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同学们好
那么这一节呢
我们给大家来介绍一下
X射线的各种应用
X射线自从它被发现以来
应用就非常的广泛
比如说它可以进行透视
那么也有利用X射线衍射
来看晶体的结构
这我们在光学的时候见过了
还可以什么呢
还可以利用它来做荧光分析
来分析里边是什么材料构成的
这是也就是特定X射线谱
那么对于连续谱应用
主要是透视
比如说这是一个人体的透视
我们可以看到
这是人体的肺部
这个地方有一个
这个东西是什么呢
这是一个心脏的起搏器
而且可以清晰的看到这个
起搏器的电线
当然这个彩色是假彩色
那么这个是什么呢
这是咱们清华大学发明的
由清华大学工程物理系
发明的大型的这个
集装箱的检测系统
这个已经在全世界的很多海关
都开始应用了
那么这个系统啊
它可以看到集装箱里边
到底放了什么物品
比如说这个集装箱
申报的是毛毯
但是用这个检测系统一看
就发现它是小汽车
而这个呢申报的是柚木
但在这个地方可以看到
它有一条一条不一样的东西
实际上是象牙
就是象牙的走私
那么这个当年
象牙被查出来之后拍的照片
自从这个系统被发明之后
整个海关上走私的这个
查获的这个成功率
就大大的提升
这个系统呢
它分为两种
一种是一个固定的一个结构
在一个建筑物里边
让这个集装箱的汽车
从里边开过去
就可以看到里边是什么
还有一种呢
如果这个汽车不方便开
它有一个移动的这个装置
放在一个汽车上
这个移动装置
从这个集装箱旁边一过
就会看到里边是什么东西
这两种系统呢
都有非常重要的应用
那么我们更加关注的是
X射线特征谱的应用
也就是利用X射线荧光分析
来了解物质的成分
那么它的原理呢就是利用
质子α或者是γ射线
以前呢也可以用电子
都可以 对吧
它来打到这个
待测的样品上边
激发待测样品的特征X射线谱
通过特征X射线谱
我们就可以了解
它里边的成分是什么
这个实际上利用的就是
我们上一节讲的莫塞莱定律
那么由莫塞莱定律来确定
里边的物质的序数
我们就知道它是
由什么元素构成的
那么以质子激发为例
它有非常高的灵敏度 多高呢
每一颗这个物质里
只要含1到0.1微克
这样的成分我们可以把它测出来
那么样品呢也不需要很多
只需要10微克就可以
可以进行一个
微小的区域的分析
这个区域的尺度呢
可以从微米到毫米
这么一个小的区域里
我可以分析它成分
第三它的好处是无损
也就是不用破坏
样品的这个结构
比如说一些珍贵的
珍宝或者是文物
那么它是不能把它破坏掉的
我只要把这个
样品直接拿过来就可以测量
不需要把它破坏掉
那么质子荧光分析
它实际上就是利用质子打在样品上
把内层的电子呢打出来
形成一个空穴
那么在电子退激的时候
就通过射线谱来了解它的成分
它和电子去比好处有很多
首先因为我们前面讲过
韧致辐射是跟这个粒子的
质量平方成反比的这个强度
因此 质子由于它的质量
是电子的1000多倍 1836倍
因此
它的这个韧致辐射强度要小很多
这样就可以更加突出它的特征
射线谱
第二灵敏度要比电子要高
高100倍到10000倍
最后呢质子比电子
还有一个很大的好处
它可以直接在大气
或者是气体环境里边
直接使用
原因是什么呢
原因是电子
它呢由于质量很小
会受到气体的干扰
所以用电子做荧光分析的时候
必须在真空里来进行
而质子由于很大的质量
它受到气体的影响不太大
所以它可以直接在大气里边使用
这是它的好处
那么荧光分析这种技术
特别适合对于珍贵的大型的
和生物样品进行分析
因为它对样品是不会进行破坏的
最典型的一个应用是什么呢
是越王勾践剑的分析
也可以对人的头发进行分析
或者对大气污染进行分析
我们来看一下越王勾践剑
越王勾践剑是1965年
在湖北出土的一把宝剑
还同时出土了一把辅剑
它距今已经2500年的历史了
出土的时候还是光华四射
锋利无比
这把剑应该说是我们的国宝
那么我们希望
通过这把剑来了解在春秋时代
我们的冶炼技术是怎么样的
因此我们需要知道这把剑的
成分是什么
荧光分析就在里边起到了
非常好的作用
这个就是越王勾践剑
你可以看到它非常的亮
即使是在地里埋了2500年
也是光彩夺目的
这是越王不寿剑
是越王之孙的剑
这个剑要比这个差多了
那么这个呢是越王
曾孙的这个宝剑
质子的X射线荧光谱
它的装置是这样的
质子进行加速器之后把它打出来
这个质子数的直径
大概只有两毫米
把它打到样品上
然后呢通过观测
特征X线谱的这个频率
这个频率呢是怎么观测呢
是打到这样一个探测器里边
然后把电信号放大
最后通过多道分析器
来分析它的频率
那么我们分析的部分是
剑的黑色和黄色两个部分
它上面有黑色的花纹和黄色的花纹
这个呢是剑的黄色花纹部分的成分
我们可以看到
它里边的谱线是这样的
这里边有硒 有铜 有铅
主要成分是硒和铜
原因是古代它的青铜冶炼技术
主要成分是硒和铜
然后有一定的铅
同时我们看到铁的含量呢
是远低于硒和铜的
好处是什么呢
因为铁容易被腐蚀
那么如果铁的含量低呢
它就比较容易保存
不容易生锈
那么适当的铜 硒和铅的比例
可以让宝剑的
硬度非常高而且很锋利
这反映了我们在春秋时代的
青铜冶炼技术
已经达到非常高超的水平了
少量的氩实际上是
气体中的氩混入了宝剑的成分
这是勾践剑的装饰物
琉璃的成分
我们还可以看到这里边主要是什么呢
是钾和钙
那么钾钙
构成的这个琉璃 也就是玻璃
是我国发现的最早的钾钙玻璃
用质子激发的办法呢
我们可以分析宝剑的各个部分的成分
比如说秦始皇兵马俑里边出土的
弓箭的箭头
它的成分分析我们发现了什么呢
发现了这里边有铬
除了有箭头是青铜的之外
还看到了铬
那么表面
这个铬只在这个箭头的表面
在这箭头内部是没有铬的
这说明什么呀
说明我们在战国末期
秦代的时候就已经
知道铬化处理
而铬化处理是制造不锈钢的
非常重要的技术
这个技术在德国1937的时候
美国在1950年的时候
才申请专利
而我们在战国末期和秦代
就已经知道这门技术了
X射线荧光分析还可以用来分析
头发的成分
尤其是什么呢
是砷的含量
我们知道人一旦出现砷中毒
它有少量的砷会渗入到头发里边
那么如果这个人已经去世
几十年上百年 甚至上千年
他可能身体已经腐烂差不多了
但是头发呢还会有少量的剩下
我们可以通过
分析他头发里的砷的含量
来知道这个人是不是砷中毒
死亡的
那么利用这样的办法呢
我们只需要几十分钟的时间
就可以知道它里边是不是含有砷
而且这个办法只需要几根头发
基本上不会破坏样品
这对保护这个古人的尸体
是很有好处的
之后呢X射线谱
可以分析大气的成分
比如说上边这根曲线就是上海
当然这是过去很多年以前了
上海的某个地方它的成分
我们可以看到
这里边含有大量的铅
而下边的曲线是拉萨某处
同时的这个成分
这里边就没有铅
原因是什么呢
在那个时代我们中国还在用
含铅的汽油
所以城市里边
受到铅的污染很严重
这个铅的含量很高
现在要好很多
因为我们现在我们已经
开始使用无铅汽油了
好 那这节我们就讲到这儿
再见
-电荷和库仑定律
--引言
--电荷
--库仑定律
-WEEK1--电荷和库仑定律
-电场及叠加原理,电偶极子
--电场和电场强度
-WEEK1--电场及叠加原理,电偶极子
-高斯定律
--电通量
--立体角*
--高斯定律的证明*
--高斯定律和电场线
--高斯定律的应用
-WEEK1--高斯定律
-WEEK1--本周作业
-静电场环路定理、电势和叠加原理
--环路定理
--电势和叠加原理
--电势梯度
--等势面
-WEEK2--静电场环路定理、电势和叠加原理
-静电能
--电荷系静电能
-WEEK2--静电能
-导体静电平衡
--物质中电场
--导体静电平衡
-WEEK2--导体静电平衡
-WEEK2--本周作业
-导体周围电场
-WEEK3--导体周围电场
-静电屏蔽
--导体壳与静电屏蔽
-WEEK3--静电屏蔽
-电容及电容器
--电容及电容器
-WEEK3--电容及电容器
-电介质
--介质对电场的影响
-WEEK3--电介质
-极化强度矢量,极化电荷
--极化强度
--极化电荷
-WEEK3--极化强度矢量,极化电荷
-WEEK3--本周作业
-极化规律、电位移矢量
--电介质的极化规律
-WEEK4--极化规律、电位移矢量
-有介质时静电场能量
-WEEK4--有介质时静电场能量
-电流密度、稳恒电流和稳恒电场
--电流密度
-WEEK4--电流密度、稳恒电流和稳恒电场
-电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律
--电动势
--欧姆定律
--欧姆定律(续)
-WEEK4--电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律
-电流微观图像和暂态过程
--电流微观图像
-WEEK4--电流微观图像和暂态过程
-本周作业
--week4--本周作业
-洛仑兹力、磁感应强度
--电流磁效应
--磁场和磁感应强度
-WEEK5--洛仑兹力、磁感应强度
-毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理
--毕-萨-拉定律
--磁场高斯定律
-WEEK5--毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理
-静磁场环路定理
-WEEK5--静磁场环路定理
-安培力和霍尔效应
--霍尔效应
--安培力
-WEEK5--安培力和霍尔效应
-WEEK5--本周作业
-载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩
-WEEK6--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩
-磁介质对磁场的影响和原子磁矩
--磁场中的磁介质
--原子的磁矩
-WEEK6--磁介质对磁场的影响和原子磁矩
-磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理
--磁介质的磁化
--磁化电流
-WEEK6--磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理
-WEEK6--本周作业
-铁磁介质和简单磁路
--磁场的界面关系
--铁磁性材料
-WEEK7--铁磁介质和简单磁路
-法拉第电磁感应定律
-WEEK7--法拉第电磁感应定律
-动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流
--动生电动势
--涡电流
-WEEK7--动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流
-自感和互感
--自感
--互感
-WEEK7--自感和互感
-WEEK7--本周作业
-暂态过程和磁场能量
--磁场的能量
-磁场和电场的相对性
-位移电流和麦克斯韦方程组
--麦克斯韦方程组
-WEEK8--位移电流和麦克斯韦方程组
-电磁波、坡因廷矢量和光压
--电磁波
--坡印廷矢量
--电磁波的动量
--光压——辐射压强
-本周作业
--week8--本周作业
-波动光学—引言
--波动光学——引言
-WEEK9--波动光学—引言
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--光的干涉
--双缝干涉
-WEEK9--杨氏双缝干涉、相干光
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--空间相干性
-WEEK9--光源及发光性质
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--光程
--薄膜干涉(一)
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-WEEK9--光程、等倾和等厚干涉
-迈克耳逊干涉仪
--迈克耳逊干涉仪
-WEEK9--本周作业
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--单缝夫琅禾费衍射
-WEEK10--衍射现象、单缝夫琅禾费衍射
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-WEEK10--光学仪器分辨本领
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--X射线的衍射
-WEEK10--X射线晶体衍射
-WEEK10--本周作业
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--波片
-WEEK11--晶体双折射、波片
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--偏振光的干涉
--人工双折射
--旋光现象
-WEEK11--偏振光干涉、人工双折射和旋光
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--量子物理
--黑体辐射
-WEEK11--量子物理诞生和黑体辐射
-WEEK11--本周作业
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--光子
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--光子(续2)
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--不确定关系
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--薛定谔方程
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--一维无限深势阱
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