如何产生X射线？

X射线是在X射线管中产生的，X射线管是具有阳、阴两极的真空管，阴极是钨丝、阳极是金属制成的靶。灯丝加热后放出大量电子，在X射线管内施加高压作用下，飞向阳极（管电流），最终以很大速度撞击到金属靶上，失去所有动能，这些动能绝大部分转换为热能，仅有极小一部分转换为X射线向四周辐射。

1.产生X射线应具备的条件

1）发射电子的源；

2）电子聚焦器；

3）加速电子手段；

4）具有高真空度的空间；

5）接受电子撞击的靶。

2.X射线管发出的射线谱

一部分是波长连续变化部分称连续谱，它的最短波长与外加电压有关；另一部分是特征谱（标识谱）是重叠在连续谱上，它出现的谱峰值所对应波长位置取决靶材料（见图1-1）。

图1-1 管电压35kV钼标识X射线谱与连续X射线谱分布

注：1Å=0.1nm。

3.X射线的发射

在射线管中，当加热后的灯丝发出电子时，并在X射线管高电压作用下，高速飞向阳极，达到阳极时具有的动能为

若电子在一次撞击过程损失全部动能，按能量守恒定律，产生的韧致辐射的光子的最短波长和加速电压之间的关系：

式中 e——电子电量，e=1.6×10^-19C；

λ_min——最短波长（cm）；

V——加速电压（管电压kV）；

h——普朗克常数，h=6.626×10^-34J.s。

代入各值则得

(www.xing528.com)

在计算X射线最短波长时常用式（1-3）。通常认为连续谱中最大强度对应的波长与最短波长之间近似关系：

4.X射线波长的分析

从连续谱图1-1可知：

1）提高管电压V，与最短波长λ_min成反比；

2）管电压V越高，最短波长λ_min越短，λ_min曲线左移；

3）λ<λ_min范围内强度I=0；

4）λ≫λ_min时，波长λ增加，射线强度I迅速提高达到最大值；

5）λ≈λ_min时，射线强度I达到最大值；

6）继续增加波长λ时，射线强度I降低。

5.X射线强度和效率

实验证明：X射线总强度I_T与管电流i（mA），管电压V（kV），靶材料原子序数z关系：

I_T=K_iizV² （1-4）

式中 K_i——比例系数，K_i≈1.1～1.4×10^-6。

管电流i提高，撞击靶电子数量增加；管电压V提高，电子数未变的情况下每个电子获得能量增加，短波成分增加，能量转换过程比率增加。

靶材料z增加，核库仑场越强，韧致辐射作用也越强。

产生X射线效率_η，等于连续X射线总强度I_T与管电压和管电流i的乘积之比。

例如：Z=74，K_i=1.4×10^-6；V=100kV，η=1%；V=250kV，η=2.5%；V=350kV，η=3.6%；V=400kV，η=36%。

6.X射线的波谱分布

经典电动力学指出，带电粒子在加速或减速时必然伴随着电磁辐射，当带电粒子与原子核的库伦场相互作用，发生骤然减速时，由此伴随产生的辐射称为韧致辐射。

大部分电子在加速电压下获得一定能量与靶相撞，相撞前初速度不同，相撞时减速程度也各不相同。少量电子一次碰撞就失去全部动能，大部分电子经多次制动逐步丧失动能。这样使得能量转换过程中发出的电磁辐射，具有各种波长，所以X射线的波谱是呈连续分布的。