当前课程知识点：材料现代研究方法 > 第二章 X射线及其与物质的相互作用 > 2.1 X射线的产生 > X射线的产生
同学你好
这节课我要讲的内容是X射线的产生
实验室中常用的X射线源
是以热阴极X射线管为核心的
X射线发生装置
X射线管里
高速运动的电子
突然受阻时
电子与阻挡物质相互作用
便会从被阻处向四面八方发射出X射线
那么X射线产生的条件是这样的
它是高速运动的电子与物质碰撞
并被突然减速或者停止运动
其中的部分动能转变成光能
并且以X射线的形式向外界辐射
所以X射线产生
它必须具备这样三个条件
一个是产生自由电子
这个自由电子的产生
我们可以利用
加热的钨灯丝
或者六硼化镧作为阴极产生
自由电子
第二个条件是
加速电子使其高速定向运动
第三个条件
就是在运动的路径上设置障碍物
咱们也称为阳极靶
使它突然减速
这个阴极的灯丝
我们可以用钨丝
这是一种
还有可以用六硼化镧来做
一般情况我们是
对阴极进行加热
然后在两极之间
加上一个高压式电子做定向的运动
阳极
我们一般是用一个金属片来做
阳极所选用的金属材料
我们称为靶面材料
通常来说这靶面材料有
Mo W Cu Fe Co Cr Ni等等
我们要根据
你所测试的实验条件
来选择这些阳极靶的靶面材料
这是一个X射线管的示意图
X射线管实际上就是一个二级真空管
这个真空度是在10的-3到10的-5Pa之间
首先这里边
我这里边需要有一个灯丝
在这个位置
产生电子
自由电子
然后这是个阳极
这个位置的阳极
这样在它这两个之间
加上高压
这个电子就可以从阴极向阳极运动
当你电压足够高的时候
它打到这个阳极上之后
这时候这电子的动能就会转变成
光能
并且以X射线的形式辐射出来
由于在这个电子运动过程当中动能很大
其中很大一部分转变成热能了
所以
这里边需要通水进行冷却
这有一个冷却水
要进行冷却
中间要保持一个真空状态
这样电子在运动过程当中
就不会受到阻碍
然后在这个X光管的周边
我们要开几个窗口
这几个窗口的目的是要X射线
从这个窗口能够辐射出来
一般的窗口我们用铍来做
因为铍对X射线的吸收是最小的
这是它一个基本的原理图
X射线管阴极发射电子束轰击到
阳极靶面的面积我们称为实际焦点
多为长方形
一般是1×10mm这么一个范围
而在X射线管使用过程当中
我们通常更关注的实际焦点
它就是在X射线出射方向的投影
它与角度是有关系的
这个我们称为有效焦点
如果我们沿着这个方向来取的话
显然我们可以得到一个点焦斑
这个点焦斑按照这个3度到6度这个角度来取
这点焦斑的大小是1×1平方毫米
如果我们沿着这个方向来取
那就可以得到的是一个线焦斑
线焦斑的尺寸是0.1×10个毫米
这是一个陶瓷管的
X射线的一个靶
这个
就是一个
这是一个阴极
发射X射线
这是个阳极
这是个阳极
这是一个铍窗口
出X射线的地方
这是进入的冷却水
这是出来的冷却水
这是出来的冷却水
因为说这个X射线
在产生过程当中
它的动能
98% 99%它都要变成热能
所以你如果这个冷却水不加上的话
这个靶就要毁坏了
所以我们
必须得冷却水
要加入进来
这里边
它用一个叫陶瓷
陶瓷靶它的意思就是说
用陶瓷代替玻璃
制作绝缘的
高真空的
密封壳体
由于陶瓷能够进行精密加工
灯丝能够精确定位
而且陶瓷的热膨胀系数小
而实际上工作时灯丝的位置
受管体温度升高的影响
大大小于玻璃管体
所以它的密封性更好
因此陶瓷管的强度寿命都优于玻璃管
更换管子之后
衍射仪的零点也不需要进行重新调整
对于铜靶或者钼靶
目前封闭式X射线管功率
通常只有2到3000瓦左右
这是一个陶瓷管的
照片
我们可以看出来
这是
点焦斑的出口
这是线焦斑的出口
这个示意图上也画出来了
实际上就是说我们在进行
X光管进行转换的时候
比如说我要使用点焦斑
转换成线焦斑的时候
那我只需要将这个管子旋转90度
来取这个光就可以了
还有一种
咱们叫做转靶
这是日本理学的
是Smartlab上的一个铜的转靶
它的转靶阳极设计成的是一个
圆柱体
这个柱面作为靶面
阳极用水冷却
它的特点是在工作时候
这个靶面是处于高速的旋转
这个靶面是处于高速的旋转
由于它是在一直旋转过程当中
所以这个时候这个
电子打到靶面上
它就不是一个点了
而是一条线段
这样就大大的增强了这个冷却的能力
所以你就可以将这个
X光这个能量加的更高
我们正常来说
像刚才那个
那种固定靶
就阳极不动的情况下
我们使用的功率大概就是在2000瓦到3000瓦之间
而这种阳极靶我可以加到9000瓦
最高可以加到18千瓦
所以这个叫做
转靶
X射线的转靶功率远远超过
固定靶
在设计中
我们尽量要
可能的采用细小焦斑
由于焦斑尺寸小
能够大大提高X射线源的亮度
但总的功率负荷却减小
因此
微焦点X射线发生器是十分节能的
目前微焦点X射线管的焦点直径可以达到12个μ
甚至更小
这样将几十瓦的
微焦点X射线管与适当的光学元件相结合
X射线管的强度可以得到很大的提高
这节课就给大家讲到这里
-1.1 晶体、空间点阵及晶体学参数
-1.2 倒易点阵
--布拉菲点阵
-1.3 晶体的宏观对称
--晶体的宏观对称
-1.4 晶体的微观对称
--晶体的微观对称
-1.5 倒易点阵
--倒易点阵
-1.6 倒易点阵的应用
--倒易点阵的应用
-1.7 晶体投影
--晶体投影
-1.8 晶体投影的应用
--晶体投影的应用
-1.9 单晶体标准投影图
--单晶体标准投影图
-1.9 单晶体标准投影图--作业
-2.1 X射线的产生
--X射线的产生
-2.2 X射线与物质的相互作用
-2.3 X射线的吸收限与滤波片
-2.4 连续X射线
--连续X射线
-2.5 特征X射线
--特征X射线
-2.5 特征X射线--作业
-3.1 一个电子对X射线的散射
-3.2 一个原子对X射线的散射
-3.3 简单晶体对X 射线的衍射
-3.4 复杂晶体对X射线的衍射
-3.5 爱瓦德作图法
--爱瓦德作图法
-3.5 爱瓦德作图法--作业
-4.1 粉末照相法
--粉末照相法
-4.2 多晶衍射仪
--多晶衍射仪
-4.3 多晶体衍射峰特征
--多晶体衍射峰特征
-4.4 多晶体衍射峰强度
--多晶体衍射峰强度
-4.5 多晶体花样分析
--多晶体花样分析
-4.5 多晶体花样分析--作业
-5.1 晶块尺寸与微观应力的宽化
-5.2 晶胞常数的精确确定
-5.3 宏观应力的测定
--宏观应力的测定
-5.4 织构的表征
--织构的表征
-5.5 织构的测定
--织构的测定
-5.6 织构分析
--织构分析
-5.7 物相定性分析
--物相定性分析
-5.8 物相定量分析
--物相定量分析
-5.8 物相定量分析--作业
-6.1 电子波与电磁透镜
--电子波与电磁透镜
-6.2 电磁透镜的像差与分辨率
-6.3 电磁透镜的景深和焦长
-6.3 电磁透镜的景深和焦长--作业
-7.1 透射电子显微镜的结构与成像原理
-7.2 透射电子显微镜主要部件的结构与工作原理
-7.3 透射电子显微镜分辨率和放大倍数的测定
-7.4 透射电子显微镜样品制备
-7.4 透射电子显微镜样品制备--作业
-8.1 概述
--概述
-8.2 电子衍射原理
--电子衍射原理
-8.3 晶带定律与零层倒易截面
-8.4 倒易阵点的扩展与偏移矢量
-8.5 倒易阵点与电子衍射图的关系
-8.6 衍射斑点指数化
--衍射斑点指数化
-8.7 选区电子衍射
--选区电子衍射
-8.8 单晶电子衍射花样的标定
-8.9 复杂电子衍射花样的标定
-8.9 复杂电子衍射花样的标定--作业
-9.1 衍射衬度成像原理
--衍射衬度成像原理
-9.2 消光距离
--消光距离
-9.3 衍衬运动学
--衍衬运动学
-9.4 衍衬动力学简介
--衍衬动力学简介
-9.5 晶体缺陷分析
--晶体缺陷分析
-9.5 晶体缺陷分析--作业
-10.1 电子束与固体样品作用时产生的信号
-10.2 扫描电子显微镜的构造和工作原理
-10.3 扫描电子显微镜的主要性能
-10.4 表面形貌衬度原理及其应用
-10.5 原子序数衬度原理及其应用
-10.6 电子探针仪的结构与工作原理
-10.7 电子探针仪的分析方法及应用
-10.7 电子探针仪的分析方法及应用--作业
