X射線的產(chǎn)生

        產(chǎn)生X射線有許多種方法，在實(shí)驗(yàn)室最簡(jiǎn)單的方法是：用加速后的電子撞擊金屬靶，在撞擊過程中，電子突然減速，其損失的動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)換為X射線與熱能，這種X射線稱之為韌致輻射（Bremsstrahlung radiation）或制動(dòng)輻射。韌致輻射的X射線譜往往是連續(xù)譜，這是由于在作為靶子的原子核電磁場(chǎng)作用下，電子的速度是連續(xù)變化的。

       另外，如果加速電子的能量足夠高，金屬靶原子的內(nèi)層電子會(huì)被轟出，內(nèi)層電子形成空位，使原子處于能級(jí)較高的激發(fā)態(tài)，外層電子向空位躍遷，使原子能級(jí)降低，多余的能量便以X射線的形式輻射出來，這種X射線的波長(zhǎng)只與原子處于不同能級(jí)時(shí)發(fā)生電子躍遷的能級(jí)差有關(guān)，而原子的能級(jí)是由原子結(jié)構(gòu)決定的，因此，這些有特征波長(zhǎng)的X射線將能夠反映出原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們稱之為特征輻射X射線（Characteristic radiation）。

入射電子與靶原子相互作用產(chǎn)生X射線

韌致輻射（1,2,3）和特征輻射（4）

（摘自論文DOI:  10.13140/RG.2.2.16794.49600）

典型的X射線能量譜（入射電子的能量是150KeV）

（摘自http://physicsopenlab.org/2017/08/02/bremsstrahlung-radiation/）

X射線源

       實(shí)驗(yàn)室常用的X射線源主要由高壓發(fā)生器和X射線管組成，X射線管是工作在高電壓下的真空二極管，包含有兩個(gè)電極：一個(gè)是用于發(fā)射電子的燈絲，作為陰極，另一個(gè)是用于接受電子轟擊的靶材，作為陽極。兩極均被密封在高真空的外殼內(nèi)，高壓發(fā)生器在兩個(gè)電極之間施加高電壓。

       陰極燈絲由鎢制成，用來產(chǎn)生電子，改變燈絲電流的大小可以改變燈絲的溫度，改變產(chǎn)生電子的數(shù)量，從而調(diào)節(jié)管電流。高壓發(fā)生器產(chǎn)生足夠的電壓（KV等級(jí)），將電子加速撞擊到陽極。另外，陰極還需將電子流進(jìn)行聚焦，使轟擊在陽極靶面上的電子流具有一定的大小和形狀。

       高能電子轟擊金屬靶面后通過韌致輻射和特征輻射產(chǎn)生X射線，對(duì)于進(jìn)行成像的X射線源來說，對(duì)X射線管的要求是焦點(diǎn)小、強(qiáng)度大，形成較大的功率密度。X射線管的效率很低，只有不到1%的電子束能量轉(zhuǎn)化為X射線，99%以上的電子束功率成為陽極熱耗，而使焦斑過熱。避免陽極過熱的方法是對(duì)陽極及管子采取各種方式的冷卻，以降低焦斑處的溫度。

       從密封方式分類，X射線管分為開放式和封閉式兩種。開放式在使用過程中，需要對(duì)射線管抽真空并保持真空度，管內(nèi)的陰極和陽極是可以更換的；封閉式射線管提前將真空抽到一定程度后密封，在使用過程中無需再次抽真空，當(dāng)然管內(nèi)的陰極和陽極也是無法更換的。

       從靶材的形狀和角度分類，X射線管分為反射式和透射式。反射式靶面與入射電子束形成一定傾斜角度，具有較大的散熱體積，可以承受較高電壓的加速電子；透射式靶是很薄的一層薄膜，靶面與入射電子束垂直，可以獲得更小的焦點(diǎn)尺寸和更大的輻射角度。

圖1. X光管反射靶示意圖

   圖2. X光管透射靶示意圖