这个一般人很快就会忽略的现象，却引起了伦琴的注意，使他产生了浓厚的兴趣。
他想：底片的变化，恰恰说明放电管放出了一种穿透力极强的新射线，它甚至能够穿透装底片的袋子。
不过目前还不知道它是什么射线，于是取名“X射线”。
于是，伦琴开始了对这种神秘的X射线的研究。
他先把一个涂有磷光物质的屏幕放在放电管附近，结果发现屏幕马上发出了亮光。
接着，他尝试着拿一些平时不透光的较轻物质—比如书本、橡皮板和木板—放到放电管和屏幕之间去挡那束看不见的神秘射线，可是谁也不能把它挡住，在屏幕上几乎看不到任何阴影，它甚至能够轻而易举地穿透15毫米厚的铝板！直到他把一块厚厚的金属板放在放电管与屏幕之间，屏幕上才出现了金属板的阴影，看来这种射线还是没有能力穿透太厚的物质。
《医学物理学》课件X射线
《医学物理学》课件：X射线一、引言医学物理学是物理学在医学领域中的应用，为医学研究和临床实践提供理论支持和实验方法。
X射线作为一种重要的医学成像技术，对于疾病的诊断和治疗具有重要意义。
本课件将详细介绍X射线的基本原理、产生方式、成像原理及其在医学领域的应用。
二、X射线的基本原理1.X射线的发现19世纪末，德国物理学家伦琴在实验中发现了X射线。
他发现，当阴极射线管中的电子高速撞击金属靶时，会产生一种穿透力极强的电磁波，即X射线。
2.X射线的特性（1）穿透性：X射线具有很强的穿透能力，可以穿透人体软组织，但无法穿透骨骼和重金属等高密度物质。
（2）荧光效应：X射线照射到某些物质上时，会使这些物质发出荧光，如X射线照射到硫化锌屏上，会发出明亮的蓝光。
（3）感光性：X射线可以激发感光物质，如胶片，产生潜影，从而实现成像。
（4）电离性：X射线具有一定的电离能力，可以使空气分子电离，产生电离效应。
三、X射线的产生1.X射线管X射线管是产生X射线的主要设备，由阴极、阳极和真空玻璃壳组成。
阴极发射电子，阳极接收电子并产生X射线。
阳极通常由钨、钼等高熔点金属制成，以承受高温。
2.X射线发生条件（1）高真空：X射线管内必须保持高真空状态，以避免空气分子对X射线的吸收和散射。
（2）高温阳极：阳极在高速电子撞击下，温度升高，产生X射线。
（3）高速电子流：阴极发射的电子在高压作用下，形成高速电子流，撞击阳极产生X射线。
四、X射线成像原理1.X射线成像X射线成像利用X射线的穿透性和感光性，将X射线透过人体或物体，使感光材料（如胶片）产生潜影，从而实现成像。
2.X射线成像设备（1）X射线摄影（X-rayRadiography）：利用X射线透过人体，使胶片感光，从而获得人体内部结构的影像。
五、X射线在医学领域的应用1.诊断（1）骨折、脱位：X射线成像可以清晰地显示骨骼结构，对骨折、脱位等外伤的诊断具有重要意义。
（2）肺部疾病：X射线成像可以观察肺部病变，如肺炎、肺结核等。
解释x射线与物质相互作用后出现的各种物理现象
解释x射线与物质相互作用后出现的各种物理现象下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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医学物理X射线详解
* 造影术: * 防护材料:
血管造影，胃肠造影（“钡餐”）等。 (钡Z=56) 铅块(Z=82) 造影前
造影后
食管钡餐造影：左图为充盈相，右图为粘膜相。
2. X射线波长()愈长，愈容易被物质吸收衰减。
浅部治疗： 长；
深部治疗：短
* X射线硬化与滤线板： 硬化：X射线经过铜板或铝板后软成分(长)被吸收多， 得到的X射线硬度高(短)，射线谱范围窄。
电子流
靶
2. X射线产生装置
1) X射线管的构造： 外壳：硬质玻璃管，高真空。 阴极：电子源，发射电子流（钨丝）。 阳极：靶，受高速电子轰击而辐射X射线。
金属靶
高能 电子束
阳极
X 射 线
阴极
2. X射线机的基本线路： X射线管
R
管电压 KV
mA
220V
T2 ( 降压变压器）
低压电源
整 流
管电流I
* 定义：物质对X射线强度衰减一半的厚度。 * 表式：
x1/ 2
xm1/ 2
ln 2
ln 2
0.693
0.693
（单位：cm）
m
m
（单位: g/ cm2 ）
物理意义： 物质的x1/2或xm1/2越小,则对X射线衰减越快。 *指数衰减规律第三形式：
x x1/ 2
1 I I0 ( ) 2
光子（h） 连续X射线谱产生的机制：
轫致辐射：
高速电子撞击阳极靶 时，受靶中原子核的库仑 场作用而速度骤减，每个 电子减少的动能转化为一 个光子辐射出来，有X射线 放出。
e
+Ze
e
e
e
10-10m
X射线物理学基础(2)
1. 光电效应 ---光电子和荧光X射线
激发K系光电效应时，入射光子的能量必须等于 或大于将K电子从K层移至无穷远时所作的功WK，即
hγ k =
hc
λk
= ωk
将激发限波长λK和激发电压VK联系起 ，即
eVk = ωk =
hc
λk
hc 12.4 = (nm) λk = eVk Vk
2. 俄歇效应
µl µm = ρ
工作中有时需要计算i个元素组成的化合 物、混合物、合金和溶液等的质量衰减系 数µm。由于µm与物质的存在状态无关， 因此衰减系数可按下式求得： µm=ω1µm1+ω2µm2+…ωiµmi
(3) X射线的吸收曲线 X射线的吸收曲线 如果用σm仍表示散射 系数，τm表示吸收系数。 在大多数情况下吸收系数 比散射系数大得多，故 μm≈τm。质量吸收系数 与波长的三次方和元素的 原子序数的三次方近似地 成比例。
温故而知新
1. X射线的本质 X射线的本质 2. X射线的产生 X射线的产生 (1) 产生条件 (2) X射线管的主要结构 X射线管的主要结构 3. X射线谱 X射线谱 连续X射线谱、特征X 连续X射线谱、特征X射线谱
第三节 X射线与物质的相互作用
【教学目标】 教学目标】
1. 理解X射线的散射与吸收。 2. 掌握X射线的衰减规律及线吸收系数和质量吸收系数。
光电子被被xx射线击出壳层的电子即射线击出壳层的电子即光电子光电子它带有壳它带有壳层的特征能量层的特征能量所以可用来进行成分分析所以可用来进行成分分析xpsxps俄歇电子高能级的电子回跳高能级的电子回跳多余能量将同能级的另多余能量将同能级的另一个电子送出去一个电子送出去这个被送出去的电子就是这个被送出去的电子就是俄歇电子俄歇电子带有壳层的特征能量带有壳层的特征能量aesaes二次荧光高能级的电子回跳高能级的电子回跳多余能量以多余能量以xx射线形式发射线形式发出出
X线的物理特性
X线的物理特性X线是一种电磁波，具有一些特殊的物理特性。
本文将介绍X线的产生、传播、吸收和成像原理，以及在医学、工业和安全检测中的应用。
一、X线的产生X线是通过电子与物质相互作用产生的。
当高速电子通过一定电压加速器时，它们与物质相互碰撞并失去能量。
在这个过程中，电子会发射出X光，也就是X线。
常见的X线产生装置有X射线管和粒子加速器。
二、X线的传播X线在空气中传播时，会以直线形式传播，具有穿透力强、能量高、波长短等特点。
由于X线具有电荷不中性和几乎没有质量的特性，因此在传播过程中不受电磁场的限制。
三、X线的吸收X线在物质中的吸收受到物质的厚度、密度以及材料成分的影响。
在经过物质时，X线会与物质中的原子相互作用，产生散射或吸收。
被吸收的X线能量被转化为物质的离子化和激发，从而产生了用于成像的信号。
四、X线的成像原理X射线成像是通过照射被检体，利用X光的吸收特性来获得被检体的内部结构信息。
当X光穿过被检体时，被吸收的X光将会减弱或完全被吸收，而未被吸收的X光将透射到探测器上形成图像。
通过控制不同的角度和强度，可以得到具有不同对比度和分辨率的影像。
五、X线的应用1. 医学影像学：X射线成像在医学中广泛应用于检查和诊断疾病，如放射线摄影、计算机断层扫描（CT）和X射线衍射等技术。
2. 工业检测：X射线成像可用于工业领域的材料检测和缺陷分析，如无损检测、质量控制和金属结构检查等。
3. 安全检测：X射线安检机广泛用于机场、车站等公共场所，用于检查行李和人体隐蔽物品。
六、总结X线具有穿透力强、能量高、波长短等特点，是一种重要的电磁波。
通过了解X线的特性，我们可以更好地理解X射线成像的原理和应用。
在医学、工业和安全检测等领域，X射线成像技术正发挥着重要的作用，为人们的生活带来了诸多便利。
X射线
一、X 射线性质1、波粒二象性：X 射线的波长约为1281010---m ，是一种波长很短的电磁波，所以具有波动性。
又因E=h ν=h/λ，X 光本身具有能量E ，且具有动量 p=h/λ，所以又具有粒子性。
故x 光本身表现为波粒二象性。
2、直线传播：X 射线具有相当强的穿透力，几乎不产生折射，其折射率为1。
它基本无发散产生，不改变传播方向，沿直线传播。
3、具有杀伤力：可以杀死生物的组织和细胞。
4、具有光电效应：（1）它可以使气体电离，产生电离效应。
（2）它可以使照相底片感光，产生感光效应。
（3）它可以使铂氰化钾溶液发出荧光，产生荧光效应。
（4）当光子能量足够大时，将使被照射原子中的电子被击出成为光电子，原子被激发，而光子本身则被吸收，产生光电吸收或真吸收。
（5）当光子能量进一步升高，将使被照射物原子的内层电子相碰撞，使其激发并形成空位，导致电子重排，产生二次x 射线，即荧光x 射线。
（6）若被照射物原于内层电子空位，被外层电子填补后，其多余的能量不以x 射线的形式放出，而是传递给其余外层电子，使之脱离原子本身。
此种现象称为俄歇效应。
5、散射现象：x 射线与物体碰植将使其前进方向发生改变而产生散射现象。
依据散射线与入射线间是否产生干涉，又可分为相干散射与不相干散射。
6、吸收现象：x 射线穿过被照物体时，因为散射、光电效应和热损耗曲影响、所出现强度衰减的现象称为X 射线的吸收。
二、1、布拉格定律推导：当一束平行X 射线射入晶体后，晶体内部的不同晶面将使散射线具有不同光程。
设一组晶面中，两任意面网间距为d ，则两面网上相邻原子A 和B 的光程差为δ=CB+BD=ABSin θ+ABsin θ=2dsin θ。
因为只有光程差为波长的整数倍时，相邻面网的衍射线之间才能相互干涉而加强成为衍射线，则产生衍射线条件为2dsin θ=n λ。
2、倒易点阵定义：倒易点阵又叫倒易格子，是一种虚构的数学工具，是想象的几何构图，是与晶体点阵互为倒易点的虚点阵，可用于解释衍射图的成因。
X射线与物质的相互作用
X射线与物质的相互作用X射线是一种高能电磁波，具有较短的波长和较高的频率。
当X射线入射到物质上时，它与物质中的原子相互作用，主要有光电效应、康普顿散射和正电子湮灭三种。
首先，光电效应是指当X射线入射到物质中的原子内层电子上时，电子被光子击中后被激发或抛射出原子。
这个过程遵循能量守恒定律，即入射X射线的能量等于光电子的能量加上剩余能量。
光电效应的主要特点是能量转移效率高，但是能量分辨率较差，不适用于微细结构的研究。
其次，康普顿散射是X射线与物质中的自由电子碰撞后散射出去，同时X射线的波长发生了变化。
这个过程遵循动量守恒和能量守恒定律。
康普顿散射在医学诊断中得到了广泛应用，因为它具有良好的能量分辨率和较高的对比度。
最后，正电子湮灭是指当X射线入射到物质中时，一部分入射X射线与物质中的原子碰撞，产生正电子和负电子。
正电子与负电子相遇后发生湮灭，产生两个γ光子。
正电子湮灭谱是通过测量X射线与物质的相互作用，得到信息的有效方法。
除此之外，X射线还会与物质产生其他的相互作用，如光子发射、光子吸收、光子和原子核相互作用等。
这些相互作用过程是多种多样的，可以通过测量入射和散射X射线的强度、能量变化以及角分布来研究物质的结构、成分等信息。
在医学方面，X射线的应用非常广泛。
例如，X射线透视可以用于骨骼和丰富因子的成像，可以用于检查骨折、肺部感染、心脏病等疾病。
另外，计算机断层扫描（CT）是一种通过多个方向的X射线扫描来获取物体横截面图像的技术，可以用于检测和诊断肿瘤、脑血栓等疾病。
在工业领域，X射线也得到了广泛的应用。
例如，X射线非破坏性检测可以用于检测金属和非金属材料的缺陷，如焊缝、裂纹等。
此外，X射线衍射可以用于材料的结晶结构分析，用于研究材料的晶体结构和晶体缺陷。
总之，X射线与物质的相互作用是一种重要的物理现象，具有广泛的应用领域。
通过研究X射线与物质的相互作用机制，可以获得物质的结构、成分等信息，为医学诊断、工业检测等领域提供技术支持。
X射线原理
X射线管
玻璃X射线管 陶瓷X射线管
产生X射线具备的三个基本条件：
X射线衍射应用领域
X射线衍射(XRD)是所有物质，包括从流体、 粉末到完整晶体，重要的无损分析工具。 对材料学、物理学、化学、地质、环境、纳米 材料、生物等领域来说，X射线衍射仪都是物质结 构表征，以性能为导向研制与开发新材料， 宏观 表象转移至微观认识，建立新理论和质量控制不可 缺少的方法。
X射线衍射能解决的问题
1912年德国物理学家劳厄发现了X射线在晶
体上的衍射现象、从而证实X射线是光的一种，
具有波动性；同时又证实了晶体结构的周期性。
同年，英国物理学家布拉格父子用X射线衍射方
法测定了NaCl晶体的结构，开创了晶体结构分析
的历史。此后，用X射线衍射方法确定了数万种
无机和有机晶体结构。除此之外，还提供了其它 方面的应用。
短波限λo与管电压的关系
λo＝1.24/V(kV电压越高，短波限越短。 如果管电压固定，改变管电流或者改变 靶时λo不变。
加管电压＞某个临界值时 在连续谱上会出现强度峰， 峰窄而尖锐。 当改变管电压时这些谱线 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射线的波动性: 在晶体中的散射，衍射现象。 以一定的频率ν和波长λ在空间传播. X射线的粒子性: 与离子碰撞时有能量交换。 由大量不连续的离子流（光子）构成，光子具有一定 的质量m，能量ε和动量Ρ。 波动性和粒子性参量之间存在着特定关系：
X射线基础
7.2 X线摄影检查
• 优点：成像清晰，对比度良好；密度、厚 度差异较大或密度、厚度差异较小的部位 能得到显示；有客观记录。 • 缺点：每一幅照片只是一幅相对的影像， 要建立立体概念需要相互垂直的两个方法 摄影；对功能观察不及透视；费用高。
7.3 X线造影检查
• 人体组织有相当部分只依靠自身的密度、 厚度、原子序数的差异不能在普通摄影检 查中显示。此时，可将原子序数高于或低 于该组织结构的物质引入器官或周围间隙， 使之产生对比影像，此即造影检查。引入 的物质称为对比剂。
3.2.2化学效应
• · 感光作用：X线具有光化学作用，可使摄影 胶片感光。 • · 着色作用：某些物质经X线长期照射后，使 其结晶脱水变色。如铅玻璃经X线长期照射 后着色。
3.2.3生物效应
• X线是电离辐射，它对生物细胞，特别是增 殖性强的细胞有抑制、损伤、甚至使其坏 死的作用，它是放射治疗的基础。
• 5.3.2影响X线强度的因素 • · 管电压（kVp）：X线强度与管电压的平方成正 比； • · 管电流（mA）：X线强度与管电流成正比； • · 靶面物质：在一定的管电压和管电流下，靶物质 的原子序数越高，产生X线的效率就越高； • · 高压波形：X线光子能量取决于X线的最短波长， 即决定于管电压的峰值，整流后的脉动电压越接 近峰值，其X线强度越大。
3．X线的本质与特性
3.2 X线特性
• X线特性指的是X线本身的性能，它具有以 下特性： • 1物理效应 • 2化学效应 • 3生物效应
3.2.1物理效应
• · 穿透作用：X线具有一定的穿透能力。波长越短， 穿透作用越强。穿透力与被穿透物质的原子序数、 密度和厚度呈反比关系。 • · 荧光作用：荧光物质，如钨酸钙、氰化铂钡等， 在X线照射下被激发，释放出可见的荧光。 • · 电离作用：物质在足够能量的X线光子照射下， 能击脱物质原子轨道的电子，产生电离。电离作 用是X线剂量、X线治疗、X线损伤的基础。 • · 干涉、衍射、反射与折射作用：X线与可见光一 样具有这些重要的光学特性。它可在X线显微镜、 波长测定和物质结构分析中得到应用。
X射线的产生、光电效应及其康普顿效应
X射线在医学上有着极为广泛的应用，通过影像学基础知识的学习或者说科普知识的了解，我们大致知道其中的一些原理，然而可能仍然是一种是事而非印象。
近来饶有兴趣地学习原子物理学，对于其中的深层次的东西有所体会，写此文会对大家更深层次地去认识医学影像学和放射肿瘤学较有帮助。
1895年伦琴发现X射线，随后藉此获得第一届的诺贝尔物理学奖，此发现开始了近代物理学的新时期，关于伦琴发现X线的过程不赘述。
简单说X射线产生的原理就是高速运动的电子突然受到物体的阻滞而产生的。
加速（或减速）带电粒子能辐射出电磁波，这是经典电磁波的理论，因此当高速运动的电子在靶上突然受到阻滞时，就会产生电磁波，即X射线。
实际应用中的X线发生器就是用高速电子流撞击钨靶而产生的。
这其中有两个理论我们要搞清楚:(1) 经典电磁波理论与韧致辐射：经典的电磁波理论里面认为“加速（或减速）带电粒子能辐射出电磁波”。
我们如何去理解这个现象？通过中学的物理知识我们知道麦克斯韦的电磁学理论认为电场能够产生磁场，磁场也能够产生电场。
我们是否就可以认为这是电场产生磁场的一种方式？我个人认为这个理解肯定是不全面的。
由于还没有去学习电磁学的相关知识，暂时是我的一个疑问。
当带电粒子与原子（或原子核）相碰撞，发生骤然减速时，由此伴随产生的辐射称为韧致辐射(相反的，带电粒子加速运动时同样可以产生辐射，称为同步辐射，这种射线由于其独特性能也有着广泛的应用)，其强度反比于入射带电粒子质量平方，正比于靶物质核电荷的平方（为什么会这样？从核库仑力方面去理解）。
由于这种骤然减速是在靶物质核库仑力作用下连续变化的，因此这种X线谱也是一种连续谱。
医学、工业等方面应用的主要也就是这部分连续谱。
电子与靶物质碰撞时，除了产生辐射，还会发生弹性碰撞，这两种作用方式都会损失能量，碰撞就产生热量，二者之比为：碰撞损失/辐射损失=800Mev/T*Z。
其中T代表的是电子的动能，Z代表的是靶物质的原子序数。
X射线的产生及其物理作用
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
X射线(伦琴射线)的特性
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
《材料科学研究与测试方法》第二章 X射线的物理基础
m 为质量吸收系数，反映了单位质量的物质量对X射线的衰减程度。
m K43Z3
m K
L1 L2 L3
O
K
L1
L3
L2
<
吸收谱：
k < k < k
2．4．3吸收限的作用
吸收限的作用主要有两个：选靶材和滤片。
1．选靶材
目的：保证靶材产生的特征X射线不被样品大量吸 收，从而产生衍射花样。故依样品而定。
0.165919
0.150014
0.154184
0.139222
0.071073
0.063228
K吸收 限
K/nm
0.20702
0.17434 6
0.16081 5
0.14880 7
0.13805 7
0.06197 8
Uk /kV 5.43,5.98 6.4,7.10
6.93,7.71 7.47,8.29
注意：发生二次特征时，吸 收很强，难以再衍射。衍 射的作用内层电子，并未 打飞，而仅是原位振动， 产生与入射X射线一样的 波长，从而发生相干，形 成衍射。
c
h K h W K K
K
hc eU K
1240 UK
K、K 、Uk分别称为K系 的激发频率、激发限波长
和激发电压。
注意点：
1）激发限波长K与前面讨论的连续特征谱的波长限0形式相似。K是能产生二次特 征X射线所需的入射X射线的临界波长，是与物质一一对应的常数。而0是连续X射线谱 的最小波长，是随管压的增加而减小的变量。二次特征X射线是由一次特征X射线作用物 质（试样）后产生的，而连续X射线是由电子束作用物质（靶材）后产生的。
8.04,8.86 17.44,20.0
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
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X射线的物理效应
（1）穿透作用。
X射线因其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，表现出很强的穿透能力。
X射线穿透物质的能力与X射线光子的能量有关，X射线的波长越短，光子的能量越大，穿透力越强。
X射线的穿透力也与物质密度有关，利用差别吸收这种性质可以把密度不同的物质区分开来。
（2）电离作用。
物质受X射线照射时，可使核外电子脱离原子轨道产生电离。
利用电离电荷的多少可测定X射线的照射量，根据这个原理制成了X射线测量仪器。
在电离作用下，气体能够导电；某些物质可以发生化学反应；在有机体内可以诱发各种生物效应。
（3）荧光作用。
X射线波长很短不可见，但它照射到某些化合物如磷、铂氰化钡、硫化锌镉、钨酸钙等时，可使物质发生荧光（可见光或紫外线），荧光的强弱与X射线量成正比。
这种作用是X射线应用于透视的基础，利用这种荧光作用可制成荧光屏，用作透视时观察X射线通过人体组织的影像，也可制成增感屏，用作摄影时增强胶片的感光量。
（4）热作用。
物质所吸收的X射线能大部分被转变成热能，使物体温度升高。
（5）干涉、衍射、反射、折射作用。
这些作用在X射线显微镜、波长测定和物质结构分析中都得到应用。