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X射線(英語:X-ray),又被稱為艾克斯射線、倫琴射線或X光,是一種波長範圍在0.01納米到10納米之間(對應頻率範圍30 PHz到30EHz)的電磁輻射形式。X射線最初用於醫學成像診斷和 X射線結晶學。X射線也是遊離輻射等這一類對人體有危害的射線。

1 X射線 -名詞定義

中文名稱:X射線

英文名稱:X-ray 

X射線.

定義:由高速電子撞擊物質的原子所產生的電磁波。 

應用學科:機械工程(一級學科);試驗機(二級學科);無損檢測儀器-射線探傷機(二級學科) 

2 X射線 -簡介

X射線X射線下的人體成像.

X射線是一種波長很短的電磁輻射,其波長約為(20~0.06)×10-8厘米之間。X射線具有很高的穿透本領,能透過許多對可見光不透明的物質。

X射線的特徵是波長非常短,頻率很高。因此X射線必定是由於原子在能量相差懸殊的兩個能級之間的躍遷而產生的。所以X射線光譜是原子中最靠內層的電子躍遷時發出來的,而光學光譜則是外層的電子躍遷時發射出來的。X射線在電場磁場中不偏轉。這說明X射線是不帶電的粒子流。1906年,實驗證明X射線是波長很短的一種電磁波。因此能產生干涉、衍射現象。X射線是波長介於紫外線和γ射線 間的電磁輻射。X射線是一種波長很短的電磁輻射,其波長約為(20~0.06)×10-8厘米之間。由德國物理學家W.K.倫琴於1895年發現,故又稱倫琴射線。倫琴射線具有很高的穿透本領,能透過許多對可見光不透明的物質,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生可見的熒光,使照相底片感光以及空氣電離等效應,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。波長小於0.1埃的稱超硬X射線,在0.1~1埃範圍內的稱硬X射線,1~10埃範圍內的稱軟X射線。 

3 X射線 -原理 

 

當接通電源,按下啟動按鈕時,整機便開始工作。由主控器發出的脈衝信號,經功率放大,倍壓產生高壓給X射線管陽極,同樣主控Ⅱ發出的脈衝信號經放大給X射線管燈絲,使X射  21EHERO-50XA
線管產生X射線,並通過數顯面板顯示出相應的值KV/μA。此時被測物體放在X射線源與像增強器之間,像增強器的顯示屏就顯示出被透視物的清晰圖像。為使儀器穩定可靠地工作,系統採用脈衝寬調技術,使管電流、管電壓保持恆定,X射線管以最佳狀態工作。並有高壓慢啟動功能,使X射線管陽極無高壓過沖現象。主控制器採用微型貼片器件,並以20KHz頻率工作,使整個系統效率大為提高,消除了雜訊,為操作人員提供了安靜的使用環境,同時也縮小了體積。透視儀電源採用高頻高效率開關電源,並具有全面的保護措施。為確保透視儀的安全,整機加有多種保護裝置,使其安全可靠。

4 X射線 -分類

按波長分類
X射線拍攝的照片X射線拍攝的手骨照片

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。

按發射方式分

當在真空中,高速運動的電子轟擊金屬靶時,靶就放出X射線,這就是X射線管的結構原理。放出的X射線分為兩類:

(1)如果被靶阻擋的電子的能量,不越過一定限度時,只發射連續光譜的輻射。這種輻射叫做軔致輻射;

(2)一種不連續的,它只有幾條特殊的線狀光譜,這種發射線狀光譜的輻射叫做特徵輻射。連續光譜的性質和靶材料無關,而特徵光譜和靶材料有關,不同的材料有不同的特徵光譜這就是為什麼稱之為「特徵」的原因。

5 X射線 -發現歷史

研究者

早期X射線重要的研究者有Ivan Pului教授、威廉·克魯克斯爵士、約翰·威廉·希托夫、Eugene Goldstein、海因里希·魯道夫·赫茲、菲利普·萊納德、亥姆霍茲、尼古拉·特斯拉、愛迪生、Charles Glover Barkla、馬克思·馮·勞厄和威廉·康拉德·倫琴。

早期研究

物理學家希托夫觀察到真空管中的陰極發出的射線。當這些射線遇到玻璃管壁會產生熒光。1876年這種射線被Eugene Goldstein命名為"陰極射線" 。隨後,英國物理學家克魯克斯研究稀有氣體里的能量釋放,並且製造了克魯克斯管。這是一種玻璃真空管,內有可以產生高電壓的電極。他還發現,當將未曝光的相片底片靠近這種管時,一些部分被感光了,但是他沒有繼續研究這一現象。1887年4月,尼古拉·特斯拉開始使用自己設計的高電壓真空管與克魯克斯管研究X光。他發明了單電極X光管,在其中電子穿過物質,發生了現在叫做韌致輻射的效應,生成高能X光射線。1892年特斯拉完成了這些實驗,但是他並沒有使用X光這個名字,而只是籠統成為放射能。他繼續進行實驗,並提醒科學界注意陰極射線對生物體的危害性,但他沒有公開自己的實驗成果。1892年赫茲進行實驗,提出陰極射線可以穿透非常薄的金屬箔。赫茲的學生倫納德進一步研究這一效應,對很多金屬進行了實驗。亥姆霍茲則對光的電磁本性進行了數學推導。

發現
X射線倫琴發現X射線

1895年11月8日德國科學家倫琴開始進行陰極射線的研究。1895年12月28日他完成了初步的實驗報告「一種新的射線」。他把這項成果發布在維爾茨堡's Physical-Medical Society 雜誌上。為了表明這是一種新的射線,倫琴採用表示未知數的X來命名。很多科學家主張命名為倫琴射線,倫琴自己堅決反對。1901年倫琴獲得諾貝爾物理學獎。

應用研究

1895年愛迪生研究了材料在X光照射下發出熒光的能力,發現鎢酸鈣最為明顯。1896年3月愛迪生髮明了熒光觀察管,後來被用於醫用X光的檢驗。然而1903年愛迪生終止了自己對X光的研究,因為他公司的一名玻璃工人喜歡將X光管放在手上檢驗,得上了癌症,儘管進行了截肢手術仍然沒能挽回生命。1906年物理學家貝克勒耳發現X射線能夠被氣體散射,並且每一種元素有其特徵X譜線。他因此獲得了1917年諾貝爾物理學獎。

在20世紀80年代,X射線激光器被設置為羅納德·里根總統的戰略主動防禦計劃的一部分。然而對該裝置(一種類似激光炮,或者死亡射線的裝置,由熱核反應提供能量)最初的、同時也是僅有的試驗並沒有給出結論性的結果。同時,由於政治和技術的原因,整體的計劃(包括X射線激光器)被擱置了(然而該計劃後來又被重新啟動——使用了不同的技術,並作為布希總統國家導彈防禦計劃的一部分)。

在20世紀90年代,哈佛大學建立了Chandra X射線天文台,用來觀測宇宙中強烈的天文現象中產生的X射線。與從可見光觀測到的相對穩定的宇宙不同,從X射線觀測到的宇宙是不穩定的。它向人們展示了恆星如何被黑洞絞碎,星系間的碰撞,超新星和中子星。

6 X射線 -產生方法

X射線X射線產生原理圖

X射線光子產生於高能電子加速。

產生X射線的最簡單方法是用加速后的電子撞擊金屬靶。撞擊過程中,電子突然減速,其損失的動能會以光子形式放出,形成X光光譜的連續部分,稱之為制動輻射。通過加大加速電壓,電子攜帶的能量增大,則有可能將金屬原子的內層電子撞出。於是內層形成空穴,外層電子躍遷回內層填補空穴,同時放出波長在0.1納米左右的光子。由於外層電子躍遷放出的能量是量子化的,所以放出的光子的波長也集中在某些部分,形成了X光譜中的特徵線,此稱為特性輻射。

此外,高強度的X射線亦可由同步加速器或自由電子雷射產生。同步輻射光源,具有高強度、連續波長、光束准直、極小的光束截面積並具有時間脈波性與偏振性,因而成為科學研究最佳之X光光源。

7 X射線 -應用

醫學應用
X射線診斷醫用診斷X線機

醫用診斷X線機:醫用X線機醫學上常用作輔助檢查方法之一。臨床上常用的x線檢查方法有透視和攝片兩種。透視較經濟、方便,並可隨意變動受檢部位作多方面的觀察,但不能留下客觀的記錄,也不易分辨細節。攝片能使受檢部位結構清晰地顯示於x線片上,並可作為客觀記錄長期保存,以便在需要時隨時加以研究或在複查時作比較。必要時還可作x線特殊檢查,如斷層攝影、記波攝影以及造影檢查等。選擇何種x線檢查方法,必須根據受檢查的具體情況,從解決疾病(尤其是骨科疾病)的要求和臨床需要而定。x線檢查僅是臨床輔助診斷方法之一。

工業應用
X射線     工業X射線探傷機

 工業中用來探傷。

X射線可激發熒光、使氣體電離、使感光乳膠感光,故X射線可用電離計、閃爍計數器和感光乳膠片等檢測。晶體的點陣結構對X射線可產生顯著的衍射作用,X射線衍射法已成為研究晶體結構、形貌和各種缺陷的重要手段。

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