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| “透视眼”X射线 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2013-07-17 12:32:25 浏览次数： |
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X射线于1895年由伦琴(W.K.Rontgen)所发现，由于伦琴发现这种射线时无法确定其性质，故称为X射线。后来为纪念它的发明者也称为伦琴射线。它具有如下特性：①肉眼不能观察到，但可使照相底片感光、荧光板发光和使气体电离；②有很高的穿透能力，能透过可见光不能透过的物体；③这种射线沿直线传播，在电场与磁场中不偏转，穿透物质时可以被偏振极化，被物质吸收而强度衰减，但不发生反射、折射现象，通过普通光栅亦不引起衍射；④能杀伤生物细胞。X射线由于具有以上特性，一经发现就引起了全世界科学家的注意。
X射线的产生原理
X射线的产生如下图所示。改图是电子式X射线管，是由玻璃制造的圆柱形管子，管中气压在10-6厘米水银柱以下，管中有两个金属的电极，阴极为钨丝卷成，由两根导线通入3—4安培的电流，在钨丝周围产生大量的热电子。在阴极和阳极之间加以高电压（30—50千伏），使钨丝周围的热电子向阳极作加速度运动。阳极为某种金属的磨光面，当高速运动的电子与阳极（或称“靶”）相碰时，骤然停止运动，此时电子能量的大部分变为热能，一部分变成X光子能量，由靶面射出X射线。
X射线产生原理
X射线的特征
(1)频率值高
X射线的特征是波长非常短，频率很高，其波长约为（20～0.06）×10-8厘米之间。因此X射线必定是由于原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的。所以X射线光谱是原子中最靠内层的电子跃迁时发出来的，而光学光谱则是外层的电子跃迁时发射出来的。X射线在电场磁场中不偏转。这说明X射线是不带电的粒子流，因此能产生干涉、衍射现象。
(2)辐射同步
X射线谱由连续谱和标识谱两部分组成，标识谱重叠在连续谱背景上，连续谱是由于高速电子受靶极阻挡而产生的轫致辐射，其短波极限λ0由加速电压V决定：λ0=hc/(ev)，h为普朗克常数，e为电子电量，c为真空中的光速。标识谱是由一系列线状谱组成，它们是因靶元素内层电子的跃迁而产生，每种元素各有一套特定的标识谱，反映了原子壳层结构。同步辐射源可产生高强度的连续谱X射线，现已成为重要的X射线源。
(3)穿透力强
X射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应，波长越短的X射线能量越大，叫做硬X射线，波长长的X射线能量较低，称为软X射线。当在真空中，高速运动的电子轰击金属靶时，靶就放出X射线，这就是X射线管的结构原理。
X射线衍射的发展历程
许多物理学家研究探索了X射线的产生及其本质。
Barkla于1905年和1909年先后发现了X射线的偏振现象和特征射线谱，从而将关于X射线性质的讨论缩小到了电磁波还是微粒辐射的范围。
1908～1909年间，德国汉堡的Walter和Pohl将X射线透过一种宽0.02mm、厚1～2mm的金属光栅，并且得到了模糊的刷子状条纹。
1910年Koch发现这些条纹的强度是起伏变化的并认为是由衍射所造成，从而证实了X射线是一种电磁波。
Sommerfeld根据衍射条纹间距首次计算出了X射线的波长。
1912年，Laue在与Ewald的一次讨论中，根据X射线的波长与晶体中共振体间距的量级关系想到了X射线在晶体中产生衍射的可能性，并在Friedrich和Knipping的协助下于1912年完成了一项划时代的发现，他们成功地获得了 CuSO4•5H2O(胆矾)的衍射花样。后又相继获得了ZnS、PbS、NaCl的衍射图，再次证明X射线的电磁波性质。
Laue随即给出了三维光栅(晶体)衍射的数学表达式，即著名的Laue方程，从此奠定了X射线衍射学的基础。
Bragg父子(W.L.布拉格和W.H.布拉格)对劳埃衍射花样进行了深入的研究，他们认为衍射斑点是由晶体中原子较密集的一些晶面反射而得出的，基于这个认识，并结合实验，他们导出了著名的Bragg方程，与Laue方程一起构成了X射线衍射的运动学理论。
经过科学家的共同研究，形成了相对完整的X射线的动力学理论。
X射线运动学和动力学理论的建立使X射线衍射分析成为一个重要的科学分支。
X射线的应用
X射线检测作为一种现代检测技术，已经渗透到包括医学、物理、化学、天文、生命科学和材料科学等各个领域。
（1）医学领域
医学领域是X射线技术应用最广泛的领域。X射线应用于医学诊断，主要依据X射线的穿透作用、差别吸收、感光作用和荧光作用。由于X射线穿过人体时，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射线量比肌肉吸收的量要多，那么通过人体后的X射线量就不一样，这样便携带了人体各部密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用或感光作用的强弱就有较大差别，因而在荧光屏上或摄影胶片上(经过显影、定影)将显示出不同密度的阴影。根据阴影浓淡的对比，结合临床表现、化验结果和病理诊断，即可判断人体某一部分是否正常。于是，X射线诊断技术便成了世界上最早应用的非刨伤性的内脏检查技术。
X射线应用于治疗，主要依据其生物效应，应用不同能量的X射线对人体病灶部分的细胞组织进行照射时，即可使被照射的细胞组织受到破坏或抑制，从而达到对某些疾病，特别是肿瘤的治疗目的。
X射线照射下的手掌影像图
X射线可激发荧光、使气体电离、使感光乳胶感光，故X射线可用电离计、闪烁计数器和感光乳胶片等检测。
（3）研究领域
晶体的点阵结构对X射线可产生显著的衍射作用，X射线衍射法已成为研究晶体结构、形貌和各种缺陷的重要手段。 |
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