3.3　X射線的產生

X射線發生器主要由四部分組成：發射電子的燈絲（陰極）；受電子轟擊的陽極靶面；加速電子裝置——高壓發生器；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，由燈絲發出的電子即以很高的速度撞擊靶面，此時電子能量的絕大部分將轉化為熱能形式散發掉，而極少一部分以X射線能量形式輻射出來，其波長約為0.01～50nm。

X射線通常是將高速運動的電子作用到金屬靶（一般是重金屬）上而產生的。圖3-5是在35kV的電壓下操作時，鎢靶與鉬靶產生的典型的X射線譜。鎢靶發射的是連續光譜，而鉬靶除發射連續光譜之外還疊加了兩條特征光譜，稱為標識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X射線

根據電動力學理論，具有加速度的帶電粒子將產生電磁輻射。在X射線管中，高壓電場加速了陰極電子，當具有很大動能的電子達到陽極表面時，由于猝然停止，它所具有的動能必定轉變為電磁波輻射出去。由于電子被停止的時間和條件不同，所以輻射的電磁波具有連續變化的波長。

在任何X射線管中，只要電壓達到一定數值，連續X射線總是存在的。連續X射線具有以下特點。

① 連續X射線的波長與陽極的材料無關。

② 連續X射線的波長在長波方向，理論上可以擴展到λ=∞；而在短波方向，實驗證明具有最短波長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X射線的總功率；P₀=IU為輸入功率；Z為陽極的原子序數；U為管電壓，單位為kV；α為常數，約等于1.5×10^-6。

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

3.3.2　標識X射線

根據原子結構理論，原子吸收能量后將處于受激狀態，受激狀態原子是不穩定的，當它回復到原來的狀態時，將以發射譜線的形式放出能量。在X射線管內，高速運動的電子到達陽極靶時將產生連續X射線。如果電子的動能達到相當的數值，可足以打出靶原子（通常是重金屬原子）內殼層上的一個電子，該電子或者處于游離狀態，或者被打到外殼層的某一個位置上。于是原子的內殼層上有了一個空位，鄰近殼層上的電子便來填空，這樣就發生相鄰殼層之間的電子躍遷。這種躍遷將發射出線狀的X射線。顯然，這種X射線與靶金屬原子的結構有關，因此稱其為標識X射線或特征X射線。標識X射線通常頻率很高，波長很短。