3.3　X射线的产生

X射线发生器主要由四部分组成：发射电子的灯丝（阴极）；受电子轰击的阳极靶面；加速电子装置——高压发生器；真空封闭装置等，它们共同组成了核心部分为X射线管，如图3-4所示。X射线管是一种两极电子管，将阴极灯丝通电加热，使之白炽而发出电子。在管的两板（灯丝与靶）间加上几十至几百千伏电压后，由灯丝发出的电子即以很高的速度撞击靶面，此时电子能量的绝大部分将转化为热能形式散发掉，而极少一部分以X射线能量形式辐射出来，其波长约为0.01～50nm。

图3-4　X射线管

X射线通常是将高速运动的电子作用到金属靶（一般是重金属）上而产生的。图3-5是在35kV的电压下操作时，钨靶与钼靶产生的典型的X射线谱。钨靶发射的是连续光谱，而钼靶除发射连续光谱之外还叠加了两条特征光谱，称为标识X射线，即K_α线和K_β线。若要得到钨的K_α线和K_β线，则电压必须加到70kV以上。

图3-5　钨与钼的X射线谱

3.3.1　连续X射线

根据电动力学理论，具有加速度的带电粒子将产生电磁辐射。在X射线管中，高压电场加速了阴极电子，当具有很大动能的电子达到阳极表面时，由于猝然停止，它所具有的动能必定转变为电磁波辐射出去。由于电子被停止的时间和条件不同，所以辐射的电磁波具有连续变化的波长。

在任何X射线管中，只要电压达到一定数值，连续X射线总是存在的。连续X射线具有以下特点。

① 连续X射线的波长与阳极的材料无关。

② 连续X射线的波长在长波方向，理论上可以扩展到λ=∞；而在短波方向，实验证明具有最短波长λ_min ，且有

　　（3-1）

式中，U为X射线管的管电压，单位为kV。

③ X射线管的效率

（3-2）

式中，P=αZIU²为连续X射线的总功率；P₀=IU为输入功率；Z为阳极的原子序数；U为管电压，单位为kV；α为常数，约等于1.5×10^-6。

④ X射线管的管电压愈高，其连续X射线的强度愈大，而且其最短波长λ_min愈向短波方向移动，如图3-6所示。

图3-6　不同管电压下钨靶连续X射线

3.3.2　标识X射线

根据原子结构理论，原子吸收能量后将处于受激状态，受激状态原子是不稳定的，当它回复到原来的状态时，将以发射谱线的形式放出能量。在X射线管内，高速运动的电子到达阳极靶时将产生连续X射线。如果电子的动能达到相当的数值，可足以打出靶原子（通常是重金属原子）内壳层上的一个电子，该电子或者处于游离状态，或者被打到外壳层的某一个位置上。于是原子的内壳层上有了一个空位，邻近壳层上的电子便来填空，这样就发生相邻壳层之间的电子跃迁。这种跃迁将发射出线状的X射线。显然，这种X射线与靶金属原子的结构有关，因此称其为标识X射线或特征X射线。标识X射线通常频率很高，波长很短。