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| “透視眼”X射線(xiàn) |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2013-07-17 12:32:25 瀏覽次數： |
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X射線(xiàn)于1895年由倫琴(W.K.Rontgen)所發(fā)現，由于倫琴發(fā)現這種射線(xiàn)時(shí)無(wú)法確定其性質(zhì)，故稱(chēng)為X射線(xiàn)。后來(lái)為紀念它的發(fā)明者也稱(chēng)為倫琴射線(xiàn)。它具有如下特性：①肉眼不能觀(guān)察到，但可使照相底片感光、熒光板發(fā)光和使氣體電離；②有很高的穿透能力，能透過(guò)可見(jiàn)光不能透過(guò)的物體；③這種射線(xiàn)沿直線(xiàn)傳播，在電場(chǎng)與磁場(chǎng)中不偏轉，穿透物質(zhì)時(shí)可以被偏振極化，被物質(zhì)吸收而強度衰減，但不發(fā)生反射、折射現象，通過(guò)普通光柵亦不引起衍射；④能殺傷生物細胞。X射線(xiàn)由于具有以上特性，一經(jīng)發(fā)現就引起了全世界科學(xué)家的注意。
X射線(xiàn)的產(chǎn)生原理
X射線(xiàn)的產(chǎn)生如下圖所示。改圖是電子式X射線(xiàn)管，是由玻璃制造的圓柱形管子，管中氣壓在10-6厘米水銀柱以下，管中有兩個(gè)金屬的電極，陰極為鎢絲卷成，由兩根導線(xiàn)通入3—4安培的電流，在鎢絲周?chē)a(chǎn)生大量的熱電子。在陰極和陽(yáng)極之間加以高電壓（30—50千伏），使鎢絲周?chē)臒犭娮酉蜿?yáng)極作加速度運動(dòng)。陽(yáng)極為某種金屬的磨光面，當高速運動(dòng)的電子與陽(yáng)極（或稱(chēng)“靶”）相碰時(shí)，驟然停止運動(dòng)，此時(shí)電子能量的大部分變?yōu)闊崮?，一部分變成X光子能量，由靶面射出X射線(xiàn)。
X射線(xiàn)產(chǎn)生原理
X射線(xiàn)的特征
(1)頻率值高
X射線(xiàn)的特征是波長(cháng)非常短，頻率很高，其波長(cháng)約為（20～0.06）×10-8厘米之間。因此X射線(xiàn)必定是由于原子在能量相差懸殊的兩個(gè)能級之間的躍遷而產(chǎn)生的。所以X射線(xiàn)光譜是原子中最靠?jì)葘拥碾娮榆S遷時(shí)發(fā)出來(lái)的，而光學(xué)光譜則是外層的電子躍遷時(shí)發(fā)射出來(lái)的。X射線(xiàn)在電場(chǎng)磁場(chǎng)中不偏轉。這說(shuō)明X射線(xiàn)是不帶電的粒子流，因此能產(chǎn)生干涉、衍射現象。
(2)輻射同步
X射線(xiàn)譜由連續譜和標識譜兩部分組成，標識譜重疊在連續譜背景上，連續譜是由于高速電子受靶極阻擋而產(chǎn)生的軔致輻射，其短波極限λ0由加速電壓V決定：λ0=hc/(ev)，h為普朗克常數，e為電子電量，c為真空中的光速。標識譜是由一系列線(xiàn)狀譜組成，它們是因靶元素內層電子的躍遷而產(chǎn)生，每種元素各有一套特定的標識譜，反映了原子殼層結構。同步輻射源可產(chǎn)生高強度的連續譜X射線(xiàn)，現已成為重要的X射線(xiàn)源。
(3)穿透力強
X射線(xiàn)具有很高的穿透本領(lǐng)，能透過(guò)許多對可見(jiàn)光不透明的物質(zhì)，如墨紙、木料等。這種肉眼看不見(jiàn)的射線(xiàn)可以使很多固體材料發(fā)生可見(jiàn)的熒光，使照相底片感光以及空氣電離等效應，波長(cháng)越短的X射線(xiàn)能量越大，叫做硬X射線(xiàn)，波長(cháng)長(cháng)的X射線(xiàn)能量較低，稱(chēng)為軟X射線(xiàn)。當在真空中，高速運動(dòng)的電子轟擊金屬靶時(shí)，靶就放出X射線(xiàn)，這就是X射線(xiàn)管的結構原理。
X射線(xiàn)衍射的發(fā)展歷程
許多物理學(xué)家研究探索了X射線(xiàn)的產(chǎn)生及其本質(zhì)。
Barkla于1905年和1909年先后發(fā)現了X射線(xiàn)的偏振現象和特征射線(xiàn)譜，從而將關(guān)于X射線(xiàn)性質(zhì)的討論縮小到了電磁波還是微粒輻射的范圍。
1908～1909年間，德國漢堡的Walter和Pohl將X射線(xiàn)透過(guò)一種寬0.02mm、厚1～2mm的金屬光柵，并且得到了模糊的刷子狀條紋。
1910年Koch發(fā)現這些條紋的強度是起伏變化的并認為是由衍射所造成，從而證實(shí)了X射線(xiàn)是一種電磁波。
Sommerfeld根據衍射條紋間距首次計算出了X射線(xiàn)的波長(cháng)。
1912年，Laue在與Ewald的一次討論中，根據X射線(xiàn)的波長(cháng)與晶體中共振體間距的量級關(guān)系想到了X射線(xiàn)在晶體中產(chǎn)生衍射的可能性，并在Friedrich和Knipping的協(xié)助下于1912年完成了一項劃時(shí)代的發(fā)現，他們成功地獲得了 CuSO4•5H2O(膽礬)的衍射花樣。后又相繼獲得了ZnS、PbS、NaCl的衍射圖，再次證明X射線(xiàn)的電磁波性質(zhì)。
Laue隨即給出了三維光柵(晶體)衍射的數學(xué)表達式，即著(zhù)名的Laue方程，從此奠定了X射線(xiàn)衍射學(xué)的基礎。
Bragg父子(W.L.布拉格和W.H.布拉格)對勞埃衍射花樣進(jìn)行了深入的研究，他們認為衍射斑點(diǎn)是由晶體中原子較密集的一些晶面反射而得出的，基于這個(gè)認識，并結合實(shí)驗，他們導出了著(zhù)名的Bragg方程，與Laue方程一起構成了X射線(xiàn)衍射的運動(dòng)學(xué)理論。
經(jīng)過(guò)科學(xué)家的共同研究，形成了相對完整的X射線(xiàn)的動(dòng)力學(xué)理論。
X射線(xiàn)運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論的建立使X射線(xiàn)衍射分析成為一個(gè)重要的科學(xué)分支。
X射線(xiàn)的應用
X射線(xiàn)檢測作為一種現代檢測技術(shù)，已經(jīng)滲透到包括醫學(xué)、物理、化學(xué)、天文、生命科學(xué)和材料科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。
（1）醫學(xué)領(lǐng)域
醫學(xué)領(lǐng)域是X射線(xiàn)技術(shù)應用最廣泛的領(lǐng)域。X射線(xiàn)應用于醫學(xué)診斷，主要依據X射線(xiàn)的穿透作用、差別吸收、感光作用和熒光作用。由于X射線(xiàn)穿過(guò)人體時(shí)，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射線(xiàn)量比肌肉吸收的量要多，那么通過(guò)人體后的X射線(xiàn)量就不一樣，這樣便攜帶了人體各部密度分布的信息，在熒光屏上或攝影膠片上引起的熒光作用或感光作用的強弱就有較大差別，因而在熒光屏上或攝影膠片上(經(jīng)過(guò)顯影、定影)將顯示出不同密度的陰影。根據陰影濃淡的對比，結合臨床表現、化驗結果和病理診斷，即可判斷人體某一部分是否正常。于是，X射線(xiàn)診斷技術(shù)便成了世界上最早應用的非刨傷性的內臟檢查技術(shù)。
X射線(xiàn)應用于治療，主要依據其生物效應，應用不同能量的X射線(xiàn)對人體病灶部分的細胞組織進(jìn)行照射時(shí)，即可使被照射的細胞組織受到破壞或抑制，從而達到對某些疾病，特別是腫瘤的治療目的。
X射線(xiàn)照射下的手掌影像圖
X射線(xiàn)可激發(fā)熒光、使氣體電離、使感光乳膠感光，故X射線(xiàn)可用電離計、閃爍計數器和感光乳膠片等檢測。
（3）研究領(lǐng)域
晶體的點(diǎn)陣結構對X射線(xiàn)可產(chǎn)生顯著(zhù)的衍射作用，X射線(xiàn)衍射法已成為研究晶體結構、形貌和各種缺陷的重要手段。 |
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