X射線與物質(zhì)的相互作用

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1、燃料耗盡而塌坍的脈沖星“PSRB1509-58”其釋放的美麗X射線星云的直徑長(zhǎng)達(dá)150光年?！坝钪嬷帧鄙煜蚬饷⑻祗wGROJ1655-40可能是一個(gè)正在快速旋轉(zhuǎn)的黑洞美國(guó)宇航局快速號(hào)人造衛(wèi)星觀測(cè)到的發(fā)生在130億年前的爆炸。宇宙創(chuàng)始之后將近九億年，迄今為止人們所觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的星體爆炸。錢德拉太空望遠(yuǎn)鏡§1.1X射線的物理基礎(chǔ)一、X射線學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史倫琴W.K.R?ntgen（1845-1923）1895年發(fā)現(xiàn)X射線1910年第一張諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1912年勞厄：勞埃方程1914年獲諾貝爾獎(jiǎng)1913年布拉格父子：布拉格方程1915年獲諾貝爾獎(jiǎng)所在電磁波段1.1.2X

2、射線的本質(zhì)①X射線以光速直線傳播，c＝2.998×108m/s。②X射線的波長(zhǎng)范圍是：λ＝10～0.001nm。在材料研究中，用于晶體結(jié)構(gòu)分析時(shí)，X射線的波長(zhǎng)范圍一般在0.25～0.05nm之間，若用于探傷，其波長(zhǎng)一般取0.1～0.005nm。③X射線之間可以相互作用，產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象。一、波動(dòng)性①X射線是由大量以光速運(yùn)動(dòng)的粒子組成的不連續(xù)粒子流，這些粒子稱為光量子。每個(gè)光量子的能量：ε＝h·νh—普朗克常數(shù)，6.63×10－34J·s；ν—X射線頻率，ν＝c/λ，λ—X射線波長(zhǎng)由于X射線的波長(zhǎng)很短，所以X射線的能量很大。②X射線可以與原子、電子相互作用，

3、產(chǎn)生光電效應(yīng)、熒光輻射等現(xiàn)象。二、粒子性三、穿透能力強(qiáng)X射線穿透能力強(qiáng)。它能夠穿透木塊、玻璃，甚至金屬（“鉛”除外）。伽瑪射線、微中子（中微子）穿透力更強(qiáng)。這個(gè)50,000噸的巨型圓柱中微子探測(cè)器，座落在日本kamiokamozumi礦山的地下1,000米深處，用來(lái)做探測(cè)中微子、質(zhì)子衰變、宇宙射線等等研究。它的“超凈化注水墻壁”上安裝了大約12,000個(gè)超敏感的光電倍增管，這使它看上去帶有科幻電影般的恐怖美麗。第一節(jié)X射線的物理基礎(chǔ)1.1.1X射線的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用1.1.2X射線的本質(zhì)1.1.3X射線的產(chǎn)生及X射線管1.1.4X射線譜（X—rayline）1.1.

4、5X射線與物質(zhì)的相互作用一、X射線的產(chǎn)生1.1.3X射線的產(chǎn)生及X射線管質(zhì)子相互碰撞大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)位于瑞士、法國(guó)邊境地下100米深的環(huán)形隧道中，隧道全長(zhǎng)達(dá)27公里由高速運(yùn)動(dòng)的粒子與某種物質(zhì)相撞擊后猝然減速，釋放大量的動(dòng)能，從而激發(fā)物質(zhì)中的內(nèi)層電子發(fā)生跳越，而產(chǎn)生的一種電磁波。連續(xù)譜不同電子，損耗不同，轉(zhuǎn)變的X—ray光子能量不同，其波長(zhǎng)就不同。由于存在大量電子，故可以得到各種波長(zhǎng)的X—ray，從而形成連續(xù)X—ray譜。標(biāo)識(shí)譜–能級(jí)躍遷特征X射線的產(chǎn)生過(guò)程：原子激發(fā)→電子躍遷→釋放能量→產(chǎn)生特征X射線二、產(chǎn)生裝置①高壓變壓器通過(guò)它提供幾十～幾百千伏的高壓使熱輻射

5、電子加速，形成高能電子。②鎢絲變壓器為鎢絲供電，提高鎢絲的工作溫度以便能夠輻射出大量電子。③X射線管產(chǎn)生X射線是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件。4-陽(yáng)極；5-陰極；6-電子；7-X射線熱陰極X射線管（也稱電子式X射線管）工作時(shí)溫度超2000℃能連續(xù)地輻射出大量電子常用材料：Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ag、W等陰極射線管顯示器發(fā)出電磁場(chǎng)和輻射：X射線、紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、微波、射頻、VLF場(chǎng)（甚低頻場(chǎng)）和ELF場(chǎng)（極低頻場(chǎng)）。X射線管上海大光源同步輻射XRD裝置電子儲(chǔ)存環(huán)旁實(shí)驗(yàn)站三、X射線的產(chǎn)生條件①能產(chǎn)生自由電子的電子源（陰極）；②能阻礙自由電子運(yùn)動(dòng)的障礙（

6、陽(yáng)極靶）；③能夠使自由電子高速定向運(yùn)動(dòng)（加高壓）；④能夠保持電子流穩(wěn)定（加高真空）。冷陰極X射線管（離子式X射線管）：先通過(guò)電離，產(chǎn)生正離子；然后用正離子撞擊陰極，放出電子；再讓電子高速運(yùn)動(dòng)，撞擊陽(yáng)極，產(chǎn)生X射線。第一節(jié)X射線的物理基礎(chǔ)1.1.1X射線的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用1.1.2X射線的本質(zhì)1.1.3X射線的產(chǎn)生及X射線管1.1.4X射線譜（X—rayline）1.1.5X射線與物質(zhì)的相互作用X射線譜是指X—ray強(qiáng)度I隨波長(zhǎng)λ而變化的關(guān)系曲線。1.1.4X射線譜（X—rayline）兩種類型：①連續(xù)X—ray譜是從某一短波限λ0開(kāi)始，直到波長(zhǎng)等于無(wú)窮大λ∞的一系列

7、波長(zhǎng)構(gòu)成，也稱為白色X—ray。②特征X—ray譜：是具有一定波長(zhǎng)的若干特強(qiáng)的X—ray，疊加在強(qiáng)度連續(xù)平滑變化的連續(xù)譜之上，也叫標(biāo)識(shí)X—ray。一、連續(xù)X—ray譜1、實(shí)驗(yàn)規(guī)律連續(xù)X—ray譜具有下述規(guī)律：隨管電壓V增大——①各種波長(zhǎng)射線的相對(duì)強(qiáng)度I（λ）一致增高。②最高強(qiáng)度X—ray的波長(zhǎng)λm變短。③短波限λ0變小，即λ0向左方移動(dòng)，同時(shí)，波譜變寬。可見(jiàn)：管電壓既影響X—ray的強(qiáng)度，也影響X—ray的波長(zhǎng)范圍。④若管電壓V保持恒定增大管電流I，則強(qiáng)度一致增高；但波長(zhǎng)λm、λ0數(shù)值大小不變，即管電流不影響波長(zhǎng)。⑤若改變陽(yáng)極靶元素則X—ray譜形式不變，上述

8、規(guī)律也不變，但譜線位置變化。通常，隨著