【正文】 ..................................................... 18 屏蔽防護(hù) ................................................................................................................ 19 7 小結(jié) ....................................................................................................................................... 20 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 21 致謝語 ...................................................................................................................................... 22 X 射線產(chǎn)生機(jī)理及其衍射技術(shù)在材料分析中的應(yīng)用 1 1 引言 科 學(xué)總是在不斷發(fā)展的，經(jīng)倫琴及各國科學(xué)家的反復(fù)實(shí)踐和研究， 揭 示 了 X射線的本質(zhì)，證實(shí)它是一種波長極短，能量很大的電磁波。它的波長比可見光的波長更短（約在 ，醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的 X射線波長約在 ），它的光子能量比可見光的光子能量大幾萬至幾十萬倍 。在 物質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析 中 盡管可以采用中子衍射、電子衍射、紅外光譜、穆斯堡爾譜等方法，但是 X射線衍射是最有效的、應(yīng)用最廣泛的手段，而且 X射線衍射是人類用來研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的第一種方法 。 X射線衍射的應(yīng)用范圍非常廣泛，現(xiàn)已滲透到物理、化學(xué)、地球科學(xué) 、材料科 學(xué)以及各種工程技術(shù)科學(xué)中，成為一種重要的實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)構(gòu)分析手段。 2 2 X 射線的發(fā)現(xiàn) 及 其性質(zhì) X 射線的發(fā)現(xiàn) 1895 年德國物理學(xué)家倫琴（ ）在研究陰極射線管中氣體放電現(xiàn)象時(shí)，用一只嵌有兩個(gè)金屬電極（一個(gè)叫做陽極，一個(gè)叫做陰極）的密封玻璃管，在電極兩端加上幾萬伏的高壓電，用抽氣機(jī)從玻璃管內(nèi)抽出空氣。為了遮擋高壓放電時(shí)的光線（一種弧光）外匯，在玻璃管外面套上一層黑色紙板。他在暗室中進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)距離玻璃管兩 米遠(yuǎn)的地方，一塊用鉑氰化鋇溶液浸洗過的紙板發(fā)出明亮的熒光。再進(jìn)一步試驗(yàn)，用紙板、木板、衣服以及厚約兩千頁的書，都遮擋不住這種熒光。更令人驚奇的是，當(dāng)用手去拿這塊熒光的紙板時(shí)，竟在紙板上看到了手骨的影像。 當(dāng)時(shí)倫琴認(rèn)定：這是一種人眼看不見、但能穿透物體的射線。因無法解釋它的原理，不明它的性質(zhì)，故借用了數(shù)學(xué)中代表未知數(shù)的 ―X‖作為代號，稱為 ―X‖射線（簡稱 X 線）。這就是 X 射線的發(fā)現(xiàn)與名稱的由來。此名一直延用至今。后人為紀(jì)念倫琴的這一偉大發(fā)現(xiàn)，又把它命名為倫琴射線。 X 射線的發(fā)現(xiàn)在人類歷史上具有極其重要的意義，它 為自然科學(xué)和醫(yī)學(xué)開辟了一條嶄新的道路，為此， 1901 年倫琴榮獲物理學(xué)第一個(gè)諾貝爾獎。 科學(xué)總是在不斷發(fā)展的，經(jīng)倫琴及各國科學(xué)家的反復(fù)實(shí)踐和研究，逐漸提示了 X 射線的本質(zhì)，證實(shí)它是一種波長極短，能量很大的電磁波。它的波長比可見光的波長更短（約在 ，醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的 X 射線波長約在 ），它的光子能量比可見光的光子能量大幾萬至幾十萬倍。因此， X 射線除具有可見光的一般性質(zhì)外，還具有自身的特性。 X 射線的性質(zhì) X 射線的本質(zhì)與可見光紅外線紫外線以及宇宙射線完全相同均屬于 電磁輻射，具有波動性和粒子性特征。它的波長范圍在 l03nm10nm 之間，兩邊界分別與紫外線及射線相重疊一般稱波長在 —10nm之間的為軟 X 射線，波長在 硬 X 射線。 X 射線產(chǎn)生機(jī)理及其衍射技術(shù)在材料分析中的應(yīng)用 3 物理效應(yīng) 穿透作用 穿透作用是指 X 射線通過物質(zhì)時(shí)不被吸收的能力。 X 射線能穿透一般可見光所不能透過的物質(zhì)?？梢姽庖蚱洳ㄩL較長，光子具有的能量很小，當(dāng) 射 到物體上時(shí)，一部分被反射，大部分為物質(zhì) 所 吸收，不能透過物體；而 X 射線則不然，因其波長短，能量大，照在物質(zhì)上時(shí)，僅一部分被物質(zhì)所吸收，大部 分經(jīng)由原子間隙而透過，表現(xiàn)出很強(qiáng)的穿透能力。 X 射線穿透物質(zhì)的能力與 X 射線光子的能量有關(guān)， X 射線的波長越短，光子的能量越大，穿透能力越強(qiáng)。 X 射線的穿透力也與物質(zhì)密度有關(guān)，密度大的物質(zhì)，對 X 射線的吸收多，透過少；密度小者，吸收少，透過多。利用差別吸收這種性質(zhì)可以把密度不同的骨骼、肌肉、脂肪等軟組織區(qū)分開來。這正是 X 射線透視和攝影的物理基礎(chǔ)。 電離作用 物質(zhì)受到 X 射線照射時(shí)，使核外電子脫離原子軌道，這種作用叫電離作用。在光電效應(yīng)和散射過程中，出現(xiàn)光電子和反沖電子脫離其原子的過程叫一次電離，這些光電子或反 沖電子在行進(jìn)中又和其它原子碰撞，使被擊原子逸出電子叫二次電離。在固體和液體中，電離后的正、負(fù)離子將很快復(fù)合，不易收集。但在氣體中的電離電荷卻很容易收集起來，利用電離電荷的多少可測定 X 射線的照射量， X 射線測量儀器正是根據(jù)這個(gè)原理制成的。 由于電離作用，使氣體能夠?qū)щ?；某些物質(zhì)可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；在有機(jī)體內(nèi)可以誘發(fā)各種生物效應(yīng)。電離作用是 X 射線損傷和治療的基礎(chǔ)。 熒光作用 由于 X 射線波長很短，因此是不可見的。但它照射到某些化合物，如磷、鉑氰化鋇、鎢酸鈣等時(shí)，由于電離或激發(fā)使原子處于激發(fā)狀態(tài)，原子回到基態(tài)過 程中，由于價(jià)電子的能級躍遷而輻射出可見光或紫外線，這就是熒光。 X 射線使物質(zhì)發(fā)生熒光的作用叫熒光作用。熒光強(qiáng)弱與 X 射線量成正比。這種作用是 X 射線應(yīng)用于透視的基礎(chǔ)。在 X 射線診斷工作中利用這種熒光作用可制成熒光屏，增感屏，影像增強(qiáng)器 [5]中的輸入屏等。熒光屏用作透視時(shí)觀察 X 射線通過人體組織的影像，增感屏用作攝影時(shí)增強(qiáng)膠片的感光量。 熱作用 4 物質(zhì)所吸收的 X 射線大部分被轉(zhuǎn)變成熱能，使物體溫度升高，這就是熱作用。 5．干涉、衍射、反射、折射作用 這些作用與可見光一樣。在 X 射線顯微鏡、波長測定和物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析中 都得到應(yīng)用。 化學(xué)效應(yīng) 感光作用 同可見光一樣， X 射線能使膠片感光。當(dāng) X 射線照射到膠片上的溴化銀時(shí)，能使銀粒子沉淀而使膠片產(chǎn)生 ―感光作用 ‖。膠片感光的強(qiáng)弱與 X 射線量成正比。當(dāng) X 射線通過人體時(shí)，因人體各組織的密度不同，對 X 射線量的吸收不同，致使膠片上所獲得的感光度不同，從而獲得 X 射線的影像。 著色作用 某些物質(zhì)如鉑氰化鋇、鉛玻璃、水晶等，經(jīng) X 射線長期照射后，其結(jié)晶體脫水而改變顏色，這就叫做著色作用。 生物效應(yīng) 當(dāng) X 射線照射到生物機(jī)體時(shí)，生物細(xì)胞受到抑制、破壞甚至壞死，致使機(jī)體 發(fā)生不同程度的生理、病理和生化等方面的改變，稱為 X 射線的生物效應(yīng)。不同的生物細(xì)胞，對 X 射線有不同的敏感度。利用 X 射線可以治療人體的某些疾病，如腫瘤等。另一方面，它對正常機(jī)體也有傷害，因此要注意對人體的防護(hù)。 X 射線的生物效應(yīng)歸根結(jié)底是由 X 射線的電離作用造成的。 由于 X 射線具有如上種種特性，因而在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域，獲得了廣泛的應(yīng)用。 X 射線產(chǎn)生機(jī)理及其衍射技術(shù)在材料分析中的應(yīng)用 5 3 產(chǎn)生 X 射線的 條件和機(jī)理 產(chǎn)生 X 射線的條件 X 射線是在研究稀薄氣體放電和陰極射線的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)表明，電子被加速后，當(dāng)它被轟擊到物體上時(shí)就能產(chǎn)生 出 X 射線。其后，在研制 X 射線設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生 X 射線的規(guī)律，即高速帶電粒子在轟擊物質(zhì)而突然受阻減速時(shí)，就能產(chǎn)生 X 射線。由此可見，產(chǎn)生 X 射線必須具備三個(gè)基本條件： 電子源 能根據(jù)需要隨時(shí)提供足夠數(shù)量的電子。 高速電子流 在強(qiáng)電場作用下，電子作高速、定向運(yùn)動。 靶 是能經(jīng)受高速電子轟擊而產(chǎn)生 X 射線的障礙物。