特征x线产生原理

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这是由于发射电子获得了足够的能量后，就能轰击出靶材料原子内层里的电子，从而形成空轨道，使原子处于激发态，这时外层电子马上跃入内层空穴，同时辐射出特征X 射线。这样又在较外层中产生出新的空轨道，因而又产生相应的X 射线，这便得到一系列具有靶材料信息的特征X 射线。

X射线的产生

实验室中X射线由X射线管产生，X射线管是具有阴极和阳极的真空管，阴极用钨丝制成，通电后可发射热电子，阳极（就称靶极）用高熔点金属制成（一般用钨，用于晶体结构分析的X射线管还可用铁、铜、镍等材料）。

用几万伏至几十万伏的高压加速电子，电子束轰击靶极，X射线从靶极发出。

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。

产生x射线的方法有哪几种。

X射线的本质和光一样，都是电磁辐射，其波长介于紫外线和γ射线之间，同一切微观粒子一样，X射线也具有波动和微粒的双重性，它们随不同的实验条件而表现出来。反映波动性的物理量为波长和频率，X射线具有反射、折射、偏振等现象；反映微粒性的特征量为能量和冲量等，X射线能引起光电效应、气体电离，使荧光物质产生闪光等作用。但是，X射线的产生过程与其他电磁辐射不相同。

原子壳层在一般情况下，轨道电子总是从低能级开始依次逐渐填满各量子数表征的允许能级，随主量子数的增加，能量随之增加，但实际情况下电子的填充顺序或能级的高低是按下列次序排列的：1s，2s ，2p，3s，3p ，4s，3d，4p ，5s，4d，5p。存在穿透效应，即高能级的电子轨道可能穿插进低能级轨道区，造成能级的交叉。

只有原子的核外电子均处在最低能态——基态时，这个原子才是最稳定的。无论是K层的2个电子或在L层的8个电子，如果失去一个电子，那么这个原子将处于不稳定的状态，必然立即引起核外电子重新配位。即处于高能级的电子迅速(10-8s)向低能级电子空位跃迁，同时将以光子形式放出以跃迁两壳层电子结合能之差为能量的X射线，这个X射线称为特征X射线。每种元素都有特定的壳层电子结合能，而能级之间的差值，也是每种元素所特有的，是这个元素的标识。

所以特征X射线的产生可以分为两个过程：其一，高能粒子(如电子、质子、软γ射线或X射线)与原子发生碰撞并从中驱逐一个内层电子，使其原子核不稳定，壳层上出现一个电子空位。其二，经过10-7～10-16s，较外层电子向内层跃迁，填补内层电子空位，同时放出X射线。第一个过程是吸收入射粒子能量，因而入射粒子能量必须略高于内层电子的结合能；第二个过程是放出能量，其特征X射线能量等于两个能级的能量差。

1、轫致辐射

X射线通常是由高速电子在真空中撞击靶而获得的。高速电子到了靶上，受靶中原子核的库仑场的作用而速度骤减，由此伴随产生的辐射叫轫致辐射，又称为刹车辐射。所得X射线谱为连续X射线谱，此连续谱在短波端有一极限，因为X光子的能量最大只能等于入射电子能量。现在已建成许多高能电子加速器，因此由轫致辐射所得X射线波长可以很短。

2、电子俘获

β衰变包括3种方式：β-衰变、β+衰变和电子俘获（EC）。其中电子俘获（EC）这种衰变可以表示为

即母核俘获1个核外轨道电子使核内1个质子转变为中子，并放出1个中微子，所以子核的电荷数变为Z-1，而质量数保持不变。在一般情况下，K层上的电子被原子核俘获的居多，因为K层最靠近原子核医学教谕网整理，被俘获的概率最大，但是L层上的电子被俘获的概率也是存在的。原子核在俘获了电子之后，子核原子的K层或L层上将出现一个电子空位，当某一外层电子来填补这个空位时，可能会出现下面两种情况之一：要么以标识X射线的形式将多余的能量释放，要么将多余的能量交给另一层上的其他电子，此电子获得能量而脱离原子，成为俄歇电子。伴有X射线或俄歇电子的发射是K俘获过程的标志。

3、内转换

原子核可以通过某种方式（譬如β衰变）达到激发态，处于激发态的原子核可以通过发射γ射线跃迁到低激发态或基态，这种现象称为γ衰变或称γ跃迁。核能级跃迁所发出的光子与原子能级跃迁所发出的光子没本质的差别，不同的是原子能级跃迁发射的光子能量只有eV～keV数量级，而核能级跃迁发射的光子能量却有MeV数量级。在不考虑核的反冲时，光子能量Eg可以表示为下面的形式Eg=Es-Ex.有时原子核从激发态到较低能态的跃迁并不放出光子，而是把能量直接交给核外电子，使电子脱离原子，这种现象称为内转换（IC），脱离原子的电子称为内转换电子。处于激发态的原子核可以通过放射γ光子回到基态，也可以通过产生内转换电子回到基态，究竟发生的是哪种过程，完全决定于核的能级特性。医学教谕网整理内转换电子的动能与壳层电子的电离能之和应是原子核的两能级间的能量差。也就是等于在两原子核能级间跃迁所辐射出的γ光子的能量。对于内转换的研究是获得有关核能级知识的重要手段。当然通过内转换方式还可以产生原子的特征X射线。

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