X射线的背景知识X射线概述一、X-射线的性质：波动性与粒子性伦琴发现,1895年11月8日；德国维尔茨堡大学实验室。不同于已知的可见光（波长为0.5微米，或5000A的电磁波属可见光），肉眼看不见。电磁波具有波的干涉、衍射和极化等性质，它的波长比紫外线短许多。如所周知，量子论认为任何电磁辐射说到底是各种不同的、分离的能量‘包’的发射。能量‘包’(光子)光子的能量与电磁辐射的频率成正比。1）物理作用，使某些物质发出荧光—可见光，用于荧光摄影如X-射线透视。2）可穿透物体。穿透力与物质的原子序数有关。同一波长的X-射线，对原子序数低的物质穿透力强，对原子序数高的物质穿透力弱。3）可引起化学反应，使照相胶片感光，用于X-射线摄影。4）可在生命组织中诱发生物效应，用作治疗。5）使物质的原子电离和激发，使气体导电。二、“取之于物”连续谱：特点：高速电子进入核区，由于核区有库仑场存在，其速度发生变化。不同的电子有不同的速度，取连续值，高斯分布（多普勒效应）机理：当高速电子与原子核碰撞而骤然减速时，辐射出X-射线，其光子能量呈连续变化，称韧致辐射，或称刹车辐射。标识射线：a)高速电子与原子内（K-）层电子作用；b)将K层电子击出，一方面形成光电子，一方面在K层留下空穴；c)外层电子填补K层空穴，由于外层电子具有更高的能级，它有回到内层的倾向。当它回到内层（例如K-层）填补空穴时，发出射线。射线的波长取决于靶物质的原子序数，而与外加电压无关。故称为特征射线或标识射线X-射线成像的物理基础—X-射线与物质的相互作用X射线与物质相互作用时，会产生各种不同的和复杂的过程。但就其能量转换而言，一束X射线通过物质时，它的能量可分为三部分：其中一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过物质继续沿原来的方向传播。透过物质后的射线束由于散射和吸收的影响强度被衰减。X射线与物质作用除散射、吸收和通过物质外，几乎不发生折射，一般情况下也不发生反射。X-射线与物质的相互作用的过程:入射X-射线通过物质时，光子渐渐损失掉，在入射方向，射线愈来愈弱，衰减。衰减的过程主要有三种：光电吸收散射电子对生成。1.光电吸收<光电效应和俄歇效应>作用对象：X-射线与物质原子的内层电子或束缚电子相互作用。过程：若光子能量大于束缚电子的结合能。1）电子被光子击出：“光电子”产生。光子本身消失了，2）物质的原子被电离，原壳层处留下空位。3）“光电子”继续撞击物质中的其它原子，它的动能以热的形式消耗在附近晶格中；4）空位为外层电子（自由电子）所填充，产生辐射：发出标识X-射线光子。2.相干散射（弹性散射）当入射X光子与物质中的某些电子（例如内层电子）发生碰撞时，由于这些电子受到原子的强力束缚，光子的能量不足以使电子脱离所在能级的情况下，此种碰撞可以近似地看成是刚体间的弹性碰撞，其结果仅使光子的前进方向发生改变，即发生了散射，但光子的能量并未损耗，即散射线的波长等于入射线的波长。此时各散射线之间将相互发生干涉，故成为相干散射。相干散射是引起晶体产生衍射线的根源。3.非相干散射：作用对象：X-射线与物质原子的外层电子或自由电子相互作用。入射X-射线光子把一部分能量传给电子。1）电子沿一角度反冲弹出动能通过电离和激发过程最后变成热消耗掉；2)光子并不消失，但能量减小（从而它的频率降低），方向改变这个光子称散射光子；3)结果:原射线方向下的光子数就减少（衰减）了。Comptom散射、非弹性散射；4.电子对生成：作用对象：X-射线与物质原子在原子核区相互作用过程：X-射线光子的能量>1.02Mev产生电子对（一个电子和一个正电子）二者静止质量所对应于的能量各为：5.描述相互作用的宏观参数：衰减系数线性衰减系数18质量衰减系数X射线的强度衰减：吸收+散射；总的质量衰减系数m：m=m+mm：质量吸收系数；m：质量散射系数；根据经验公式，将测得的数据做以下处理：=-lnT*(A/NA)/(x*ρ)-0.2*(A/NA)，式中NA为阿伏加德罗常数，ρ为材料的原子密度，X为材料的厚度，A为原子的摩尔质量；经过处理后将ln–lnλ拟合，得到：ln=A+B*lnλ式中，B为所求的关系系数对Zr，B=2.26539误差为0.04372与理论值误差为-3.4%对Cu，B=2.89941误差为0.03968与理论值误差为-24.5%不改变探测角（不改变波长），拟合ln–lnZ，得到：ln=A+B*lnZB=4.16983误差为0.6567与理论值误