X射线的产生及其特点

1、职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库教学资源库主讲教师：宋学平金属材料检测技术课程 兰州石化职业技术学院X射线的产生及其特点金属材料检测技术职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 X射线谱及其组成 产生X射线的条件21 X射线的产生机理 3目 录金属材料检测技术职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库1、产生X射线的条件 X射线是由高速运动的电子与物质的相互作用产生的，从本质上讲，当高速运动的电子与原子内部的原子核或核外电子作用时，以X射线的形式释放能量。 产生X射线须具备的条件包括： （1）电子源将金属丝（一般为钨丝）通电加热到白炽状态使电子逸出成为自由电子，通常将金属丝称之为“灯丝”

2、。 （2）加速电子一建立高压电场，灯丝与阴极相连，使电子在电场作用下飞向阳极。金属材料检测技术职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 （3）电子聚焦将灯丝置于杯状或槽形阴极聚焦窒中，使电子聚成一束定向发射。 （4）接受电子轰击的靶将一块高熔点金属（一般为钨）嵌入阳极，接受电子轰击。 （5）高真空度用玻璃或其它材料作成壳体，使阴极和阳极之间保持高真空度，以保证高速电子不受气体阻挡、灯丝不被氧化。 满足上述条件的装置称之为“X射线管”。 金属材料检测技术职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库2、X射线谱及其组成 X射线波谱由连续谱和标识谱两部分组成。 连续谱：加速电压不太高时,X射线的强度随波

3、长连续变化. 线状谱：加速电压达一定值时,连续谱上叠加着某些尖峰，称为特征谱。特征谱峰值对应的波长取决于靶材，可用来识别元素。 钼靶的标识谱叠加在连续谱上。1210相对强度0.02 0.04 0.06 0.08 1.00/nm20kV30kV40kV50kV35kV K K86420金属材料检测技术职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 3、X射线的产生机理 （1）连续谱的产生及特点 高速电子与原子核外库仑场作用产生的X射线叫做连续X射线（又叫做多色X射线、白色X射线或韧致辐射）。 当高速电子与靶相撞时，受原子核外库仑场的作用，运动方向发生偏转且速度减慢，这时电子的一部分能量便以X射线的形式

4、释放出来。 由于高速电子的能量不同，受阻程度和减速过程不同，所以产生的X射线具有各种波长，其波谱呈连续分布。金属材料检测技术职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 在X射线的连续谱中存在着一个最短的波长，其值可以用下式计算： 式中：V管电压，单位kV。 由上式可以看出，连续X射线的波长（能量）取决于管电压。管电压越高，波长越短，X射线的能量越高。 在连续谱中，最大强度对应的波长为： 检测中，最大强度波长为中心的邻近波段的射线起主要作用。 m in.(VA )12 4IMm in= 1.5金属材料检测技术职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 高速电子轰击靶时产生的X射线总强度由下式确定：

5、式中： I管电流 Z靶材料的原子序数 V管电压（单位V） 由上式可知，连续X射线的强度取决于管电流、管电压和靶材料的原子序数。2IZVKIiT9104.11.1iK金属材料检测技术职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 波长 波长相对强度相对强度a）不同管电流b）不同管电压X射线谱图：金属材料检测技术职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 X射线的产生效率可由下式确定： 式中： Z靶材料的原子序数； V管电压（单位KV）。 由上式计算可知，X射线的发生效率是相当低的，例如，当管电压为100kv时，其X射线发生效率只有1%左右。 在X射线产生过程中，能量转换方式主要是热，高速电子的绝大部分能

6、量都转变为热量。iK. .61 11 410iZVKViZVKViIii2Ti金属材料检测技术职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 （2）标识谱的的产生及特点 当X射线管两端所加的电压超过某个临界值Vk时，波谱曲线上除连续谱外，还将在特定波长位置出现强度很大的线状谱线，称为标识谱，Vk称为激发电压。 不同靶材的激发电压各不相同，钨69.51kV，钼20.0kV。 标识谱的产生机理是：管电压超过Vk，阴极发射的电子获得足够能量，它与阳极靶相撞时，将其内层电子逐出壳层之外，使该原子处于激发态。此时外层电子将向内层跃迁，同时放出1个光子，光子的能量等于发生跃迁的两能级能值之差。hEEE12金属材

7、料检测技术职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 电子在不同的轨道之间跃迁产生不同的标识X射线，例如L、M、N层电子向K层跃迁产生K系标识X射线，M、N层电子向L层跃迁产生L系标识X射线，依次类推。 标识X射线呈单个或多个线状谱，其能量与高速电子的能量无关，取决于轨道电子的能级和能级差，只与靶材料的原子结构有关。 标识X射线可用于金属成分和结构分析。由于能量很低，在射线探伤中作用不大。 金属材料检测技术职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 （3）连续X射线与标识X射线的区别 产生机理。连续X射线是高速电子与原子核外库仑场作用产生的；标识X射线是高速电子与原子的内层轨道电子作用产生的。 频谱。 连续X射线是连续谱，标识X射线是线状谱。 能量。连续X射线的能量取决于管电压，标识X射线的能量与管电压无关，只取决于靶材。 标识X射线能量低、线质软，在检测中基本上不起作用，工业探伤中起作用的主要是连续X射线。金属材料检测技术职业教育材料成型与控制技术专业教学资源