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X射线的产生以及应用

2017-08-12 16:06:10 西安丰登光电科技有限公司 阅读

X射线的发现:

    X射线简称X-ray是1895年由德国物理学家伦琴发现的,故又称为伦琴射线,也是19世界末20世纪初物理学的三大发明之一。X射线是一种波长介于紫外线与γ射线之间的电磁波,其波长在0.01nm~10nm之间,其中0.01nm~1nm之间的称为硬X射线,1nm~10nm之间的称为软X射线。波长短于X射线的为γ射线,波长长于X射线的为紫外线。硬X射线与γ射线范围有重叠部分,二者的区别在于产生原理不同,X射线光子产生于高能电子加速,而伽马射线产生于原子核衰变。随着X射线技术的相对成熟,目前主要被应用在医学领域和安检领域,并起到了相当卓越的贡献。

X射线是如何产生:

    X射线的产生方法中最简单、最常用的是用加速后的电子撞击金属靶。产生X射线的主要部件是X射线管、变压器和操作台。目前常用的X射线主要由X射线管产生,X射线管是一种具有阴、阳两极的真空管,其中阴极用钨丝制成,阳极(俗称靶极)用高熔点金属制成。变压器为提供X线管灯丝电源和高电压而设置,一般前者仅需12V以下,为一降压变压器,后者需40~150KV(常用为45~90 KV)为一升压变压器。操作台主要为调节电压、电流和曝光时间而设置,包括电压表、电流表、时计、调节旋钮和开关等。电源接通后会有大量的热电子束从被加热到白炽状态的钨丝端射出,射出后的热电子经过几万伏至几十万伏的高压加速,从阴极飞向阳极,高速的电子束撞击靶极,电子的速度急降,动能几乎全部损失,但是电子的大部分动能都转换成了热能,只有很小的一部分变成了X射线从阳极发出,形成X射线光谱的连续部分,称之为制动辐射。通过加大加速电压,电子携带的能量增大,则有可能将金属原子的内层电子撞出。于是内层形成空穴,外层电子跃迁回内层填补空穴,同时放出波长在0.1纳米左右的光子。由于外层电子跃迁放出的能量是量子化的,所以放出的光子的波长也集中在某些部分,形成了X光谱中的特征线,此称为特性辐射。由于撞击后的电子动能大部分都转化成了热能,所以工作中的X射线管必须进行冷却,避免阴极温度过高而融化。

X射线产生的原理图:

X射线产生原理图

X射线的效应有那些:

    1.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。(左图为X射线行李检查仪) 

     (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(左图)、波长测定和物质结构分析中都得到应用。(右图为澳大利亚制造的新型X射线显微镜拍摄的物体内亚结构高分辨率图像)

2.X射线的化学效应 

     (1)感光作用。X射线同可见光一样能使胶片感光。胶片感光的强弱与X射线量成正比,当X射线通过人体时,因人体各组织的密度不同,对X射线量的吸收不同,胶片上所获得的感光度不同,从而获得X射线的影像。 

     (2)着色作用。X射线长期照射某些物质如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等,可使其结晶体脱水而改变颜色。

3.X射线的生物效应 

     X射线照射到生物机体时,可使生物细胞受到抑制、破坏甚至坏死,致使机体发生不同程度的生理、病理和生化等方面的改变。不同的生物细胞,对X射线有不同的敏感度,可用于治疗人体的某些疾病,特别是肿瘤的治疗(右图为治疗肿瘤的X刀)。在利用X射线的同时,人们发现了导致病人脱发、皮肤烧伤、工作人员视力障碍,白血病等射线伤害的问题,在应用X射线的同时,也应注意其对正常机体的伤害,注意采取防护措施。

X射线的应用:

1,X射线衍射(XRD)  

X射线衍射仪

2, X扩展的X射线吸收边(EXAFS) 

3,X射线形貌(白光形貌和双晶形貌)  

3,X射线成像(XRI) 

X射线成像系统

5,X射线小角散(XRS) 

6,X射线光刻(XRL) 

7,X射线荧光(XRF)- 元素分析

X射线荧光光谱仪



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