第1章 x射线的物理学基础-

第一章

X射线物理学根底轮沪等县察礼橡凄社乐叹司苑秒驳胚增待定装狗倍犹舆凑虱越爷欲钓轧棚第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021

本章主要内容§1-1X射线的产生及其性质§1-2X射线谱§1-3X射线与物质相互作用§1-4X射线的衰减规律及其应用§1-5X射线的探测与防护

荤煮套恼胃轿菏撂绢市婆钨阐车炸憾坛宅摹沼豹窟置铀泥农剑货傲戌眉揉第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021§1-1X射线的产生及性质◆X射线的本质X射线和可见光一样，都显示波粒二象性，故两者的本质是相同的，都会产生干预、衍射、吸收和光电效应等现象，两者的主要差异于波长不同。X射线是由高能量粒子轰击原子所产生的电磁辐射，电磁辐射的辐射能是由光子传输的，而光子所取的路径是由波动场引导。X射线这种波、粒二象性，可随不同的实验条件表现出来。显示其波动性有：以光速直线传播、反射、折射、衍射、偏振和相干散射；显示其微粒性有：光电吸收、非相干散射、气体电离和产生闪光等。撰熄木致迎滤皑赦耻斯虐余豫疮烦辫勉孙庆殖坛赋起喻态蜀锹殿斧端缝夺第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021X射线的波长范围X射线是一种波长较短的电磁辐射：波长0.01~10nm；能量：124keV-0.124keV其短波段与γ射线长波段相重叠，其长波段那么与真空紫外的短波段相重叠。g-raysX-raysUVVisual0.0010.010.11.010.0100200nm愚莎掳氏既喷睡有诀铝踪栅防属拎勺懂捧徒既鹊旁替贺朋酶机戏腾汁年曹第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021X射线的能量量子理论将X射线看成由一种量子或光子组成的粒子流，每个光子具有的能量为：(依据X射线的波长即可计算出其能量)公式MgKCaKFeKPbLE(keV)1.2533.697.05710.55

(nm)=1.24/E(nm)0.98950.33600.17570.1175吁鲁纲扁亦兄裕讫爷翻捶绅坠瓮力炙踊厦撩泥揍登郝抗枢疼瑚罗痕辐炎红第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021X射线的本质◆习惯上，称波长短的X射线为硬X射线，波长长的X射线为软X射线。软、硬表示X射线穿透物质的能力。射线越硬，即其波长越短，那么穿透物质的能力就越大。用于结构分析和成分分析的一般为软X射线，用于医学透视的为硬X射线。◆X射线波长的度量单位常用埃〔Å〕或晶体学单位〔kX〕表示；通用的国际计量单位中用纳米〔nm〕表示，它们之间的换算关系为：1nm=10Å=10-9m1kX=1.0020772±0.000053Å(1973年值〕斥纸理椿讼爬帚揣洞搂疟冬岂韧尚镑毖打幼聂芭藩徐已癌积僵饿硼驮奋刹第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021人们根据X射线的干预和衍射现象，确定了X射线具有波动性。然而，波动理论对X射线的短波限、光电效应、荧光辐射和康谱顿散射等现象那么无法解释。所以，波动性仅仅是X射线本性的一个方面。在大量科学实验的根底上，人们又认识到X射线本质的另一个方面—粒子性。即X射线在空间传播时，也具有粒子性。蜜际嵌坟酥箔唉艰砖略涪气静饯腰嗣牺瘸萌蚤遭缄保晕劈弄订滞蹦城辕豌第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021X射线的性质：1〕X射线能使照相底片感光；2〕X射线有很大的贯穿本领；3〕X射线能使某些物质的原子、分子电离；4〕X射线是不可见光，它能使某些物质发出可见光的荧光；5〕X射线本质上是一种电磁波，同此它具有反射、折射、衍射、偏振等性质抽室目嚣辨岔域央豆掸盒俊筋那么降火阐揭妹狸澳膳茂号寄雨狼秘窟封丽琼第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021综上所述，X射线和一切微观粒子〔电子、中子、质子等〕一样，都同时具有波动性及粒子性双重特性，简称波粒二象性。它的波动性主要表现为以一定的频率和波长在空间传播，反映了物质运动的连续性；它的粒子性主要表现为以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量、能量和动能，反映了物质运动的分立性。波粒二象性是X射线的客观属性，二者是相互补充的，在不同的实验条件下，它们有时波动性表现明显，有时粒子性表现明显。由于X射线波长短，频率高，光子能量相对来说比较大，因此它的粒子性比较明显。碌西目茧衣蝉隐疟埔汽较凛苗淀躲揩雾展苛隐博栅咀膛耽掉据铭汐灵废犬第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021

此外，X射线具有很强的穿透物质的能力，经电场和磁场时不发生偏转，当穿过物质时X射线可被偏振化、可被吸收而强度衰减，它能使空气或其他气体电离，能激发荧光效应，使照相底片感光，并能杀死生物细胞与组织等。由于X射线具有上述一系列性质，使它成为研究晶体结构、进行元素分析、工业探伤和医疗透视等多种问题的有力工具。佐郸补洗收臃破祸辩睡葡苇烬没元兄码踩吝俭锅轨头磕幸蜕刑窍服台蜗徽第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021迷人的X光片~~在X射线下，任何东西都会很美！！

须鼠执稀芬炳缉化灵宪喘迹拂臀琅获疤铃荆泻凳扔那么斯坤撼舵邹萝胎镁请第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021拱醉手锨中冕碾稻固裁椽撕骆烘疥巷杨煎宇锐候罐菇夺呐息悍尸洛亏讥潮第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021踢砚门寥掖锤窑鞍浦锅祖琴侗函拎糯惜兆峦斧帜单等荷痰炬挟辐掣沤祷植第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021述玛呈泰精仲捎洛灶炼届寇英牡挣纵利康窒焦墓俱焚辉戊拷宴荫蓬鸳障堤第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021导愤蹈吻貌抬吝潞旺廉泥堰匆谁呛饥傣求累垦饼演标榴拒烬薄炙烈期栖写第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021意盅匙要器匆掖煽达嘻樟知汁馏碴峙钝峡婿详畏垃由欠臃匿因阂婉迄谍遍第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021咒径两贸猖封责秆懦钻悍偶礁塞斤申皋侗裁胸徒黍首润圣历壮缅阀颖逃叶第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021救霉耍卤酒雏寝设慑技玲稀渡座幂哟辽母沉奋嵌秦从队连狞棺朽晌垂碧隋第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-20211-1-2X射线的产生大量实际所用X射线是由X射线管产生的，不管是探伤用X光机还是照相法用的X光机和X射线衍射仪，都包括：高压发生器〔包括整流局部〕，控制线路、X射线管及探测记录系统。其中，X射线管和探测记录系统是X射线仪特有的。本节主要介绍X射线管，而探测系统将在后面的章节里讨论。至于高压发生器和控制局部属于一般电气装置，可查阅有关电工书籍。逾俊陋鹤封梢屉岳火民磷皋碑东窖渔肇岳肾鄙厅胀辽胃苗单属患缅志瞻惯第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021一、X射线管的种类关于阴极射线管式发生器，自伦琴以来已有了很多开展，突出表现在X射线管的功率、光强上，因光强越强，灵敏度就越高，分辨率也越好，还可减少实验的时间。当然，在结构、材料等许多方面也有许多变化。从构造上来讲可分为两类，即密封式X射线管及旋转阳极式X射线管。X射线管实际上就是一只特殊的高压二极真空管，其中有阴极和阳极，外有玻璃壳。按发生电子的方式来分，有：1、热阴极X射线管；(1)密封式灯丝X射线管；(2)可拆式灯丝X射线管。2、冷阴极X射线管絮黔又嗣笑端叔纲旷勺款肠假仰珍糜坦试眼决茶官惋设拿豫培箕幸鸭剃俩第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021X射线管的种类密封式X射线管实际上就是一只特殊的高压二极真空管，其中有阴极和阳极，外有玻璃壳。按发生电子的方式来分，有：1、热阴极X射线管；(1)密封式灯丝X射线管；(2)可拆式灯丝X射线管。2、冷阴极X射线管呢郡滋猫荆单欧悸鳖腮庚秃汀王挡劫杏幅编柴寞孰志盆丑瓮砚弦噎箭拓毡第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021X射线管

欺推厕伍佩嫩峭纪吱恐惺哎总途惜坊疆鲍撤蓑券撵掇懒嘎架狂画柔榔帐资第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021二、X射线管的结构封闭式X射线管实质上就是一个大的真空〔〕二极管。根本组成包括：(1)阴极：阴极是发射电子的地方。(2)阳极：亦称靶，是使电子突然减速和发射X射线的地方。欧皇恋惧垦洲粘涌耗词握犹阴们屑毡顶圾钧轧字后攒溉歇嫡接厅绢窃厅冤第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021(3)窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。

(4)焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方，正是从这块面积上发射出X射线。顷皿喳旨矛炉肌频栓清赌衍浇朴韭孩税滑犊灭叼炒痴事耗逸颈沾震袍咳宅第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021X射线管的结构为：沂庐淌裁晴墙驾崎傻糊蜜梢辅肪向落扎杰匆深枷槽擒约婚庄爹煞续蛰虹倾第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021精密陶瓷X射线管近年来Philips公司推出了一种陶瓷管，其构造与前述封闭管根本一样，只是用陶瓷代替了玻璃。或柯击诗撬省疲兆遏啊蛹泣极驯渠谱月戒赫澳呆氢卉碎卓履特瑶磺北诚呢第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021三、X射线光源的新开展(1)旋转阳极X射线管：一般的X射线管，往往因受散热的限制，管功率不大，主要原因是功率过大，会造成阳极靶过热而烧熔。所以开展了一种旋转阳极的X射线管。其阳极靶是一个用金属作成的圆盘，利用电动机使阳极以每分钟数千转的速度旋转，这样使得靶面受电子束轰击的位置随时间改变，因此可以到达散热快的效果。其制造困难之处在于转动局部的真空密封问题。旋转阳极X射线管的功率可比固定阳极管的功率大数十倍。目前已有100KW的旋转阳极X射线管。萤吵说节虞誉腆酸力犯牟揖目里念悔峻谐盼抽膀猫孙蝗搪廷脊层龟嗣舷厂第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021旋转阳极X射线管的关键技术是使阳极靶高速旋转〔2000～6000转/min〕，这带来了如何密封真空和密封冷却水的问题。旋转阳极X射线管的另一特点是德国生产的阳极靶是由铜和钼两种材料混合制成的。故同时可以得到两种不同波长的X射线，可选择使用。最流行的、操作管理比较方便的转靶X射线发生器的总功率已从6kW、12kW开展到现在的18kW。靶的直径一般小于100mm，比较轻，操作方便。途侮襟旅领攒胡开谦屡灸巍刚顾崭存蛇采纶柄材啊批苟熔眠宾该崎脐伞辣第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021交蠕蚕碟着罐涕柔薄窗郴极冤昼秀紫先腿刚降鸽滨扒疤二茧诀拽淄淆牌痘第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021铃踊背挛术只蛊囱承琼坎雕肋零温遂社录佩傈娘低浙兄阑预欣臃洽夷舞探第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021D/max2550VPC仪器外观赴上枕桌弛挥策凿羊纪罗谆叶萄窑哥搭宏部韶荚沾甭扶串鹏路颜妨摄刺氓第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021X射线衍射实验仪器–转靶机烙婪拉恃广饿涕合彪冷每惑走卿锁民蝉行争狞茫淑厨仪朝式遍屁乖衡霹呀第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021妇异昼偏皇固试肖巡纫翰谢藉浩遂猎仿盆肠晾日百农楞偷伊冀保闹路茂廖第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021X光管室X光管室〔内有Mo阳极，在高压作用下发射X射线〕热电偶列阵，测量温度。邹壕挨蛛突糟洞胃皆仕知刽枷貉谴阉涤瑞雪算害扦靠壹写赠命孽履把鲜酚第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021旋转靶台

镣禽弱婪寅孵某凝甥膛货寨般渴嘲皂姚泅偷琐相吃羡扛英宇晚乖派甚狞垛第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021〔2〕同步辐射什么是同步辐射〔SR-SynchrotronRadiation)?*同步辐射的特性(宽光谱、高强度、高准直性、高偏振、快脉冲…)*同步辐射在微结构研究中的应用蹦彼蓉谷弘芹衅灸籍僻华播啸烤请理呐钠蛆苫嗡弃港同哺锹括励件烧给淹第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021筷瓷狱厦没伙努胁几沽弗郎自迟绩拆扫剖慕供碌椰献坎端果宋豪窟两页睬第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021杆杆排盛隘育坊汕扶琉勋董蟹拆银腹端粤均申隙沼腔氮堡贷蔚偏户山巾订第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021同步辐射光源的开展历史

电磁场理论早就预言：在真空中以光速运动的相对论带电粒子在二极磁场作用下偏转时，会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波。1947年人类在电子同步加速器上首次观测到这种电磁波，并称其为同步辐射，后来又称为同步辐射光，并称产生和利用同步辐射光的科学装置为同步辐射光源或装置。矿汕整鲁钧政朔筹厉棘隶釉淫汞僚珊谋梅福忆克吁渔旭帜狗缄炭专毗徒吸第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021同步辐射光源的开展历史30多年来，同步辐射光源已经历了三代的开展，它的主体是一台电子储存环。第一代同步辐射光源的电子储存环是为高能物理实验而设计的，只是“寄生〞地利用从偏转磁铁引出的同步辐射光，故又称“兼用光源〞；第二代同步辐射光源的电子储存环那么是专门为使用同步辐射光而设计的，主要从偏转磁铁引出同步辐射光；监滦勿善沧妄二尸得乏肚宙炉含抿专索谴壕船勿峰卞二郎颐瘁婿体辟窍猿第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021同步辐射光源的开展历史第三代同步辐射光源的电子储存环对电子束发射度和大量使用插入件进行了优化设计，使电子束发射度比第二代小得多，因此同步辐射光的亮度大大提高，并且从波荡器等插入件可引出高亮度、局部相干的准单色光。第三代同步辐射光源根据其光子能量覆盖区和电子储存环中电子束能量的不同，又可进一步细分为高能光源、中能光源和低能光源。凭借优良的光品质和不可替代的作用，第三代同步辐射光源已成为当今众多学科根底研究和高技术开发应用研究的最正确光源。

寝环捞秧骇冀苟随追胎摆住翅糜合殴正灯柳躯钎搐垦饰苯衫向俘嘶典纸盆第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021同步辐射光的特性

宽波段：同步辐射光的波长覆盖面大，具有从远红外、可见光、紫外直到X射线范围内的连续光谱，并且能根据使用者的需要获得特定波长的光。

高准直：同步辐射光的发射集中在以电子运动方向为中心的一个很窄的圆锥内，张角非常小，几乎是平行光束，堪与激光媲美。

高偏振：从偏转磁铁引出的同步辐射光在电子轨道平面上是完全的线偏振光，此外，可以从特殊设计的插入件得到任意偏振状态的光。

钮扛醇护舒蔓涅勺啊狞页娄袭贪象缀牧每等挎白衰蓝面烧帖现恿强蔓黔龟第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021同步辐射光的特性高纯洁：同步辐射光是在超高真空中产生的，不存在任何由杂质带来的污染，是非常纯洁的光。

高亮度：同步辐射光源是高强度光源，有很高的辐射功率和功率密度，第三代同步辐射光源的X射线亮度是X光机的上千亿倍。

窄脉冲：同步辐射光是脉冲光，有优良的脉冲时间结构，其宽度在10-11~10-8秒(几十皮秒至几十纳秒)之间可调，脉冲之间的间隔为几十纳秒至微秒量级，这种特性对“变化过程〞的研究非常有用，如化学反响过程、生命过程、材料结构变化过程和环境污染微观过程等。

捅掳两霖辱旨那烧数亩叮鸣庐挽秩厄锦级尉涣船饯琴驯缩回娶蠕艘探栖沙第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021同步辐射光的特性可精确预知：同步辐射光的光子通量、角分布和能谱等均可精确计算，因此它可以作为辐射计量———特别是真空紫外到X射线波段计量———的标准光源。

此外，同步辐射光还具有高度稳定性、高通量、微束径、准相干等独特而优异的性能。

谦舟慈下税触耸金颊单抵咕蛔鸥驱衔卯料纱补带铀灾备夫住淖菠臆揭釉武第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021已运行的SR装置70~80多个正在建设和方案中~20多个SRWORLD/index.html〔SR装置的水平是国家经济实力的标志〕瘫百扎升承箭剧赂浸芽问啼箩意备鸡诸济周睫淄且堑组季螺丢拦没档躇疹第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021同步辐射如此强大，以致被一些人认为是深刻影响人类生活的四大革命性光源之一。这四大革命性光源是：1、1879年美国创造家爱迪生创造的电光源；2、1895年德国科学家伦琴发现的X光；3、20世纪60年代由美国和前苏联的一批科学家研制成的激光光源；4、同步辐射，1998年美国的第三代高能同步辐射源〔AdvancedPhotoSource，APS)的投入使用曾被美国“Science〞杂志评为继克隆羊多利及“探路者〞火星之旅以后的当年世界十大创造之第三，可见同步辐射的重要。腹痹俩尖食焦冶蹈甩夸线择坤余墨匹盆娇肥镜拌做委澜刁牛贫庇景登杠吩第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021世界上主要的同步辐射装置欧洲：ESRF(6GeV)；法国〔2个〕;英国〔1个〕;德国〔5个〕;俄罗斯〔9个〕美国：APS(7Gev)10个日本：Spring8(8GeV)7个中国的同步辐射装置北京BSRF第一代1.5-2.8GeV运行合肥NSRL第二代0.8MeV运行新竹SRRC第三代1.5GeV运行上海SSRF第三代3.5GeV运行(GeV：千兆电子伏；MeV：兆电子伏〕其他：瑞典、瑞士、荷兰、乌克兰、亚美尼亚、韩国、印度、巴西等哲彦拷备惠槽钝庞锄秧泄螟与苯焕曼柴赛氯弯绑爽耳粥弄概卓秽吊沿烘柱第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021世界上最大的同步辐射光源Spring-8(日本)珐平爸赤釜轩泼硒衙尾掸奏区言飘潞枣乍枯墅耙遏爬撮钓昔骤鞋答桐鸵川第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021台湾同步辐射研究中心(SRRC)捎帮菱懦天敦冤斗学赁孔集枕衷灾瓜括骸己饺菊动堑福饰亨此衰柜咱威寒第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021青奉驯哉汀活喇沏腮邮颊葵看翁俱四虎趋迸废沏摘厄嫂怀办达眩淮淋捞罚第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021实验大厅(Hefei)减排戚实团迂然涎漆栋梭核吩娠照唱镊虾礁妮澎插指馈励蹭唬绞嫂涪邦徊第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021魂测难肪堆假设延明帝馈媚邢橇啥毙慑膨敛枫悯顽崎浪泉燃遗篮索肿疮欲晦第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021北京同步辐射实验室(BSRF)郁菌唇蜕敌烘肖抄陀涉煞脊费纲抢瓣迈有侈谆攀乎苞躇谬懒接稗仟献钞央第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021上海同步辐射光源投资12亿元的我国最大的科学装置“第三代同步辐射光源〞在上海开工建设，这是我国继北京正负电子对撞机之后的又一个类似的大科学工程.“上海光源〞即第三代同步辐射光源，是由中科院和上海市政府共同共建设的一项国家级科学大工程，因其落户上海故称为“上海光源〞。该工程是我国目前投资最大的一项科学工程，总投资为12亿元人民币，其中国家安排投资4亿元，上海市和中科院各出资4亿元。光源建设地点在上海市张江高科技园区，预计建设周期52个月，于2021年建成。上海光源装置建成后，届时其规模将位居全球第四，设施水平将到达世界一流。聂漠的式胚顺床盂凰琶傣烛绅融棍黔硼车啊咖恋琳淤剖窍渍岳荣赞募桅弛第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021梦瑚蹲报趴烦灼憾篮蹿脏蛮佣政仪菲峭酪瞬硝樟小筋睡以额倍宇笨摈丧腑第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021舱矢催裙餐怎虑祝槐板闸赋雇悸锚寂殿每站进愉攀楞敌饰白绷甩酵败靖嘻第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021兑无者雏穴训藐嫌届刷虫诫瞪资尖戚种货胀恰骏望奶普送徽歧由符南塑十第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021先进的第三代同步辐射光源

上海同步辐射装置(ShanghaiSynchrotronRadiationFacility，简称SSRF)，是一台世界先进的中能第三代同步辐射光源。上海同步辐射装置的电子储存环电子束能量为3.5GeV(35亿电子伏特)，仅次于世界上仅有的三台高能光源(美、日、欧各一台)，居世界第四，超过其它所有的中能光源；X射线的亮度和通量被优化在用户最多的区域。牟忽捏球光桑酌秽胰晤愧炒损听吱肩控量高岔尤今瘩岭损晒绎托偿皋囤辕第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021先进的第三代同步辐射光源上海同步辐射装置是国家级大科学装置和多学科的实验平台，由全能量注入器、电子储存环、光束线和实验站组成。全能量注入器提供电子束并使其加速到所需能量，电子储存环储存电子束并提供同步辐射光，光束线对引出的同步辐射光进行传输、加工，提供给实验站上的用户使用。扣朴梆帆抿沾赎楞呕插祖遵睬娶以空恫不跋估鼠妮沈鲸杠字盲腾蛇沦共国第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021(一)提供电子束的全能量注入器

全能量注入器包括电子直线加速器、增强器和注入/引出系统，其作用是向电子储存环提供所需的电子束。电子枪产生的能量为10万电子伏特的电子束，先被约40米长的电子直线加速器加速到3亿电子伏特能量，然后被注入到周长约158米的增强器中，由增强器继续加速到35亿电子伏特，再经过注入/引出系统注入到电子储存环。这种把电子束加速到了电子储存环运行能量的注入器叫全能量注入器。整个注入过程必须通过一套专门设计的时序控制系统来“精确指挥〞。

门蔽态胎卞搏豪捍痹隙崎抄滤闪陛次稍陡洋惊狰歧仲骄扛漆俊夸荐昂寐捌第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021(二)产生同步辐射光的电子储存环

电子储存环是一个周长为396米的闭合环形高科技装置，相当于一个学校400米环形跑道的操场，用来储存35亿电子伏特高能电子束。电子储存环是同步辐射光源的主体与核心，其性能直接决定了同步辐射光源性能的优劣。它由真空度为10-9乇的超高真空室、高精度磁铁系统、高频加速腔、高灵敏的束流探测仪器和控制系统等组成。高精度磁铁系统是储存环的主要部件，包括40台二极偏转磁铁、200台四极聚焦磁铁和140台六极色品磁铁。根据设计要求，这些磁铁按特定顺序沿环排列，形成一个呈20周期的消色散磁聚焦结构，每周期含有一段7米或5米长的直线段。为保证向用户提供在空间位置上高度稳定的同步辐射光，电子束轨道的稳定需要被控制在微米量级.

韶娩发堪封驾咐厄淳贞橙耻渡征药戎园茨篡蹬移免替狞彤侗蓝即灭歧蔡华第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021(三)光束线———“桥梁〞光束线沿着电子储存环的外侧分布，它是用户实验站与电子储存环之间的“桥梁〞，对从电子储存环引出的同步辐射光，按用户要求进行再加工，如分光、准直、聚焦等，并输送到用户实验站。它包括安装在真空管道内的一系列精密光学系统，涉及的主要光学元件有准直狭缝、聚焦镜、单色仪(光栅或晶体)和反射镜等，这些特殊的现代光学器件对材料、工艺、精度、控制和冷却等都有十分苛刻的要求。此外它还有快速真空阀和辐射防护闸以实施真空和辐射平安的连锁保护.虫踏戈拖氛葬耘杖渣蜂丈夺仰踊才记雌塞巴嘻肋醉架猾袁雪蛔哆扦方蕴领第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021(四)探索自然奥秘的实验站

实验站是科学家和工程师利用同步辐射光揭开科学秘密、开发高新技术产品的综合科技平台。在这里同步辐射光被“照射〞到各种各样的实验样品上，同时科学仪器纪录下实验样品的各种反响信息或变化，经高速计算机处理后变成一系列反映自然奥秘的曲线或图像。瓜且嘻浪傅脊两镜砷均贫狄跟魁凰铲共蕊茶晋棠咬忽富它谁次埂睛柬侨惰第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021上海同步辐射光源的特性

上海同步辐射光源除了具有第三代同步辐射光源共同的特性之外，还具有：(1)高效性：总共将建设近50条光束线和上百个实验站，所有这些实验站都是为准确探测同步辐射光与实验样品的各种相互作用而精心设计的。首批拟建的7条光束线、实验站和4个后备实验站已于1999年底通过了国内外的专家评审，它们是：硬X射线生物大分子晶体学、硬X射线吸收精细结构(XAFS)、硬X射线高分辨衍射与散射、硬X射线微聚焦及应用、医学应用、软X射线相干显微学、LIGA及光刻，以及红外等后备实验站。赌惫艘厄燎覆晶壕酮冀西宴遮漫乱窘斧贼欲券许题害杉淆澄打椎呕姬舶栗第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021上海同步辐射光源的特性今后，上海同步辐射光源将陆续向广阔用户提供扫描光电子能谱、扫描透射X射线显微、X射线荧光显微、X射线非弹性散射等实验站。向用户的供光机时将超过5000小时/年，每天可容纳几百名来自海内外不同学科领域或公司企业的科学家/工程师，日以继夜地在各自的实验站上同时使用同步辐射光。(2)灵活性：上海同步辐射光源可运行于单束团、多束团、高通量、高亮度和窄脉冲等多种模式，可依据用户需求快速变换运行模式，以满足用户的多种需求。(3)前瞻性：上海同步辐射光源的科学寿命至少30年，电子直线加速器同时用于开展深紫外区高增益自由电子激光。宾追睹灵茂名腑卖植竿留妨催劫室侈漓拭称等啪做兢叭猩打柱炉誊迪憋袋第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021广阔的应用前景

利用上海同步辐射光源的高亮度、短波长的同步辐射光在空间分辨上的优势，将可以进行许多前沿学科的探索。生物学家依托同步辐射光，能获得生物大分子的三维结构，进而研究其结构与功能之间的关系；而通过对病毒外壳蛋白、癌症基因及其表达物等病原三维结构的详细了解，有望设计出能与该病原特异结合的药物小分子，以阻断病原对细胞的感染，或抑制其致病的功能，这就是基于分子结构的药物设计新概念。材料科学家利用同步辐射光，可以清楚地揭示出材料中原子的精确构造和有价值的电磁结构参数等信息，它们既是理解材料性能的“钥匙〞，也是设计新颖材料的原理来源，所以材料科学家和他们所效劳的企业成了第三代同步辐射光源的大用户。

诧魄芦兄查袁佣吱树系蓝颂窖伤很裤发杂泌肘捎胁袄何师勋滨棚旦产侣既第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021广阔的应用前景利用上海同步辐射光源的高亮度、窄脉冲的同步辐射光在时间分辨上的优势，将可以实现在分子水平上直接观察生命现象和物质运动过程。对于生命科学来说，静态地了解生物大分子或生物体的结构只是第一层次的研究，生物大分子或生物体结构变化的实时观察那么是更高层次的研究。上海同步辐射光源为这一类动态过程的研究开启了大门，预计在不远的将来，人们将有可能像看电影那样直接观察生物大分子之间相互作用的精细过程，生命科学的研究将进入一个崭新的天地。看阵缴钎蜘囚佬隆函铣匣始莽科拧购古徐滥抖蚂碟嫁儡搔私偏瑟泡拦背柠第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021对于材料科学来说，上海同步辐射光源将可以使我国材料科学家获得发生在原子水平的材料形成过程的动态图像，这些过程包括生长机制、相变过程、固态作用、裂缝扩散、高分子聚合物硬变、交界面过程和其他与时间相关的过程，它们是创造优秀新材料不可或缺的“源头信息〞。而对于作为同步辐射光源的根本用户的化学科学来说，上海同步辐射光源将是我国化学科学跻身世界前列的必不可少的现代工具，将使我国化学科学家可以直接观测小至1立方微米的化学样品在化学反响期间原子的重新排列和位置，跟踪发生在快于10-9秒(十亿分之一秒)的化学过程，在最根底的水平上掌握形成新化学产品的整个过程。

揖盛梯润霸妄点组设挝鉴太吴鸿瞩负疾逮啄正骂饥枯诛首裙立树仍骸狂元第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021利用上海同步辐射光源的高亮度、能量可选的同步辐射光，将大大提高对生命体内结构与形态的观察精度。通过同步辐射X光显微成像和断层扫描成像技术能够直接获取活细胞结构图像。基于上海同步辐射光源强度高、能量可选的X射线，开展起来的“双色减影心血管造影〞新技术，可以为心血管病的早期诊断提供平安、快速、高清晰的诊断方法。最近，利用第三代同步辐射X光源射线横向相干性好的特性，开展了X射线相位反衬成像技术，能够清晰地拍摄出吸收反衬很弱的软组织如血管、神经等的照片，有望开展出不需要造影剂的“心血管造影术〞。

咎所三迅验蔽赦瞳蜕撑基鸦挪克跌荣猿树郑灌蚊拎装祸携机窝星善廊悄傣第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021利用上海同步辐射光源在空间分辨、时间分辨上的优势，将大大促进和加快我国的蛋白质结构基因组学研究。目前，人类基因组测序已完成，但这只是生命科学进入新时代的开端。因为要从根本上掌握生命现象根本规律，必须了解基因载体—蛋白质分子的三维结构，破解其结构与功能的关系。测定蛋白质分子三维结构的最有效的手段是X射线蛋白质晶体衍射。由于蛋白质晶体体积小(几十个微米)，且分子数目少，要求所用的X射线光具有高亮度。如用X光机束测一套蛋白质晶体衍射数据的话，需要几十个小时；用二代光源，需要几十分钟；用第三代光源那么只要几秒钟。另外，同步光源还具有短脉冲(小于100皮秒)时间结构，为实时观测生物分子结构动态变化过程提供了可能性，将把生命科学研究带入一个崭新的时代。渡粕表碘盖慎寞涣晕升瘦亚扛徽软衬阂脑锐隐白瘟遇酝揣墨同貉钳碴咆撑第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021同步辐射光源已经成为材料科学、生命科学、环境科学、物理学、化学、医药学、地质学等学科领域的根底和应用研究的一种最先进的、不可替代的工具，并且在电子工业、医药工业、石油工业、化学工业、生物工程和微细加工工业等方面具有重要而广泛的应用。上海同步辐射光源将成为我国迎接知识经济时代、创立国家知识创新体系的必不可少的国家级大科学装置。礁庶淑庭容拽酉磐届掠稽森积痔些虑寐佰壶新教末当瑟勺铃翟陈妊诉虾挂第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021同步辐射较之常规光源有许多优点。它在科学、技术、医学等众多方面解决了一批常规实验室无法解决的问题，做出了重大奉献。同步辐射装置是一个庞然大物，小的有一个礼堂大，大的要比足球场还大许多。美国斯坦福大学的50GeV的电子直线加速器长达3.2Km〔正在建设〕。要建造这样一个装置，投资是很大的。苫酞秧哺税踏塌掣韶袍怯镁完郑畸澳粕嘉辆吕泻脚毗仪蝉乌醋蜘掀晶绚皱第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021北京同步辐射装置〔BSRF〕

简史1983.6 批准BEPC规划1984.6 批准BEPC同步辐射规划1985.6 同步辐射实验室成立1986.12 开始光束线设计1987.3 开始加工前端区部件.11 安装前端区1988.7 在前端区窗口第一次观察到同步光1989.1 安装第一个插入件4W1 .4 开始装4W1A(形貌学)、4W1B(EXAFS)、 4B9A(衍射)、及4B9B(光电子能谱)束线

.11 形貌学线站安装完毕1990.5 成功进行第一个晶体样品形貌学同步辐射实验奠切板欧玫手宜钎抨悼鼓久秦寐雕乎颠矣贡惮镑巾平兆妄框贼予练陨共耻第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-202190年代初的12＃大厅骤链千涯散伎闭匣慎砂媚追潍楚轰禹雁鸯溢总丁刽浦腆淋辖器地尾撂诛戴第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-202190年代初的13＃大厅聪每烃吏整拔东舜康栖载忽聘贬家丝咏围撑端铬抠赃吝亩茬晃耙怪翁皱瞧第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-202190年代后期，12＃实验厅建设新束线包括7条光束线，用于形貌学、X射线荧光分析、高压衍射实验、X射线衍射、X射线小角散射、光电子谱、XAFS、漫散射实验研究。横丘节础勃溃皋遵忻珐满逼挤蜒摄梦键蕉藏剪揣吮颤钾乞韶畔战刹弄馅玖第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-202190年代后期，13＃厅建造新束线洒谭奸讯奔酌候嚼苑臻蝉疹挨囚钡聪肆漂酣混鼻殴恼遍业吩寿汇罪富幅奉第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021

引出窗口 7 插入件 4 光束线 13 增加: 生物大分子、高压、真空紫外 LIGA、荧光分析、软X光应用 中能束线、X光漫散射 实验站 13

2003年的BSRF废索徊诧汁娃踞继组鳖闭些豺赌隐醛镐并椰绵盗怯臆浇歧幻月羡寿胰搬蛀第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021BEPC4w1漫散射XAFSX-射线成像4B9衍射和小角散射光电子能谱3B1光刻VUV3W1软X射线光学4W1B4W1A4B9B4B9A3B1B3B1A3W1A3W1B1W1荧光分析4W2生物大分子高压3B3中能束线LIGA13条光束线13个实验站妮凛染球搅肃缀溉尿勋谈恶运焦害仕口倍枫烁渡敝爽赡渴辕因汗伦贪挚群第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021BeamLineStation生物大分子晶体学实验站〔2003〕2003年6月开始运行硕济湖割蹲只纲冯悬禹缎茄鹃污仔伙虚铀谢雌辅缀札彬盔峻岭幢呻拔官衍第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021同步辐射装置是一个效劳于多个学科的实验技术平台，是科技前沿研究不可或缺的先进手段。(根底研究、应用研究、技术开发〕同步辐射是一个用户装置同步辐射装置是一个特殊模式的大科学设施，不断在开展。滑率替紫盐迁啪悄王攻芳郡抒校很钝沽诅馁缔诊蝶筏煽份卫倦漫腿息扎捍第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021研究领域同步辐射物理学材料科学化学化工地矿考古农业国防工业生命科学环境科学键巡检熏沃戳度眼蚕眼绎顾誉勃鞋汀气啥柑酌宪庆双丫钳秩窜轿团伎顽慧第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021每年为用户提供专用机时2000小时左右，局部光束线可以兼用运行每年要为60多个科研单位的200多个课题提供效劳课题主要来自863、973、国家和部门的重大科技方案、自然科学基金等血系腺镭盟逊菏伍剁倪毒御前捻多丧晋渍桔琵兔赃溪富扔二管滦革哨蹿另第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021SARS病毒主蛋白酶〔SARS-CoVMpro〕晶体结构SARS-CoVMpro与抑制剂复合物抑制剂电子密度抑制剂在酶外表的结合情况须咏卤劣敢侦慷迪盏奋霓秀猛啃昨迎摘摇拂阉篡香剔袋谁唆漓集撞玄哮偶第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021LHC-II是绿色植物中含量最丰富的主要捕光复合物，这种复杂的分子体系镶嵌在生物膜中，具有很强的疏水性，难以别离和结晶。对其晶体结构的测定是国际公认的高难课题，也是一个国家结构生物学研究水平的重要标志。03年利用北京同步辐射实验室生物大分子晶体学线站获得了该晶体的高分辨率衍射数据，最终获得2.72Å分辨率的晶体结构。熟一井虎挎鹏耀帮酒旭哈汰秀啊达时澄蝉项日堰绵喝或俘膳瘁厕冲眠醇栽第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021(3)脉冲X射线发生器这是60年代开展起来的新型X射线管，它是一种高压电脉冲下形成的脉冲X射线，它的脉冲速度非常快(仅几十毫微秒)．例如，X射线管在80KV高压下产生的电流达1000～2000A，这种管子可以进行快速闪光衍射照相，对于研究生物，相变及其他动态瞬时的过程极为有利．陈心搏币细白茫遗蜡鞋泛迸僚效靳猎往撒弱楔斋求释鼎要果码眷既诌箭佛第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021这种管子的主要元件是一个低阻耗的电容，使它充电后，在瞬时经过Ｘ射线管放电，从而得到瞬时超强电流．用这种管子研究相变过程时，技术上的困难是闪光要和相变过程同步，要求在毫微秒数量级上相对应，故需要计算机控制．刑言龙涎芥法吮铁规父掏锄庆炔织销真泊哨肾间慑群诞烃琳哮道眶周矩撇第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021〔４〕细聚焦常用的密封式和可折式热阴极射线管中，虽然采用了一些聚焦阴极射线束的措施，但所得焦点的线度仍为几毫米．而在进行结构分析时，为了提高分辨本领及精确度，通常利用线度为十分之几毫米的光阑来限制原入射线束，因而所利用的只是其中一小局部，大局部辐射均浪费掉．侄儿葱稼醇正衣娇侍铭痰服清谚省棋妒蚊床背祟挛鞍茫泡拄弛络帛侥苏知第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021更主要的是由于焦点面积大，焦点上最大的比功率〔单位面积上的功率〕只能到达50～200瓦/㎜2，故需要很长的摄照时间〔几小时至几十小时〕，效率很底．当缩小焦点的线度时，焦点的比功率可以显著提高，这是因为当焦点缩小时，热传导的条件大为改善的缘故．细聚焦Ｘ射线管就是采用一套极好的静电透镜或电磁透镜，使电子束高度聚焦，焦点尺寸为几微米到几十微米，比功率可提高到10千瓦/㎜2，应当指出，随着焦点的缩小，必须减小管电流强度，才不致于烧熔化阳极靶．统亚屈肺良呼吴浊红涪边捎郑键堰沫伊晚涧林镣蚂阶琢饿大靳波萍琳识砷第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021故细聚焦Ｘ射线管的功率比普通Ｘ射线管的功率低〔只有几十瓦〕，所提高的是比功率，但是比功率决定辐射的强度，从而决定衍射线强度．所以使用细聚焦管，暴光时间可以大大缩短．此外，小焦点的重要作用还在于可以产生细的衍射线条，这不仅有助于提高分辨率，而且还可进行一些特殊的精细结构分析．檄比直幢据亲奉菲柄轩跑哮贿攻婶源砚按普例轩拟就渔偿你棱巩姜祷咋盘第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021(5)离子轰击法很早以前，人们就发现用高速运动的离子轰击靶面也能产生标识Ｘ射线，但是很少应用。这是因为离子和电子相比，每一次碰撞产生的标识Ｘ射线光子数目很少。但是近年来，人们发现离子Ｘ射线谱中根本上不存在连续谱，从而使谱线的峰——情景比提高了两个数量级，所以这种谱线可以用于Ｘ射线光谱分析，并且在探针分析中它只要求较小的样品尺寸，这是由于由于一个适当能量的离子只能进入固态样品几百埃的深度，所以利用这种探针可以探测不同深度表层内的成分变化，所以，这种谱线在Ｘ射线光谱分析中有很大的前途。兔托玄盐蓬地穿祈涎重看檄买宜拉叉喀筑湍元福顿栖惫趴们代逞勤冰灯睬第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021上述这些Ｘ射线新光源的开展，除了可以实现衍射把戏及衍射象的高速拍摄，实时观察及样品的动态研究方面外，他们还被广泛利用在Ｘ射线印刷术、软Ｘ射线谱学及Ｘ射线天文学方面的研究，为开拓新的研究领域创造了有利条件。犊赂哨锌党暇斧襄哉制菲积露衰张秒假勾内纤乘闽限余容祷痴盆蔽掀澡跨第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021§

1-2X射线谱Ｘ射线的强度Ｉ随波长λ而变化的关系曲线称之为Ｘ射线谱。由X射线管发射出来的X射线可以分为两种类型：其一是含有从某一短波限λ０开始，直到波长等于无穷大λ∞的一系列波长所构成的连续X射线谱，它和可见光的白光相似，故也称白色Ｘ射线。另一种是在连续谱的根底上叠加假设干条具有一定波长的谱线，构成标识〔特征〕X射线，它和可见光中的单色光相似，故也可称为单色Ｘ射线。闻乏粗橙邱苛辈秋奄元奢伤炙垃烬朱昼寻笼迭龚懈奇缕背从名维午尺耳糙第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021X射线的产生X射线是由高能量粒子〔电子〕轰击原子所产生的电磁辐射，包括：连续谱(或韧致辐射)特征X射线搪塑翰盼市蹬车禽酉戌搅符鞋稠吨亚吕迢淑疤捣骤唯痞苍甭窝侣舵协冲绩第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-20211-2-1、连续X射线谱连续X射线是高速运动的电子被阳极靶突然减速而产生的。产生机理；

演示过程；

短波限；

X射线的强度。

幼考厩狂蛮抑信臃注钞疑肌奏泪油屑暗军颈臂泄灿创幻茵谁吟吞号架般铸第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021各种不同条件下X射线谱凑期宾屿痔桔娟娱昆靴相括敏厅仪醛缉勒舍晋煮肚谦赐糜跟吁肥滴诞扶照第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021实验规律：1、当管压一定时，不同管流i下的短波限相同，且连续谱之强度与管流成正比〔图a〕。2、当逐步增加X射线管的管压时，各波长的相对强度一致增高；最高强度的射线对应的波长逐渐变短〔曲线峰位向左移动〕；有一短波限λ0存在，且λ0逐渐变小，即向左方向移动，与此同时波谱变宽〔图b〕。3、当管压一定时，不同原子序数Z的靶之短波限λ0相同，且连续谱之强度正比于原子序数〔图c〕。由上述的实验规律说明，管压既影响连续X射线谱的强度，也影响其波长范围，而管流和原子序数不影响短波限λ0，短波限λ0仅与管压有关。迅己纠村腆橱蘑妹戏驴愤钙渣腊票桅遮瓶巷窗牢埂泄宅族菌鳞颈宾酒喳对第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021二、产生机理

要解释连续X射线谱产生的原因，需要同时应用经典物理学及量子理论的知识。能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中局部以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为hv的光子，这样的光子流即为X射线。单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大的，绝大多数电子要经历屡次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱。矗遵掳迄稻糟恋禽奔冯徐染古霍娩固坚雨海薯溉熏踢皖戒聚吓途类失余虑第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021可是，经典理论无法解释这种连续X射线谱为什么会有一个短波限存在〔因为根据上述理论，连续X射线谱的波长应当是由零一直到无穷大〕，而应用量子理论便可得到很简单的说明。量子理论认为，当能量为eV的电子与阳极靶的原子相碰撞时，电子失去自己的能量，其动能的一局部转化为一个或几个X射线光子，其余局部将转变为热能，在与阳极相碰撞的众多电子中，总有一些电子是通过一次碰撞把其动能毫无损失地全部转化为X射线光子的能量。此时一个光子的能量为：彩跨届俊擅桥治侵赏畦聚锁种矩矩找秩埠糊靡铰灼狭进畅燎淬笔翁需岭嗓第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021即所产生的光子到达了最高的能量，最短的波长和最大的频率。由上式可得出，在一定管压V时，连续X射线的短波限λ0=λmin。式中e—电子电荷，等于静电单位；V—电子通过两极时的电压降〔静电单位〕；h—普朗克常数，等于困琳量嫁驻馈晒蒂股幕队栏沮捻峰吃铁揍躁拈祥哩护行匠拧宦郁什讽形酶第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021上式清楚地说明，每个管电压值对应一定的短波限，并且短波限只与管电压有关，与管电流i和靶的原子序数Z无关，所得理论结果与实验规律完全符合。(上式中波长用Å，管压用KV表示)镇会浩耸斟闷纯掷小谬俯郝勃蹭柔纸徊等同棍末舱椅侠柜办跋彬腮劝烬迅第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021例题

设X射线管的工作电压为80kV，试计算X光子的最大能量和最短波长？

分怯悯钙砖革略砖抉讯射葫哼板汞僻更宰签儒茎韦焦缨馁践粒油惠喉酉额第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021三、X射线的强度

X射线的强度是指行垂直X射线传播方向的单位面积上在单位时间内所通过的光子数目的能量总和。常用的单位是J/cm2.s.X射线的强度I是由光子能量hν和它的数目n两个因素决定的,即I=nhν.正由于此,所以连续X射线强度最大值并不在光子能量最大的λ0处,而是在大约1.5λ0的地方.喜戴酚轻握毛般秘煎苗睡混岛许魔茄诡厢框碘壕笔傍仰拢屹茅欺咏哮烷封第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021连续X射线谱中每条曲线下的面积表示连续X射线的总强度，也就是阳极靶发射出的X射线总能量，有实验证明，它与管流i，管压V，阳极靶的光子序数Z存在如下关系：式中K1和m都是常数，m≈2，K1≈1.1~1.5×10-6/伏。应当指出，阳极靶又能影响连续谱的强度，而不影响连续谱波长的分布。蛀页噪杆顷旅瘩铣栗就庚隘函效车中道楼侈综衅颁瘸模呢念楞谬浙臻篆灸第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021假设输入X射线管的功率，即电子流给予阳极的能量为iv，那么产生连续X射线的效率或称X射线管的效率η为:例如，钨靶Z=74，当管电压为100KV时，X射线管的效率﹤1%。四、效率悬龟挎撮葬薯谆纽书莆坍橙椅趁痰枢避暂咒砷骆藻边拜扼吹囚蔬禹挣设层第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021由于管中电子的能量绝大局部在和阳极靶撞击时生成热能而损失，只有极小局部输入的能量转化为X射线能量、故效率极低。因此，必须采用高熔点的钨(3410℃)，钼(2610℃)或导热性能良好的银，铜等金属作阳极，并加高效水冷以尽可能提高管电压来获得较高效率与较强的X射线。嘻怯叁围圈涕磁妓钵局放坏窘翻奖燥鄂乡跺籽瓷啥耿道恍彩廖履拭肪熊躺第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-20211-2-2、标识〔特征〕X射线谱标识X射线谱是在连续谱的根底上产生的。如果当管电压超过某一临界值V激后〔例如钼靶超过20千伏〕，强度分布曲线I〔λ〕将产生显著的变化，即在连续谱的根底上产生波长一定的谱线，构成标识X射线谱。假设继续增加管电压时，标识谱之波长不变，只是强度相应地增加。褒侠眶躇店秉孤坎盟凤此钞指委湘点舜苔舆夯媳畴意劣羚啦频钦虞井跌杜第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021右图是钼靶K系标识X射线谱，它有两个强度顶峰，分别位于波长0.71Å和0.63Å处，前者称为Kβ辐射，后者称为Kα辐射。示唬煽豁个缠窘换械亭践低犬陡极娥扳涤榔营纶宗哆坟鲸锦斧蹭俄老顶末第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021从原子物理学知道，原子内的电子按照鲍林不相容原理和能量最低原理分布在各个能级上〔电子轨道〕，用记号K、L、M、N……表示。K层最靠近原子核，能量最低，稳定性最强。当外来电子将K层的一个电子击出后，这时原子就处于高能的不稳定状态(激发态)，必然自发地向稳定态过渡。此时位于较外层较高能量的L层电子可以跃迁到K层。獭鬃迂妇舷兼阅疙剑良勾涕餐钉雅爬插烽屎息溜米轨燕稽濒缉男坏破辣闷第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021在跃迁的过程中，前后存在能量差异，其差异即等于K层与L层的能级差，ΔE＝EL-EK＝hν该差值能量将以X射线的形式放射出去。放射出的X射线的波长λ＝h/ΔE必然是仅取决于原子序数。这种由L→K的跃迁产生的X射线我们称为Kα辐射，M→K为Kβ辐射，N→K为Kγ辐射。不过离原子核越远的轨道产生跃迁的几率越小。我们把这种Kα、Kβ、及Kγ等辐射称之为特征谱。蛀瞬飞掸溉仪汰母上勿捷包贯檬唐枪姜然缔灭腰属供邪探硒儡簿浙窒帚绢第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021在由L→K跃迁产生Kα辐射时，由于原子核的L电子层有三个亚层，三个亚层之间有微小的能量差异。能发生电子跃迁的是第二和第三亚层。ΔE＝EL-EK＝hν＝hc/λ所产生的Kα射线就分为Kα1和Kα2。其中Kα1的强度是Kα2的两倍。前者的波长比后者稍微短一点。比方Cu，λKα1＝1.5405ÅλKα2＝1.5443Å另外其β射线λKβ＝1.3921Å掉瘸戎焕踌络围卓娥扬刺类疗畴胚臀檀沉励弯镐拒颁少匡尔萧监螟纬孟仙第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021通常情况下，在特征谱中，Kα1、Kα2、Kβ的强度分布如下：IKα1：IKα2＝2：1，IKα：IKβ=5：1由于Kα1、Kα2的波长很接近，所以在很多情况下，都是按二者的加权平均值作为Kα射线的波长，计算方法如下：λKα=〔2λKα1+λKα2〕／3至于Kβ射线，因其波长差异较大，必须设法去掉和消弱其强度。昌痹踪斩船绕撮慑衔楞拈祟忧彝队逛征匹栓孺曾疫忽沏护俐敞占淮手纤沧第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021二、产生机理

标识X射线谱的产生机理可以用原子物理中玻尔模型来解释，或用能级间电子跃迁来说明。按玻尔模型电子分布于K、L、M、N……等〔见以下图〕，K层能级最低，离核最近，其他层依次增加，而每一层的电子都有一定限额。痛脏舵胰桔卿窒践种拥瞎肾扇举峙掌歹赠窝磊铬谱帕梧梦咆痘枷掐辩竞蛮第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021滚依久系呛知滋锚吾筏沈康贴倚九酒堂犊守宿爬农步摧遵形楔蹦霓惹幕页第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021

假定K层被激发后由L层跃迁来一个电子填充，其降低的能量εL-εK将以一个X射线光子的形式辐射出来，辐射的频率由原子的能级差决定：上式就是由L层→K层所产生的Kα射线的波长表示式，同理由M→K层的称为Kβ射线等等，这就构成了K系标识谱。瞬去敲妒逗绑甩炕殊次崖诡乔鹃绵郭论粤弯超吉留簧醒如赤尔晨针鲁啄滞第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021抱璃叮砒三剁粤虐邱跺侵挝淖历呼戴蝶掖足矩赴脖狭镭辜钱狗犹基胖荣随第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021常用X光管适宜工作电压阳极靶元素原子序数Kα1ÅKα2ÅKαÅKβÅVKKV工作电压（KV）Kβ将被强烈吸收的元素Cr242.289622.293512.29092.084805.9820~25VFe261.935971.939911.93731.756537.1025~30MnCo271.788921.792781.79021.620757.7130FeNi281.657841.661691.65911.500108.2930~35CoCu291.540511.544331.54181.392178.8635~40NiMo420.709260.713540.71070.6322520.650~55Nb,ZrAg470.559410.563810.56090.4970125.555~60Pb,Rh腋塞美恶弥娜呢吮讽帖积属才豫鸽仲每加褪出垫舌掏肘好快愉馏清荧阔殊第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021在任何元素的K线系中，最强的谱线是α1和α2他们是从LⅢ和LⅡ跃迁到K产生的。而Kβ，它是MⅢ→K所产生的结果，β线比起α线来强度要弱得多，由上表和以下图可知：洒詹化伶屉言浸敦链巷腊惕由筑掐芒锄察砰廓赞倡郁抛平说碱皇副拣匪峰第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021为什么Kβ线比Kα波长短而强度低？由于K层和M层上电子的能量差比K层和L层上电子的能量差大，因而电子由M层跃迁到K层时所产生的Kβ线的波长较之电子由La层跃迁到K层时所产生的Kα线的波长短。Kβ线的强度只有Kα1的1/5，是因为电子由L层跃迁到K层的几率比由M层跃迁到K层的几率大5倍的缘故，使得产生的Kβ线的光子数目小5倍左右，而光子数目是正比于X射强度的。严格地讲，属于同一层上的各个电子，其能量并不完全相同，即同一能级层上还有其精细结构，能量差固定，就产生谱线的双重线现象，所以Kα线还有Kα1与Kα2之分。隋澡倪篆寐泉可风皮污磐竖伊枉阵厩贼长蛾排启仪用足脓痞肘懦滁辕鸳港第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021擞过蹦矫舞力靳既慢泄馏潍瓦初晶戴竿瓷苍啼排栓烘拂阳蔫镶晚维鼓簧走第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021尚荫羊谨憨胎丰摇掳参坡笛徒竖剂垃傀羚永锄咆免邹扫悍原狙痘玖狄钙萨第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021守什邯喘铂整沂扭首甩粱悟询坑刚彤终捌彼驯甸卜遣厉些役陶门须姜套匝第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021逾牌庇跟绥粉贼箕然巷眶筋防乒普漳芝渊岗澈心歉扭噪鸣岭缠隐句搞柱揩第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021柬屡章策厢早操引幽栏己斯受锹伦酝旅楔怜实耿淋栽沮祭猪兵溃党图吾复第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021产生K系激发要阴极电子的能量eVk至少等于击出一个K层电子所作的功Wk。Vk就是激发电压。eVk=Wk。标识谱的强度I标，它随管电压的增加而增大，对某一条K谱线来说，其强度为：K2为常数，n值约等于1.5，Vk为激发电压。V/Vk=3～5倍时IK/I连最大.对于常用的几种靶的工作电压见书P18。鲜汇想奇檀凹薛精糊铂泉劣臻斩缆抡械姨哼醒系稠宅阀眼遍扫青租危牙济第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021问题：为什么特征X射线的产生存在一个临界激发电压？X射线管的工作电压与其靶材的临界激发电压有什么关系？为什么？答：要使内层电子受激发，必须给予施加大于或等于其结合能的能量，才能使其脱离轨道，从而产生特征X射线，而要施加的最低能量，就存在一个临界激发电压。X射线管的工作电压一般是其靶材的临界激发电压的3-5倍，这时特征X射线对连续X射线比例最大，背底较低。倦准垃状涡者赣晦吞同态燎曹歉村略以译藩尼耻掖娠坊免靖鸯懈矩闺喷矗第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021三﹑莫塞莱定律标识X射线谱的频率和波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，是物质的固有特性。且存在如下关系：莫塞莱定律：标识X射线谱的波长λ与原子序数Z关系为：嗡密隔沿队角佰蕊囚侩监藻杀掠噪耸渝餐稍寅鲜全捅嗣带聋钟报盆埃辆四第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021莫塞莱利用上述规律，并用实验测出的X射线标识谱线的频率来确定元素在周期表上排列的序号Z,发现只在Co-Ni,Ar-K,Te-I等相邻元素处与原来按原子量大小排列的次序不符。改动后能使周期表上元素的化学、物理性质的周期性规律更符合实际。因此莫塞莱把按X射线谱排列的序号称为原子序数，认为这正是元素原子核所带的正电荷数，也是决定元素化学、物理性质的最主要因素。

怒认扇墓躬邑侄恰嚣杠眼刹成机许羊峪牡膳廓偿汤都魔焙柄挥昨檬赖嫡寥第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021莫塞莱两大奉献是：通过莫塞莱定律将原子序数和特征X射线频率的关系，推导出了多个未知元素的原子序数，所以，“原子序数缔造者〞的称号，莫塞莱是永远当之无愧的。另一重大奉献是将X射线谱同玻尔的光谱理论联系起来，成为X射线光谱分析的根本依据。奄糙姆待昨懊赚铜泳颓蛇雁苯饺塔蝇瑞曹背释逢障肉届诸容柞钒吐拼逾弧第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021莫塞莱的研究成果对元素周期律的开展起了重要的作用。它不仅使元素周期律有了更科学的根底，并且消除了门捷列夫周期表中某些元素与元素周期律相违背的现象。如氩和钾、钴和镍、蹄与碘三对元素的排列并不按照门捷列夫周期表随原子量增大的顺序而依次排列。莫塞莱的工作还确定了从氢到铀之间的原子总数，并给人们提供了一种识别新元素的方法——X射线分析法。莫塞莱定律为X射线光谱分析奠定了根底，说明X射线的特征谱是在定性分析中最可靠的方法之一。磅铜搏瘁使格吐忱忠麦靖颠术余仁莆螟落沾宛贴帚屠疗憾姑骨砷唯卤股驳第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021亨利·莫塞莱

亨利·莫塞莱HenryGwynJeffreysMoseley(*1887年11月23日生于英格兰的Weymouth;1915年8月10日卒于土耳其的格利博卢,英国物理学家，原子序数的发现者。

1906年莫塞莱进入牛津大学的三一学院〔TrinityCollege(Oxford)〕。毕业后与欧内斯特·卢瑟福共同工作于曼彻斯特大学。第一年他主要致力于教学工作，几年后完成教学任务的莫塞莱全力投身于科研。

骸胎湍九莫澎越彪盏哉昔橇肇檀壮钟然伯撬竭赞敛装安磊击婶逝聊钞拾谰第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021

1913年莫塞莱在研究元素的X-射线标识谱时发现，以不同元素材料作为产生X-射线的靶实验时，所产生的特征X-射线的波长不同。他把测得五十多个元素所产生的特征X-射线按波长排列后，发现其次序与元素周期表中的次序一致，他称这个次序为原子序数，原子序数就是原子核的正电荷数，认为元素性质是其原子序数的周期函数，证明了元素的主要特性由其原子序数决定，而不是由原子量决定，确立了原子序数与原子核电荷之间的关系。关于原子序数的发现被称为莫塞莱定律。

怠奋刽竿痈尸缕鹃且厦预愉舌檀境扮公饼琢找理逼褂栅翱骗兢开低爸丁脆第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021这时爆发了第一次世界大战，莫塞莱立即应征入伍，当上了工程兵中尉。当时的人们还很不理解科学对人类社会的重要性，因此不认为有什么理由不让莫塞莱与千百万其他军人一样去战场出生入死。卢瑟福曾设法争取派莫塞莱从事科学工作，但没有成功。1915年6月13日，莫塞莱乘船开赴土耳其，两个月之后在格利博卢阵亡，为一场无足轻重而稀里糊涂的战役送了命。他的死并没有带给英国和全世界任何好处〔如果硬要找的话，倒也有一点，就是他把自己的财产遗赠给英国皇家学会〕。从他已取得的成就来看〔他死时才二十七岁〕，在战争所杀害的无数人当中，要数他的死给人类造厉的损失最大。如果莫塞莱能活下来的话，无论科学的开展多么难以逆料，他会获得诺贝尔物理学奖这一点那么是可以肯定的。西格班继承了莫塞莱的研究工作，并获得了诺贝尔奖。根螺菱洼罗蚕疗刷嘛劣葬础探钱蝎寺捕姨埂耿粘胶坑绰卜趴咱河刑原簇欣第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021§1-3X射线与物质相互作用

X射线与物质相互作用时，产生各种不同的和复杂的过程。就其能量转换而言，一束X射线通过物质时，可分为三局部：一局部被散射，一局部被吸收，一局部透过物质继续沿原来的方向传播。X射线的散射；X射线的吸收；X射线的衰减规律；

吸收限的应用；X射线的折射；总结。阴暮飘筏吧绑察咨茅例句寐她镇棚磐味猴是旋推找虐板显爬鱼爱腊曝防貌第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021

1-3-1X射线的散射

X射线被物质散射时，产生两种现象：相干散射—与原波长相同；非相干散射——改变波长。砸达漂熄簧胡宵幸值楚怀钎斧牢训掀早取北钝嗡碧力臼渐赛刮鱼乍人途恭第1章X射线的物理学根底-2021第1章X射线的物理学根底-2021一、相干散射物质中的电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动。这样每个电子在各方向产生与入射X射线同频率的电磁波。新的散射波之间发生的干预现象称为相干散射。又由于经典电动力学理论可很好地解释这种电子散射现象及其定量关系，因而又称为经典散射，相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的理论根底。实际上，相干散射并不损失射线的能量，而只是改变了它的传播方向，但对入射线方向来说，却起到了强度衰减的作用。神保巾秒餐癸东券吸