X射线的产生

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。

产生X射线的原理是用加速后的电子撞击金属靶。撞击过程中，电子突然减速，其损失的动能（其中的1%）会以光子形式放出，形成X光光谱的连续部分，称之为制动辐射。通过加大加速电压，电子携带的能量增大，则有可能将金属原子的内层电子撞出。

于是内层形成空穴，外层电子跃迁回内层填补空穴，同时放出波长在01纳米左右的光子。由于外层电子跃迁放出的能量是量子化的，所以放出的光子的波长也集中在某些部分，形成了X光谱中的特征线，此称为特性辐射。

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X射线的作用：

1、穿透作用。X射线因其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，表现出很强的穿透能力。

2、电离作用。物质受X射线照射时，可使核外电子脱离原子轨道产生电离。利用电离电荷的多少可测定X射线的照射量，根据这个原理制成了X射线测量仪器。

3、荧光作用。X射线波长很短不可见，但它照射到某些化合物如磷、铂氰化钡、硫化锌镉、钨酸钙等时，可使物质发生荧光（可见光或紫外线），荧光的强弱与X射线量成正比。

参考资料来源：百度百科-X射线

产生X射线的原理是用加速后的电子撞击金属靶，撞击过程中电子突然减速，其损失的动能（以光子形式放出，形成X光光谱连续部分。通过加大加速电压，电子携带的能量增大将金属原子的内层电子撞出。于是内层形成空穴，外层电子跃迁回内层填补空穴，同时放出波长在01纳米左右的光子。

X射线的产生途径是电子的韧制辐射，用高能电子轰击金属，如果电子能量很大就可以产生x射线；原子的内层电子跃迁也可以产生x射线，量子力学的理论，电子从高能级往低能级跃迁时候会辐射光子，如果能级的能量差比较大，就可以发出x射线波段的光子。

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X射线的应用

1、X射线应用于医学诊断。由于X射线穿过人体时，受到不同程度的吸收，这样便携带了人体各部密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用或感光作用的强弱就有较大差别，因而在荧光屏上或摄影胶片上(经过显影、定影)将显示出不同密度的阴影。

2、X射线应用于治疗 ，主要依据其生物效应，应用不同能量的X射线对人体病灶部分的细胞组织进行照射时，即可使被照射的细胞组织受到破坏或抑制，从而达到对某些疾病，特别是肿瘤的治疗目的。

3、工业领域。X射线可激发荧光、使气体电离、使感光乳胶感光，故X射线可用电离计、闪烁计数器和感光乳胶片等检测研究领域，晶体的点阵结构对X射线可产生显著的衍射作用，X射线衍射法已成为研究晶体结构、形貌和各种缺陷的重要手段。

参考资料来源：百度百科-X射线

1、X射线是一种波长极短，能量很大的电磁波，X射线的波长比可见光的波长更短(约在0001～10纳米，医学上应用的X射线波长约在0001～01纳米之间)，它的光子能量比可见光的光子能量大几万至几十万倍。

2、电磁波，是由相同且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性。电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场种电磁波在真空中速率固定，速度为光速。见麦克斯韦方程组。

因为X射线对生物细胞有一定的杀伤破坏作用，所以人体受到X射线照射后，会产生一定的生理反应，过量照射后，还会造成组织破坏、影响生理机能，甚至会引起生命危险。但适量的照射，并不会影响人体的健康。

现代医学在诊断和治疗中，应用X射线的范围日益广泛了。健康检査时要用X射线透视胸部。消化系统、心血管系统、骨骼系统有了病，医生如果认为需要，也常用X射线进行检查。有些人在照X射线时会产生顾虑：它会不会损害身体健康？

因为医务人员做检查时，对X射线透视和摄影的所用剂量是很小的，仅限在安全剂量之内。就是按人体即使最敏感的组织也不发生任何损害的剂量来照射。如胸部透视在规定条件下几天内总的累计时间不超过12分钟，胃肠检查不超过30分钟，腹部摄片不超过20次，头部摄片不超过40～50次，其他部位因X射线曝光条件较低，摄片次数可稍为增加。医生如需重复摄影或透视，也会考虑延长检查间隔时间。尤其是偶然做一次胸部透视，做一次胃肠道检查，拍一张骨骼X射线片或做一次血管造影，更不会引起什么不良反应。同时，为了加强防护，不论在检查或治疗时，在不必要照射的部位，特別是敏感组织部位，都用铅板或含铅橡皮加以遮盖，并且尽可能缩短曝光时间，，所以，医生用X射线给我们检查或治疗时，可以不必有什么顾虑。

X射线的波长很短，可以穿过可见光不能穿过的物质，包括我们的身体。X射线波长越短，穿透力越大；物质的密度越小，厚度越薄，则越易穿透。X射线肉眼看不见，但它被某些结晶物质（如铂氢化钡、钨酸钡、硫化锌镉等）吸收时，可以产生波长较长的可见光，即荧光。X射线可以像日光一样，使胶片感光。医学上正是应用了X射线的以上特性，作为透视及X射线照相检查的基础。

伦琴又让他的夫人把手放在雷钠管和胶板中间，结果，夫人手上的每块骨头以及手上戴的戒指都照出来了。

这一偶然发现使伦琴感到兴奋，他把其他的研究工作搁置下来，专心致志地研究这种射线的性质，对于这种未知的射线，伦琴把它命名为“X射线”。经过几周的紧张工作，他发现了下列事实：(1)X射线除了能引起氰亚铂酸钡发荧光外，还能引起许多其他化学制品发荧光。(2)X射线能穿透许多普通光所不能穿透的物质；特别是能直接穿过肌肉但却不能透过骨骼。(3)X射线沿直线运行，与带电粒子不同，X射线不会因磁场的作用而发生偏移。

从那天起，伦琴就住在了实验室，夜以继日地进行着研究试验，终于在1895年12月28日发表了研究报告《一种新的射线——初步报告》，向维尔茨堡物理学医学协会作了报告，宣布他发现了X射线，阐述这种射线具有直线传播、穿透力强、不随磁场偏转等性质。

1896年1月5日，关于X射线的重大报道在维也纳日报上刊出，立即引起全世界的注意。在美国报道此事4天之后，就有人用X射线发现了患者脚上的子弹。X射线很快就进入了医学领域。当时英国一位著名外科医生托马斯·亨利称之为“诊断史上的一个最大的里程碑”。

1901年，伦琴由于发现X射线的贡献，获得了诺贝尔物理学奖金，是获得该项奖的头一个人。

为了永久纪念这位伟大的物理学家，德国人民在柏林市的波茨坦桥上竖立起伦琴的青铜塑像。国际学术界还作出决定，用“伦琴”来命名X或Y射线的照射量单位。

X射线的发现告诉我们，在科学探索的道路上，只有脚踏实地、打好扎实的基本功，才能抓住那稍纵即逝的机遇，最终取得成功。在伦琴发现之前，克鲁克斯就曾多次发现在阴极线附近的底片会感光，他只认为是偶然现象，没有去深思，他总把原因归结为底片的质量问题。而伦琴思想敏捷、想像丰富、善于捕捉在实验中发生的每一个现象，并充分意识到自己发现的重要性，抓住不放、反复深入地进行研究，终于在“偶然性”中做出了伟大的发现。所以科学界把发现X射线归功于伦琴。所以说，偶然性中包含着必然性，必然性又必然体现于偶然性之中。

后来，人们运用X射线造出X光透视器，可以透视人体的内脏和骨骼，使医生能正确发现病人的病因，挽救了千千万万人的生命。

伦琴X射线的发现，随即引发了一系列的重大发现。如很快就导致电子的发现和天然放射性现象的发现。以X射线的研究为钥匙，叩开了人类认识物质微观世界的大门。X射线的发现，打破了所谓“原子是组成物质的最小微粒”、“物理学已发展到顶”等旧观念，引起了物理学的彻底革命，导致了现代物理学的诞生。

X射线的最著名的应用还是在医疗(包括口腔)诊断中。其另一种应用是放射性治疗，在这种治疗当中X射线被用来消灭恶性肿瘤或抑制其生长。X射线在工业上也有很多应用，例如，可以用来测量某些物质的厚度或勘测潜在的缺陷。X射线还应用于许多科研领域，从生物到天文，特别是为科学家提供了大量有关原子和分子结构的信息。

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