X射线的性质和衍射规律.ppt

1895年伦琴在研究稀薄气体放电时发现了X射线。由于X射线的发现，唤醒了沉睡的物理界，它像一声春雷，引发了一系列重大发现，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现代物理学革命的序幕。X射线在电磁波谱中的相对位置X射线的本质1912年，劳厄用晶体衍射实验，证明X射线是一种波长较短的电磁波。X射线与可见光一样同属电磁波，但其波长比可见光的波长（380780nm）要短的多，由上图可知，X射线的波长习惯上是指0.0110nm范围内的电磁波。X射线的基本性质X射线的波、粒二相性 X射线与物质作用时，可使气体电离、产生磷光和荧光、不相干散射、光电吸收以及具有一定的能量和动量等特征，表现其粒子性。 X射线与物质作用时，其衍射、偏振、相干散射、以光速传播和具有一定波长及频率，这表现了其波动性。X射线是不连续的粒子性和连续的波动性的矛盾统一体，X射线的波长色散与能量色散就是分别建立在波动性和粒子性基础上的。X射线除波、粒二相性外，还具有以下性质：u传播与折射u具有衍射现象u电离作用u荧光作用u光化学作用u生物效应u穿透作用u电离作用电离作用物质受X射线照射时，可使核外电子脱离原子轨道产生电离。利用电离电荷的多少可测定X射线的照射量，根据这个原理制成了X射线测量仪器。在电离作用下，气体能够导电；某些物质可以发生化学反应；在有机体内可以诱发各种生物效应。u荧光作用荧光作用X射线波长很短不可见，但它照射到某些化合物如磷、铂氰化钡、硫化锌镉、钨酸钙等能使它们的原子或分子处于激发态，当它们回到基态时发出荧光。这种作用是X射线应用于透视的基础，利用这种荧光作用可制成荧光屏，用作透视时观察X射线通过人体组织的影像。u光化学作用光化学作用X射线同可见光一样能使胶片感光。胶片感光的强弱与X射线量成正比，当X射线通过人体时，因人体各组织的密度不同，对X射线量的吸收不同，胶片上所获得的感光度不同，从而获得X射线的影像。u生物效应生物效应X射线照射到生物机体时，可使生物细胞受到抑制、破坏甚至坏死，致使机体发生不同程度的生理、病理和生化等方面的改变。不同的生物细胞，对X射线有不同的敏感度，受到的损伤程度也就有差异。利用这种性质可用X射线杀死某些敏感性很强、分裂旺盛的癌细胞等，以达到治疗的目的。u穿透作用穿透作用X射线对各种物质都有一定程度的穿透作用。研究表明，物质对X射线的吸收程度与X射线的波长有关，也与物质的原子序数或密度有关。X射线波长越短，物质对它的吸收越小，它的贯穿本领就越大。同步辐射产生的X射线的特性： 能获得单色的X射线，且波长连续可调，从几微米到几百皮米。 是完全的线偏振光，可研究生物分子的旋光性。 有很好的准直性，即同步辐射X射线的张角比较小。 有强的辐射频率，普通X射线管输出的功率最大约10瓦，同步辐射X射线功率可达几万瓦。X射线的衍射威廉亨利布拉格与其子威廉劳伦斯布拉格通过对X射线谱的研究，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。威廉亨利布拉格（18621942）（c）准晶体衍射谱当X射线照射晶体时，组成晶体的每一个微粒，都相当于发射子波的中心，并向各个方向发出子波，称为散射。经晶体的微粒散射的X射线会叠加干涉而使某些方向的光束加强，形成衍射束。图中黑点表示晶体中的微粒，它们按等间距d整齐的排列着。X射线以角掠射到晶体的某一晶面族上时，由于X射线能穿过许多微粒层，并在每一层发生散射，虽然散射线强度很弱，但当这些散射线满足相干条件时，将互相加强而形成干涉图样。由图可见，上下两层微粒发出的反射线1和2的光程差是： AB+CB=2AB=2dsin因此反射线相干加强的条件是： 2dsin=kk=1,2,3,由上述可知，用结构已知的晶体作为光栅，d是已知的，利用式可以计算出入射X射线的波长。利用X射线晶体衍射的基本原理，布拉格父子设计了既能观察X线衍射，又可摄取X射线谱的实验装置，即X射线摄谱仪。X射线束通过两个铅屏上的狭缝射到晶体光栅上，转动晶体，当入射X射线的方向相对于晶体为某一角度时，入射X射线中某一波长刚好满足式，这时，将有一束反射X线从晶体射到放置在其附近的圆弧胶片上。波长越短的射线，掠射角越小。改变角，就可以使不同波长的X射线在不同的方向上得到加强并射向胶片。当晶体往复转动时，反射X射线束就在胶片上从一端到另一端反复感光，取下胶片冲洗后就可获得X射线谱。利用该摄谱仪还可获得单色的X射线。23 结束语结束语