3.3　X射線的產(chǎn)生

X射線發(fā)生器主要由四部分組成：發(fā)射電子的燈絲（陰極）；受電子轟擊的陽(yáng)極靶面；加速電子裝置——高壓發(fā)生器；真空封閉裝置等，它們共同組成了核心部分為X射線管，如圖3-4所示。X射線管是一種兩極電子管，將陰極燈絲通電加熱，使之白熾而發(fā)出電子。在管的兩板（燈絲與靶）間加上幾十至幾百千伏電壓后，由燈絲發(fā)出的電子即以很高的速度撞擊靶面，此時(shí)電子能量的絕大部分將轉(zhuǎn)化為熱能形式散發(fā)掉，而極少一部分以X射線能量形式輻射出來(lái)，其波長(zhǎng)約為0.01～50nm。

X射線通常是將高速運(yùn)動(dòng)的電子作用到金屬靶（一般是重金屬）上而產(chǎn)生的。圖3-5是在35kV的電壓下操作時(shí)，鎢靶與鉬靶產(chǎn)生的典型的X射線譜。鎢靶發(fā)射的是連續(xù)光譜，而鉬靶除發(fā)射連續(xù)光譜之外還疊加了兩條特征光譜，稱為標(biāo)識(shí)X射線，即K_α線和K_β線。若要得到鎢的K_α線和K_β線，則電壓必須加到70kV以上。

3.3.1　連續(xù)X射線

根據(jù)電動(dòng)力學(xué)理論，具有加速度的帶電粒子將產(chǎn)生電磁輻射。在X射線管中，高壓電場(chǎng)加速了陰極電子，當(dāng)具有很大動(dòng)能的電子達(dá)到陽(yáng)極表面時(shí)，由于猝然停止，它所具有的動(dòng)能必定轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ㄝ椛涑鋈ァＳ捎陔娮颖煌Ｖ沟臅r(shí)間和條件不同，所以輻射的電磁波具有連續(xù)變化的波長(zhǎng)。

在任何X射線管中，只要電壓達(dá)到一定數(shù)值，連續(xù)X射線總是存在的。連續(xù)X射線具有以下特點(diǎn)。

① 連續(xù)X射線的波長(zhǎng)與陽(yáng)極的材料無(wú)關(guān)。

② 連續(xù)X射線的波長(zhǎng)在長(zhǎng)波方向，理論上可以擴(kuò)展到λ=∞；而在短波方向，實(shí)驗(yàn)證明具有最短波長(zhǎng)λ_min ，且有

　　（3-1）

式中，U為X射線管的管電壓，單位為kV。

③ X射線管的效率

（3-2）

式中，P=αZIU²為連續(xù)X射線的總功率；P₀=IU為輸入功率；Z為陽(yáng)極的原子序數(shù)；U為管電壓，單位為kV；α為常數(shù)，約等于1.5×10^-6。

④ X射線管的管電壓愈高，其連續(xù)X射線的強(qiáng)度愈大，而且其最短波長(zhǎng)λ_min愈向短波方向移動(dòng)，如圖3-6所示。

3.3.2　標(biāo)識(shí)X射線

根據(jù)原子結(jié)構(gòu)理論，原子吸收能量后將處于受激狀態(tài)，受激狀態(tài)原子是不穩(wěn)定的，當(dāng)它回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)時(shí)，將以發(fā)射譜線的形式放出能量。在X射線管內(nèi)，高速運(yùn)動(dòng)的電子到達(dá)陽(yáng)極靶時(shí)將產(chǎn)生連續(xù)X射線。如果電子的動(dòng)能達(dá)到相當(dāng)?shù)臄?shù)值，可足以打出靶原子（通常是重金屬原子）內(nèi)殼層上的一個(gè)電子，該電子或者處于游離狀態(tài)，或者被打到外殼層的某一個(gè)位置上。于是原子的內(nèi)殼層上有了一個(gè)空位，鄰近殼層上的電子便來(lái)填空，這樣就發(fā)生相鄰殼層之間的電子躍遷。這種躍遷將發(fā)射出線狀的X射線。顯然，這種X射線與靶金屬原子的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此稱其為標(biāo)識(shí)X射線或特征X射線。標(biāo)識(shí)X射線通常頻率很高，波長(zhǎng)很短。