高压，加速电子
3、在其运动的路径上设置一个障碍物使电 子突然减速或停止。
靶，阻挡电子，产生X-射线
X射线的性质
➢人的肉眼看不见X射线，但X射线能使气体 电离，使照相底片感光，能穿过不透明的 物体，还能使荧光物质发出荧光。
➢X射线呈直线传播，在电场和磁场中不发生 偏转；当穿过物体时仅部分被散射。
➢X射线对动物有机体（其中包括对人体）能 产生巨大的生理上的影响，能杀伤生物细 胞。
提出晶体衍射理论，建立了布拉格公式（布拉格定 律），并改进了X射线分光计
➢布拉格Bragg （英，1915， Nobel）
广角 (大角) X射线衍射（WAXD）
Wide Angle X-Ray Diffraction
小角X射线散射（SAXS）
Small Angle X-Ray Scattering
WAXD SAXS
几个Å～几十Å 几十Å ～1000 Å
第一节 广（大）角X射线衍射法（WAXD）
一 、基本原理 1.X射线的产生及性质
X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速， 且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。
➢X射线产生条件
1、产生自由电子；
灯丝，产生电子
2、使电子作定向的高速运动;
四种光源一直对人们的生活产生重大影响
电光源 激光
X射线光源 同步辐射光源
1879年
爱迪生（美国） →
电光源
1895年
20世纪60年代
伦琴（德国）
→
美国，前苏联科 学家
→
X 光源
激光
20世纪50年代 美国科学家 同步辐射光源
众
带电粒子如电子
多
运动速度发生变
原子内电子状态从高能态 到低能级所产生的光辐射
焦点——阳极靶表面被电子轰击的一块面积，X 射线就是从这块面积上发射出来的。焦点的尺寸和 形状是X射线管的重要特性之一。焦点的形状取决 于灯丝的形状，螺形灯丝产生长方形焦点。 X射线衍射工作中希望细焦点和高强度；细焦点可 提高分辨率；高强度则可缩短暴光时间
➢X射线谱
X射线强度与波长的关 系曲线，称之X射线谱。
• 一束X射线通过物体后，其强度将被衰减， 它是被散射和吸收的结果，并且吸收是造 成强度衰减的主要原因。
• 钼靶X射线管当管电压等于或高于 20KV时，则除连续X射线谱外，位 于一定波长处还叠加有少数强谱线， 它们即特征X射线谱。
• 钼靶X射线管在35KV电压下的谱线， 其特征x射线分别位于0.63Å和0.71Å 处，后者的强度约为前者强度的五 倍。这两条谱线称钼的K系。
➢特征X射线的产生机理
• 特征X射线的产生机理与靶物质的原子结构有关。 • 原子壳层按其能量大小分为数层，通常用K、L、
• 极限情况下，能量为ev的电子在碰撞中一下子把 能量全部转给光子，那么该光子获得最高能量和 具称有之最短短波限波λ长0 ，即短波限λ0。都有一个最短波长，
• λ0 = 1.24/V （nm） V（kV）
➢X射线管的效率
X射线管的效率η，是指电子流能量中用于产生 X射线的百分数
连 X射 X 续 射线 线管 总 K 功 ii强 Z Z2率 V 度 KZV
对连续X射线谱的解释（二）
• 量子力学概念，当能量为ev的电子与靶的原子整 体碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以 光子的形式辐射出去，每碰撞一次，产生一个能 量为hv的光子，即“韧致辐射”。
• 大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同，而 且还有多次碰撞，因而产生不同能量不同强度的 光子序列，即形成连续谱。
随着原子序数Z的增加，X射线管的效率提高， 但即使用原子序数大的钨靶，在管压高达100 kV的情况下，X射线管的效率也仅有1﹪左右， 99％的能量都转变为热能。
X射线谱—特征X射线谱
• 当管电压超过某临界值时，特征谱 才会出现，该临界电压称激发电压。 当管电压增加时，连续谱和特征谱 强度都增加，而特征谱对应的波长 保持不变。
• 当K电子被打出K层时，如L层电
子来填充K空位时，则产生Kα辐
射。此X射线的能量为电子跃迁 前后两能级的能量差。
hK W K W L hK hL
➢特征X射线
高分子：铜靶 Cr, Fe, Co, Mo, Ag和W
X射线与物质的相互作用
• X射线与物质的相互作用，是一个比较复杂 的物理过程。
电
化伴随光辐射。
子
北京（1988）
合肥（1989）
台湾（1991）
上海（2009）➢X射线是电 Nhomakorabea波的一种
0.05~0.25nm
➢Three landmarks
• 伦琴Roentgen （德，1901，Nobel) 伦琴射线
➢劳厄 Laue （德，1914， Nobel）
发现x射线在 晶体中的衍射 1914年的诺 贝尔物理学奖
X 射线管
➢ 阴极——发射电子。一般 由钨丝制成，通电加热后 释放出热辐射电子。
➢ 阳极——靶，使电子突然 减速并发出X射线。
➢ 窗口——X射线出射通道。 窗口与靶面常成3-6°的斜 角，以减少靶面对出射X 射线的阻碍
➢ 高速电子转换成X射线的效率只有1%，其余99% 都作为热而散发了。所以靶材料要导热性能好，常 用黄铜或紫铜制作，还需要循环水冷却。因此X射 线管的功率有限，大功率需要用旋转阳极。
M、N等字母代表它们的名称。 • 当管电压达到或超过某一临界值时，则阴极发出
的电子在电场加速下，可以将靶物质原子深层的 电子击到能量较高的外部壳层或击出原子外，使 原子电离。 • 如果K层电子被击出K层，称K激发，L层电子被 击出L层，称L激发，其余各层依此类推。
• 处于激发状态的原子有自发回到 稳定状态的倾向，此时外层电子 将填充内层空位，相应伴随着原 子能量的降低。原子从高能态变 成低能态时，多出的能量以X射 线形式辐射出来。因此物质一定， 原子结构一定，两特定能级间的 能量差一定，故辐射出的特征X 射波长一定。
在管压很低时，小于 20kV的曲线是连续变 化的，故称之连续X射 线谱，即连续谱。
➢白色X射线（连续光谱）
对连续X射线谱的解释（一）
根据经典物理学的理论，一个带负电荷的加速电 子冲击在靶子上，运动突然受到抑制，电子周围 的电磁场将发生急剧变化，此时必然要产生一个 电磁波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的 电子射到阳极上的时间和条件不可能相同，因而 得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续 X射线谱。