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| “透視眼”X射線 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2013-07-17 12:32:25 瀏覽次數(shù)： |
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X射線于1895年由倫琴(W.K.Rontgen)所發(fā)現(xiàn)，由于倫琴發(fā)現(xiàn)這種射線時無法確定其性質(zhì)，故稱為X射線。后來為紀(jì)念它的發(fā)明者也稱為倫琴射線。它具有如下特性：①肉眼不能觀察到，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，能透過可見光不能透過的物體；③這種射線沿直線傳播，在電場與磁場中不偏轉(zhuǎn)，穿透物質(zhì)時可以被偏振極化，被物質(zhì)吸收而強度衰減，但不發(fā)生反射、折射現(xiàn)象，通過普通光柵亦不引起衍射；④能殺傷生物細胞。X射線由于具有以上特性，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就引起了全世界科學(xué)家的注意。
X射線的產(chǎn)生原理
X射線的產(chǎn)生如下圖所示。改圖是電子式X射線管，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，管中有兩個金屬的電極，陰極為鎢絲卷成，由兩根導(dǎo)線通入3—4安培的電流，在鎢絲周圍產(chǎn)生大量的熱電子。在陰極和陽極之間加以高電壓（30—50千伏），使鎢絲周圍的熱電子向陽極作加速度運動。陽極為某種金屬的磨光面，當(dāng)高速運動的電子與陽極（或稱“靶”）相碰時，驟然停止運動，此時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。
X射線產(chǎn)生原理
X射線的特征
(1)頻率值高
X射線的特征是波長非常短，頻率很高，其波長約為（20～0.06）×10-8厘米之間。因此X射線必定是由于原子在能量相差懸殊的兩個能級之間的躍遷而產(chǎn)生的。所以X射線光譜是原子中最靠內(nèi)層的電子躍遷時發(fā)出來的，而光學(xué)光譜則是外層的電子躍遷時發(fā)射出來的。X射線在電場磁場中不偏轉(zhuǎn)。這說明X射線是不帶電的粒子流，因此能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象。
(2)輻射同步
X射線譜由連續(xù)譜和標(biāo)識譜兩部分組成，標(biāo)識譜重疊在連續(xù)譜背景上，連續(xù)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(shù)，e為電子電量，c為真空中的光速。標(biāo)識譜是由一系列線狀譜組成，它們是因靶元素內(nèi)層電子的躍遷而產(chǎn)生，每種元素各有一套特定的標(biāo)識譜，反映了原子殼層結(jié)構(gòu)。同步輻射源可產(chǎn)生高強度的連續(xù)譜X射線，現(xiàn)已成為重要的X射線源。
(3)穿透力強
X射線具有很高的穿透本領(lǐng)，能透過許多對可見光不透明的物質(zhì)，如墨紙、木料等。這種肉眼看不見的射線可以使很多固體材料發(fā)生可見的熒光，使照相底片感光以及空氣電離等效應(yīng)，波長越短的X射線能量越大，叫做硬X射線，波長長的X射線能量較低，稱為軟X射線。當(dāng)在真空中，高速運動的電子轟擊金屬靶時，靶就放出X射線，這就是X射線管的結(jié)構(gòu)原理。
X射線衍射的發(fā)展歷程
許多物理學(xué)家研究探索了X射線的產(chǎn)生及其本質(zhì)。
Barkla于1905年和1909年先后發(fā)現(xiàn)了X射線的偏振現(xiàn)象和特征射線譜，從而將關(guān)于X射線性質(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射線透過一種寬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(xiàn)這些條紋的強度是起伏變化的并認(rèn)為是由衍射所造成，從而證實了X射線是一種電磁波。
Sommerfeld根據(jù)衍射條紋間距首次計算出了X射線的波長。
1912年，Laue在與Ewald的一次討論中，根據(jù)X射線的波長與晶體中共振體間距的量級關(guān)系想到了X射線在晶體中產(chǎn)生衍射的可能性，并在Friedrich和Knipping的協(xié)助下于1912年完成了一項劃時代的發(fā)現(xiàn)，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射線的電磁波性質(zhì)。
Laue隨即給出了三維光柵(晶體)衍射的數(shù)學(xué)表達式，即著名的Laue方程，從此奠定了X射線衍射學(xué)的基礎(chǔ)。
Bragg父子(W.L.布拉格和W.H.布拉格)對勞埃衍射花樣進行了深入的研究，他們認(rèn)為衍射斑點是由晶體中原子較密集的一些晶面反射而得出的，基于這個認(rèn)識，并結(jié)合實驗，他們導(dǎo)出了著名的Bragg方程，與Laue方程一起構(gòu)成了X射線衍射的運動學(xué)理論。
經(jīng)過科學(xué)家的共同研究，形成了相對完整的X射線的動力學(xué)理論。
X射線運動學(xué)和動力學(xué)理論的建立使X射線衍射分析成為一個重要的科學(xué)分支。
X射線的應(yīng)用
X射線檢測作為一種現(xiàn)代檢測技術(shù)，已經(jīng)滲透到包括醫(yī)學(xué)、物理、化學(xué)、天文、生命科學(xué)和材料科學(xué)等各個領(lǐng)域。
（1）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是X射線技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。X射線應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷，主要依據(jù)X射線的穿透作用、差別吸收、感光作用和熒光作用。由于X射線穿過人體時，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射線量比肌肉吸收的量要多，那么通過人體后的X射線量就不一樣，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)過顯影、定影)將顯示出不同密度的陰影。根據(jù)陰影濃淡的對比，結(jié)合臨床表現(xiàn)、化驗結(jié)果和病理診斷，即可判斷人體某一部分是否正常。于是，X射線診斷技術(shù)便成了世界上最早應(yīng)用的非刨傷性的內(nèi)臟檢查技術(shù)。
X射線應(yīng)用于治療，主要依據(jù)其生物效應(yīng)，應(yīng)用不同能量的X射線對人體病灶部分的細胞組織進行照射時，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射線照射下的手掌影像圖
X射線可激發(fā)熒光、使氣體電離、使感光乳膠感光，故X射線可用電離計、閃爍計數(shù)器和感光乳膠片等檢測。
（3）研究領(lǐng)域
晶體的點陣結(jié)構(gòu)對X射線可產(chǎn)生顯著的衍射作用，X射線衍射法已成為研究晶體結(jié)構(gòu)、形貌和各種缺陷的重要手段。 |
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