1、1 X射線射線2一、一、X射線的發(fā)射射線的發(fā)射(X-ray emission)K 陰極，陰極，A 陽極陽極(鉬、鎢、銅等金屬鉬、鎢、銅等金屬)，A K間加幾萬伏高壓，以加速陰極發(fā)射的熱電子。間加幾萬伏高壓，以加速陰極發(fā)射的熱電子。-KAX射線射線X X 射線管射線管+31895年底，倫琴發(fā)表了年底，倫琴發(fā)表了論新的射線論新的射線的報告，并展示了第一張的報告，并展示了第一張x射線的照片射線的照片 他的妻子的手指骨。他的妻子的手指骨。l895年德國物理學家年德國物理學家倫琴倫琴在作在作陰極射線管陰極射線管中氣體放電的實驗研中氣體放電的實驗研究時，偶然發(fā)現(xiàn)了有一種使熒光屏上有微弱的熒光產(chǎn)生的看不究時

2、，偶然發(fā)現(xiàn)了有一種使熒光屏上有微弱的熒光產(chǎn)生的看不見的射線。見的射線。沿直線傳播沿直線傳播不被電磁場偏轉(zhuǎn)不被電磁場偏轉(zhuǎn)穿透性強穿透性強(不被物質(zhì)反射和折射不被物質(zhì)反射和折射)他把這種未知射線稱為他把這種未知射線稱為 x 射線射線。(1879年年克魯克斯克魯克斯曾抱怨放在他的陰極射線管附近的照相曾抱怨放在他的陰極射線管附近的照相底片老出現(xiàn)模糊的陰影底片老出現(xiàn)模糊的陰影)；(1890年年古德斯比德古德斯比德和和詹寧斯詹寧斯都發(fā)現(xiàn)他們陰極射線管后面都發(fā)現(xiàn)他們陰極射線管后面的照相底片特別發(fā)黑的照相底片特別發(fā)黑)。W.C. Rontgen, Science, 3(1896)227W.C. Rontgen

3、, Science, 3(1896)726X X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)4倫琴倫琴的發(fā)現(xiàn)引起了全世界物理學界和醫(yī)學界的強烈反應的發(fā)現(xiàn)引起了全世界物理學界和醫(yī)學界的強烈反應倫琴的報告發(fā)表后僅三個倫琴的報告發(fā)表后僅三個月后，維也納的一家醫(yī)院月后，維也納的一家醫(yī)院就在外科檢查中使用了就在外科檢查中使用了x射射線拍片手段。線拍片手段。第二年第二年(1896年年)就有近千篇就有近千篇有關有關x 射線的研究和應用的射線的研究和應用的文章發(fā)表。文章發(fā)表。當時人們以照當時人們以照x射線像為時射線像為時髦髦1,500 scientific communications within first twelve mon

4、ths. US scientists repeated experiments within four weeks.5 柏林科學院在致倫琴的賀詞中說到：柏林科學院在致倫琴的賀詞中說到：“科學史告訴我們，科學史告訴我們，在每一項科學發(fā)現(xiàn)中，功勞和幸運獨特地結(jié)合在一起；在這種在每一項科學發(fā)現(xiàn)中，功勞和幸運獨特地結(jié)合在一起；在這種情況下，許多外行人也許認為幸運是主要的因素。但是，了解情況下，許多外行人也許認為幸運是主要的因素。但是，了解您的創(chuàng)造個性特點的人將會懂得，正是您，一位擺脫了一切成您的創(chuàng)造個性特點的人將會懂得，正是您，一位擺脫了一切成見的、把完善的實驗藝術(shù)和最高的科學誠意及注意力結(jié)合起來見的

5、、把完善的實驗藝術(shù)和最高的科學誠意及注意力結(jié)合起來的研究者，應當?shù)玫阶鞒鲞@一偉大發(fā)現(xiàn)的幸福。的研究者，應當?shù)玫阶鞒鲞@一偉大發(fā)現(xiàn)的幸福。” Nobel Prize, 1901“in recognition of the extraordinary services he has rendered by the discovery of the remarkable rays subsequently named after him”1901年獲得了首次頒發(fā)的年獲得了首次頒發(fā)的諾貝爾物理學獎。諾貝爾物理學獎。倫琴 (德國)18451923 Wilhelm Conrad Rontgen6x射線性質(zhì)射

6、線性質(zhì)： x 射線是一種高能光子射線是一種高能光子穿透性很強。穿透性很強。用普通光柵觀察不到衍射現(xiàn)象。用普通光柵觀察不到衍射現(xiàn)象。 x 射線是波長很短的電磁波射線是波長很短的電磁波(0.1 100 ) 衍射現(xiàn)象很小。衍射現(xiàn)象很小。 人的肉眼看不見人的肉眼看不見x射線，但射線，但x射線能使氣體電離，使照相底射線能使氣體電離，使照相底片感光，能穿過不透明的物體，還能使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光。片感光，能穿過不透明的物體，還能使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光。 x 射線呈直線傳播，在電場和磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當穿過射線呈直線傳播，在電場和磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當穿過物體時僅部分被散射。物體時僅部分被散射。 x 射線對動物有機體

7、射線對動物有機體(其中包括對人體其中包括對人體)能產(chǎn)生巨大的生理上能產(chǎn)生巨大的生理上的影響，能殺傷生物細胞。的影響，能殺傷生物細胞。7發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)的X射線是什么呢？人們初步認為是一種電磁波，于是想射線是什么呢？人們初步認為是一種電磁波，于是想通過光柵來觀察它的衍射現(xiàn)象，但實驗中并沒有看到衍射現(xiàn)象。通過光柵來觀察它的衍射現(xiàn)象，但實驗中并沒有看到衍射現(xiàn)象。原因是原因是X射線的波長太短，只有一埃射線的波長太短，只有一埃(1)。一光柵一光柵d=3 104(每每mm333條刻痕條刻痕)，則第一級明紋滿足：，則第一級明紋滿足：kbasin)(sind41031sind=3.3 10-4rad 實際上是無法分

8、辯的。要分辯實際上是無法分辯的。要分辯X射線的光柵也要在埃的數(shù)射線的光柵也要在埃的數(shù)量級才行。量級才行。 人們想到了晶體。因為晶體有規(guī)范的原子排列，且原子間人們想到了晶體。因為晶體有規(guī)范的原子排列，且原子間距也在埃的數(shù)量級。是天然的三維光柵。距也在埃的數(shù)量級。是天然的三維光柵。0.002o81912年德國物理學家年德國物理學家勞厄勞厄想到了這一點，去找普朗克老師，沒想到了這一點，去找普朗克老師，沒得到支持后，去找正在攻讀博士的索末菲，兩次實驗后終于做得到支持后，去找正在攻讀博士的索末菲，兩次實驗后終于做出了出了X射線的衍射實驗。射線的衍射實驗。X-ray 晶體晶體crystalLaue spo

9、ts晶體的三維光柵晶體的三維光柵Three-dimensional “diffraction grating”Laue spots proves wave properties of X-ray9由于晶體的晶格常數(shù)約由于晶體的晶格常數(shù)約10nm，與，與X射線波長接近，射線波長接近，衍射現(xiàn)象明顯。衍射現(xiàn)象明顯。單晶片單晶片X X射線射線照相底片照相底片在照相底片上形成對稱分布的若干衍射斑點，稱為在照相底片上形成對稱分布的若干衍射斑點，稱為勞勞厄斑。厄斑。10勞厄 (德國)Max von Laue 1879-1960,1914年諾貝爾物理獎1912年通過讓X射線穿過硫化鋅水晶的試驗，證明X射線是波

10、長非常短的橫波。11 1913年英國的布拉格父子，提出了一種精確研究年英國的布拉格父子，提出了一種精確研究X射線的射線的方法，并作出了精確的定量計算。不但能解釋勞厄斑點，而且方法，并作出了精確的定量計算。不但能解釋勞厄斑點，而且能用于對晶體結(jié)構(gòu)的研究。能用于對晶體結(jié)構(gòu)的研究。由于父子二人在由于父子二人在X射線研究晶體結(jié)射線研究晶體結(jié)構(gòu)方面作出了巨大貢獻，于構(gòu)方面作出了巨大貢獻，于1915年共獲諾貝爾物理學獎。年共獲諾貝爾物理學獎。 晶體是由彼此相互平行的原子層構(gòu)成。這些原子層稱作晶晶體是由彼此相互平行的原子層構(gòu)成。這些原子層稱作晶面。面。X X射線會在不同的晶面上反射。射線會在不同的晶面上反射

11、。dABE晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：d d掠射角掠射角 : : X 射線射到晶射線射到晶面時與晶面夾角面時與晶面夾角。 衍射中心衍射中心 點間散射光的干涉點間散射光的干涉每個原子都是散射子波每個原子都是散射子波的子波源。的子波源。12即當即當2d sin =k 時各層面上的反射光相干加強，形成時各層面上的反射光相干加強，形成亮點，稱為亮點，稱為k 級干涉主極大。該式稱為布喇格公式。級干涉主極大。該式稱為布喇格公式。EBAE dABEsin2dkdsin2)2 , 1 , 0(k布拉格公式布拉格公式X射線經(jīng)射線經(jīng)兩晶面反射后，兩束光的光程差為兩晶面反射后，兩束光的光程差為： 已知已知 、 可測可測d

12、X射線晶體結(jié)構(gòu)分析射線晶體結(jié)構(gòu)分析。 已知已知 、d 可測可測 X射線光譜分析。射線光譜分析。應用應用131913年，布拉格父子測定X射線的波長1915年，共同獲諾貝爾物理獎William Henry Bragg (18621942)William Lawrence Bragg (18901971)14 在醫(yī)學和分子生物學領域也不斷有新的突破。在醫(yī)學和分子生物學領域也不斷有新的突破。19531953年英國年英國的威爾金斯、沃森和克里克利用的威爾金斯、沃森和克里克利用X X射線的結(jié)構(gòu)分析得到了遺傳基射線的結(jié)構(gòu)分析得到了遺傳基因脫氧核糖核酸因脫氧核糖核酸( (DNA)DNA)的雙螺旋結(jié)構(gòu)，榮獲了的

13、雙螺旋結(jié)構(gòu)，榮獲了19621962年度諾貝爾生年度諾貝爾生物和醫(yī)學獎。物和醫(yī)學獎。 x射線的應用不僅開創(chuàng)了研究晶體結(jié)構(gòu)的新領域，而且用射線的應用不僅開創(chuàng)了研究晶體結(jié)構(gòu)的新領域，而且用它可以作光譜分析，在科學研究和工程技術(shù)上有著廣泛的應用。它可以作光譜分析，在科學研究和工程技術(shù)上有著廣泛的應用。15X射線射線(光子光子)的能量范圍是從的能量范圍是從 100eV 到到 100,000eV。 這么大的能量表示這么大的能量表示X射線射線可以穿透人體可以穿透人體(甚至骨頭甚至骨頭)它的波長是多少它的波長是多少?0.01 nm 10 nmnm10eV100nmeV1240nm01. 0eV100000nm

14、eV1240EEhcnmeV124016X-Ray Production Black Body Radiation Would require temperature over 10 times hotter than surface of sun Excitation of outer electrons Typically have energy around 10 eV Radioactive Decays Hard to turn on/offHow do you produce 100 eV photons?1517The full electromagnetic spectrum

15、is called light18X 射線管抽成真空（射線管抽成真空（10-610-8 mmHg），），陰極陰極K是加熱的是加熱的,發(fā)射電子用發(fā)射電子用;陽極陽極A一般為鎢、鉬、鉑等重金屬一般為鎢、鉬、鉑等重金屬“靶靶”。利用晶體衍射的布利用晶體衍射的布喇格公式測定波長喇格公式測定波長;按照記錄底片上按照記錄底片上的黑度測定強度。的黑度測定強度。在兩極間加上幾萬伏高電壓，電子就在強電場在兩極間加上幾萬伏高電壓，電子就在強電場的作用下飛向陽極，的作用下飛向陽極，在陽極在陽極A上產(chǎn)生上產(chǎn)生 x 射線。射線。19實驗表明，實驗表明，X X射線由兩部分構(gòu)成，一部分波長連續(xù)變化，稱射線由兩部分構(gòu)成，一部

16、分波長連續(xù)變化，稱為連續(xù)譜；另一部分波長是分立的，與靶材料有關，成為某種為連續(xù)譜；另一部分波長是分立的，與靶材料有關，成為某種材料的標識，所以稱為標識譜，又叫特征譜材料的標識，所以稱為標識譜，又叫特征譜它迭加在連續(xù)它迭加在連續(xù)譜上。下面對這兩部分譜線的特點和產(chǎn)生機制進行詳細分析。譜上。下面對這兩部分譜線的特點和產(chǎn)生機制進行詳細分析。20All Together Now.Brehmsstrahlung X-Rays and Characteristic X-Rays both occur at the same time. 0intensityKbKaintensityKbKaintensity

17、 034211.連續(xù)譜連續(xù)譜高速電子到達陽極后與陽極中的原子相撞，高速電子到達陽極后與陽極中的原子相撞，速度降下來，電子有了加速度而輻射的電磁波。速度降下來，電子有了加速度而輻射的電磁波。這種輻射稱為這種輻射稱為韌致輻射韌致輻射。22(1)為什么具有為什么具有連續(xù)譜連續(xù)譜的特征？的特征？(2)為什么連續(xù)譜的為什么連續(xù)譜的形狀形狀與陽與陽極的材料無關？極的材料無關？(3)為什么連續(xù)譜都有一個為什么連續(xù)譜都有一個截止波長截止波長（或頻率）？（或頻率）？與陽極的材料無關，僅與電壓有關！與陽極的材料無關，僅與電壓有關！由于大量電子有各種大小的由于大量電子有各種大小的加速度，因此韌致輻射的加速度，因此韌

18、致輻射的 x 射線具有連續(xù)譜的特征；射線具有連續(xù)譜的特征；由于它只是由于它只是管中電子管中電子有加速度有加速度而輻射產(chǎn)生的；而輻射產(chǎn)生的；相相對對強強度度波長（波長（）截止波長截止波長35kV23電子被高壓加速所獲得的動能為電子被高壓加速所獲得的動能為 Ek = eU軔致輻射的軔致輻射的X射線中包含各種波長成分，即連續(xù)譜。短波長射線中包含各種波長成分，即連續(xù)譜。短波長(短波極限短波極限) 0 與電子全部動能轉(zhuǎn)變?yōu)楣庾幽芰肯鄬磁c電子全部動能轉(zhuǎn)變?yōu)楣庾幽芰肯鄬?.100.060.02106235 kV50 kV40 kV30 kV20 kVKK波長波長nm相對強度相對強度連續(xù)譜不應該是

19、原子光譜，而應該是電子在靶上減速而產(chǎn)生的。被高壓加速連續(xù)譜不應該是原子光譜，而應該是電子在靶上減速而產(chǎn)生的。被高壓加速后的電子進入靶內(nèi)，可以到達不同的深度，其速率從后的電子進入靶內(nèi)，可以到達不同的深度，其速率從 0 0驟減為驟減為0 0，有很大的，有很大的加速度，而伴隨著帶電粒子的加速運動，必然有電磁輻射產(chǎn)生，這便是產(chǎn)生加速度，而伴隨著帶電粒子的加速運動，必然有電磁輻射產(chǎn)生，這便是產(chǎn)生x射線連續(xù)譜的原因，用光子的概念可以對連續(xù)譜的產(chǎn)生給出定量的分析。射線連續(xù)譜的原因，用光子的概念可以對連續(xù)譜的產(chǎn)生給出定量的分析。0maxchheUEkUehc10 0的存在是的存在是量子論量子論正確性的又一例證

20、。正確性的又一例證。它與陽極的材料無它與陽極的材料無關，僅與電壓有關。關，僅與電壓有關。也可用它來測普朗克常數(shù)也可用它來測普朗克常數(shù) h 。右圖表示在不同加速電壓下鎢靶發(fā)出的右圖表示在不同加速電壓下鎢靶發(fā)出的X射射線連續(xù)譜線連續(xù)譜(實線實線)。 24短波長短波長 0 高壓加速動能 一個電子經(jīng)過一個電子經(jīng)過50,000V高壓加速，當它打在靶上產(chǎn)生的高壓加速，當它打在靶上產(chǎn)生的x射線的射線的短波長短波長 0是多少？是多少？電子打在靶上損失電子打在靶上損失所有的能量所有的能量，同時發(fā)射出，同時發(fā)射出x射線射線intensity 0韌致輻射韌致輻射舉例舉例nm0248. 0eV000,50nmeV12

21、400EhcX射線連續(xù)譜可稱為光電效應的逆效應！射線連續(xù)譜可稱為光電效應的逆效應！25當加速電壓比較高時，在當加速電壓比較高時，在x射線連續(xù)譜的射線連續(xù)譜的“山丘山丘”上會出現(xiàn)上會出現(xiàn)一些一些“尖塔尖塔”。人的人的指紋指紋可作為某人的特征可作為某人的特征這些尖塔可以作為某種這些尖塔可以作為某種元素的元素的 “指紋指紋”尖塔的位置與陽極尖塔的位置與陽極 靶材料元素有關，與電壓靶材料元素有關，與電壓U無關。故稱為無關。故稱為特征譜特征譜。2.線狀譜線狀譜(特征譜、標識譜特征譜、標識譜)26特征譜產(chǎn)生的機制特征譜產(chǎn)生的機制能量比能量比“空位空位”能量高的電子就會躍遷下來到這空位，同時放能量高的電子就

22、會躍遷下來到這空位，同時放出電磁波，波長當然與此原子的特性有關，此即特征譜。出電磁波，波長當然與此原子的特性有關，此即特征譜。因為原子的內(nèi)層電子的能級差值較大，放出的光子的頻率較大，因為原子的內(nèi)層電子的能級差值較大，放出的光子的頻率較大，波長就較短，屬于波長就較短，屬于x射線波段。射線波段。高速粒子將能量給了靶原子的高速粒子將能量給了靶原子的內(nèi)層電子內(nèi)層電子，使內(nèi)層電子躍遷到能，使內(nèi)層電子躍遷到能量較高的最外層或完全脫離原子量較高的最外層或完全脫離原子(即電離即電離)，內(nèi)層留下了，內(nèi)層留下了“空空位位”。內(nèi)層電子躍遷內(nèi)層電子躍遷 E：103 eV 104 eV ：10-1 102特征譜的定量計

23、算特征譜的定量計算1913年，英國物理學家年，英國物理學家Moseley通過對不同元素通過對不同元素( (不同不同Z)的的X射線射線標識譜加以分析標識譜加以分析( (共分析了從鈷到金的共分析了從鈷到金的38種元素種元素) )，發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律：，發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律：) 1( ZCf對對K Ka a線系，有一個經(jīng)驗公式線系，有一個經(jīng)驗公式71 25 10 HzC 27Moseley (1913) 畫出畫出X-ray特征譜的頻率圖發(fā)現(xiàn)特征譜的頻率圖發(fā)現(xiàn)) 1( ZCffZ常數(shù)常數(shù)C很好的符合玻爾理論計算的很好的符合玻爾理論計算的電子從電子從n=2到到n=1的躍遷過程的躍遷過程!heVC4/36 .13Mos

24、eley is credited withdiscovering the charge of the atomic nucleus (Z).為什么是為什么是Z-1?莫賽萊公式不只建立了原子序數(shù)是一個可測量的實驗數(shù)值，而且還給予原子序數(shù)一個物理含義，即原子序數(shù)是原子核的電荷數(shù)目(后來科學家發(fā)覺是質(zhì)子數(shù)目)。因為莫賽萊對于X射線的研究成果，在周期表上可以依照原子序數(shù)來排列各個元素，而不是按照原子量。這個新的排列方法使得鎳元素(Z=28.587)與鈷元素(Z=27.589u)的排列位置相互對易。這一研究成果也使得科學家能夠計算出譜線的數(shù)值，核對半量子的玻爾模型。28事實上，這個公式可以從玻爾理論得到

25、，根據(jù)玻爾理論，內(nèi)殼層中缺一個電子的狀態(tài)與堿金屬原子中n能級的狀態(tài)相似，所以n能級的狀態(tài)能近似用堿金屬原子能級公式表示：式中反映了躍遷電子之外的電子對核的總屏蔽效應，即躍遷電子感受到的有效電荷是Z-，這樣當n=2上的電子向n=1躍遷產(chǎn)生Ka線時，有實驗表明1，將其余常數(shù)代入得22nZRhcEn222122111aZRhcEEhvK Hz110246. 0216ZvfKa1fC Z71 24.97 10 HzC 29特征譜的標記方法特征譜的標記方法 X射線標識譜分為K,L,M,等線系，每一系的譜線也分為a,b,等。所以譜線被標記為Ka a，Kb b，K ZeKLM N OL系系K系系 b ba

26、aKKKK b ba aLLL-e-e產(chǎn)生空穴的方法：產(chǎn)生空穴的方法：e-X ；p-X ；I-X ；X-X 質(zhì)子熒光分析質(zhì)子熒光分析 p-X(PIXEProton Induced X-ray Emission)30估算從銀靶估算從銀靶(Z=47)上出射的上出射的Ka a X射線的能量射線的能量LKn=2n=1photon EL 13.6eV (47 1)2122 7. 2keV EK 13 . 6eV (47 1)2112 28 . 8keV E(Ka)ELEK 21 . 6 keV(實驗值實驗值 21.7KeV)Not bad!注意注意! En(13.6)Z2n2Ka a X射線出射表明在射

27、線出射表明在K層有一個電層有一個電子空穴被子空穴被L層電子補償，可以假設層電子補償，可以假設有有一個電子一個電子被原子核束縛，則銀被原子核束縛，則銀靶的有效電荷為靶的有效電荷為Z=(47-1)Ka a X射線計算舉例射線計算舉例intensityKa31The two plots correspond to X-ray tubes that are:1) Operating at different voltages2) Contain different elements3) Both4) NeitherX-Ray QuestionThe characteristic peaks (Ka a

28、nd Kb) are the same position, same element. 0 is ensityKaKb bintensityKaKb b32intensityintensityWhich graph corresponds to the tube being operated at the higher voltage?1) Top 2) BottomKaKb bContinuous spectrum of deceleration x-rays00Higher voltage means higher energy deceleration x-ra

29、y photon can be produced, or smaller maximum wavelength, 0. X-Ray Question33intensityintensityThe top spectrum comes from a tube with a silver target (Ag, 47). What is the bottom target?1) PB 462) Ag 473) Cd 48KaKb bX射線的連續(xù)譜射線的連續(xù)譜00X射線特征譜的能量與射線特征譜的能量與有效電荷有效電荷 (Z-1)成正比成正比 E增加增加 = Z增大增大X-Ray Question34

30、三三 . X射線應用舉例射線應用舉例 X光透視光透視(假彩色假彩色) CT(透明片透明片) 精密分析物質(zhì)的成分。精密分析物質(zhì)的成分。(所需樣品量小，所需樣品量小， 10g 足夠足夠, 無損傷，靈敏度高無損傷，靈敏度高) 例如例如 . 對珍貴出土文物的分析對珍貴出土文物的分析 1965年出土的年出土的 2500年前的年前的 越王勾踐寶劍越王勾踐寶劍的成分。的成分。 例如例如 . 對人的頭發(fā)中痕量元素分析對人的頭發(fā)中痕量元素分析 長壽、疾病、弱智與痕量元素的關系。長壽、疾病、弱智與痕量元素的關系。 例如例如 . 空氣采樣分析空氣采樣分析 (上海與拉薩上海與拉薩)35Radiation in Avi

31、ation Security X-ray ApplicationFrom: Heimann Systems, Wiesbaden, GermanyAdvanced Multi X-ray Energy Method36數(shù)碼數(shù)碼X光片展示魚類內(nèi)部構(gòu)造光片展示魚類內(nèi)部構(gòu)造2008年9月26日消息，據(jù)探索雜志報道，自隸屬美國史密森學會的國家自然歷史博物館從19世紀中期開始收集海洋動物標本以來，魚類標本數(shù)量急劇增長。美國國家魚類收藏館如今擁有約350萬魚類標本。史密森學會博物館的館長們在魚類構(gòu)造(Ichthyo: The Architecture of Fish)一書中展示了其標本的數(shù)碼X光片。書中還

32、有海洋學家讓-米歇爾柯斯蒂、魚類學家丹尼爾帕里、攝影藝術(shù)博物館主任黛博拉克羅切克和攝影研究人員斯蒂芬妮柯莫(Stephanie Comer)等專家學者所寫的小短文。 圖片中顯示的是一種稱為圖片中顯示的是一種稱為“拜爾海鰻拜爾海鰻”(Bayers moray)的珍的珍稀海鰻，它們一般躲藏在東南亞和大洋洲海域的暗礁周圍。稀海鰻，它們一般躲藏在東南亞和大洋洲海域的暗礁周圍。37在攝影術(shù)問世前，手工制作的圖示被用于記錄在攝影術(shù)問世前，手工制作的圖示被用于記錄自然之美。柯莫和克羅切克在書中寫道：自然之美。柯莫和克羅切克在書中寫道：“1895年，年，X光的發(fā)現(xiàn)使得用膠卷捕捉這種動光的發(fā)現(xiàn)使得用膠卷捕捉這種

33、動物和物體細微內(nèi)部構(gòu)造的照片成為可能。物和物體細微內(nèi)部構(gòu)造的照片成為可能。”一一個多世紀過去了，個多世紀過去了，X光技術(shù)仍在不斷向我們提光技術(shù)仍在不斷向我們提供令人叫絕的照片，比如供令人叫絕的照片，比如黃貂魚黃貂魚的這張奇特照的這張奇特照片。片。X光照片使動物看上去栩栩如生。魚類研究者丹尼光照片使動物看上去栩栩如生。魚類研究者丹尼爾爾帕里在書中一片短文中寫道：帕里在書中一片短文中寫道：“我們會常常想起我們會常常想起這條魚的嘴，身體倒成了其次。這條魚的嘴，身體倒成了其次。”根據(jù)其牙齒或下顎根據(jù)其牙齒或下顎確定一種動物如何進食，經(jīng)常讓科學家傷透腦筋。但確定一種動物如何進食，經(jīng)常讓科學家傷透腦筋。但

34、是，有時是，有時X光會讓動物最后一頓美餐清晰地展現(xiàn)在大光會讓動物最后一頓美餐清晰地展現(xiàn)在大家的眼前，以這條家的眼前，以這條巨鯰巨鯰(shark catfish)為例，它的肚子為例，它的肚子中就有幾個蛤，巨鯰非常善于消化這種東西。中就有幾個蛤，巨鯰非常善于消化這種東西。國家魚類收藏館成立之初從國家魚類收藏館成立之初從“威爾克斯探險威爾克斯探險”(Wilkes Expedition)購買魚類標本，購買魚類標本，“威爾克斯探險威爾克斯探險”是一次從是一次從1838年至年至1842年環(huán)游南太平洋的任務。如今，魚類研究人員每年仍會向收藏館提供數(shù)千種新魚類。這些照片最初的目的年環(huán)游南太平洋的任務。如今，魚

35、類研究人員每年仍會向收藏館提供數(shù)千種新魚類。這些照片最初的目的是讓史密森學會的科學家去研究魚類的內(nèi)部構(gòu)造，同時不必對它們進行解剖。照片中的是讓史密森學會的科學家去研究魚類的內(nèi)部構(gòu)造，同時不必對它們進行解剖。照片中的尖嘴魚尖嘴魚是是1929年從菲律賓捕年從菲律賓捕撈的。撈的。38史密森學會照片圖書館如今收藏有約史密森學會照片圖書館如今收藏有約2萬種不同魚類萬種不同魚類的標本，提供了堪稱無價的海洋多樣性的記錄。這的標本，提供了堪稱無價的海洋多樣性的記錄。這些玻甲魚些玻甲魚(shrimpfish)屬于蝦魚科屬于蝦魚科(centriscidae)家族，家族，這個家族共有這個家族共有13種不同種類。種不

36、同種類。玻甲魚玻甲魚亦稱亦稱“剃刀剃刀魚魚”(razorfish)，因為它們的口鼻部尖尖的，長度大，因為它們的口鼻部尖尖的，長度大約達到約達到8英寸英寸(約合約合20厘米厘米)。黃麻鱸、刺河豚、河豚，還是刺猬魚黃麻鱸、刺河豚、河豚，還是刺猬魚(porcupine fish)，無論你怎么稱呼這些水生動物，它們均擁有對付捕食無論你怎么稱呼這些水生動物，它們均擁有對付捕食者的有力武器。這張者的有力武器。這張X光照片顯示的是處于防備狀態(tài)光照片顯示的是處于防備狀態(tài)的的刺猬魚刺猬魚(前面前面)，體內(nèi)充滿水和空氣，銳利的尖刺全，體內(nèi)充滿水和空氣，銳利的尖刺全部展開，后面則是它處于正常、放松的狀態(tài)。一旦膨部展

37、開，后面則是它處于正常、放松的狀態(tài)。一旦膨脹起來，刺猬魚的身長將達到其正常身長的兩倍，其脹起來，刺猬魚的身長將達到其正常身長的兩倍，其中一些種類還有毒。如此一來，這些奇異的水生動物中一些種類還有毒。如此一來，這些奇異的水生動物少有對手也就不足為奇了。少有對手也就不足為奇了。海洋學家兼電影導演讓海洋學家兼電影導演讓-米歇爾米歇爾柯斯蒂在書中寫柯斯蒂在書中寫道，道，“90%商業(yè)放養(yǎng)的大型魚類因過度捕撈從商業(yè)放養(yǎng)的大型魚類因過度捕撈從海洋消失了。我被迫得出這樣的結(jié)論，即我們海洋消失了。我被迫得出這樣的結(jié)論，即我們正正全力以赴全力以赴消滅海洋中的魚類。消滅海洋中的魚類。”多種海多種海馬處于危險之中，包

38、括照片中所示的馬處于危險之中，包括照片中所示的“侏儒小侏儒小海馬海馬”，它們已被列為，它們已被列為“易受威脅易受威脅”物種。物種。39四、俄歇電子和同步輻射四、俄歇電子和同步輻射 (Auger electron and synchrotron radiation ) 外層電子向空位躍遷時，可以不發(fā)射外層電子向空位躍遷時，可以不發(fā)射X射線，將射線，將能量傳給同層的其他電子或更外層的電子，這個電能量傳給同層的其他電子或更外層的電子，這個電子獲得能量而脫離原子，稱為子獲得能量而脫離原子，稱為俄歇俄歇(P.V.Auger)電子電子。 對于一個原子來說對于一個原子來說，激發(fā)態(tài)原子在釋放能量時只激發(fā)態(tài)原子

39、在釋放能量時只能進行一種發(fā)射：特征能進行一種發(fā)射：特征X射線或俄歇電子。原子序數(shù)射線或俄歇電子。原子序數(shù)大的元素，特征大的元素，特征X射線的發(fā)射幾率較大，原子序數(shù)小射線的發(fā)射幾率較大，原子序數(shù)小的元素，俄歇電子發(fā)射幾率較大，當原子序數(shù)為的元素，俄歇電子發(fā)射幾率較大，當原子序數(shù)為33時，時，兩種發(fā)射幾率大致相等。因此，俄歇電子能譜適用于兩種發(fā)射幾率大致相等。因此，俄歇電子能譜適用于輕元素的分析。輕元素的分析。40電磁場理論早就預言：在真空中以光速運動的相對論帶電粒子在二極磁場電磁場理論早就預言：在真空中以光速運動的相對論帶電粒子在二極磁場作用下偏轉(zhuǎn)時，會沿著偏轉(zhuǎn)軌道切線方向發(fā)射連續(xù)譜的電磁波。作

40、用下偏轉(zhuǎn)時，會沿著偏轉(zhuǎn)軌道切線方向發(fā)射連續(xù)譜的電磁波。http:/ 倍。倍。19471947年人類在電子同步加速器上首次觀測到這種電磁波，通常是在電子同年人類在電子同步加速器上首次觀測到這種電磁波，通常是在電子同步加速器上獲得這種輻射，故稱步加速器上獲得這種輻射，故稱同步輻射同步輻射，后來又稱為同步輻射光，并稱，后來又稱為同步輻射光，并稱產(chǎn)生和利用同步輻射光的科學裝置為同步輻射光源或裝置。產(chǎn)生和利用同步輻射光的科學裝置為同步輻射光源或裝置。3030多年來，同步輻射光源已經(jīng)歷了三代的發(fā)展，它的主體是一臺電子儲存多年來，同步輻射光源已經(jīng)歷了三代的發(fā)展，它的主體是一臺電子儲存環(huán)。第一代同步輻射光源的

41、電子儲存環(huán)是為高能物理實驗而設計的，只是環(huán)。第一代同步輻射光源的電子儲存環(huán)是為高能物理實驗而設計的，只是“寄生寄生”地利用從偏轉(zhuǎn)磁鐵引出的同步輻射光，故又稱地利用從偏轉(zhuǎn)磁鐵引出的同步輻射光，故又稱“兼用光源兼用光源”；第；第二代同步輻射光源的電子儲存環(huán)則是專門為使用同步輻射光而設計的，主二代同步輻射光源的電子儲存環(huán)則是專門為使用同步輻射光而設計的，主要從偏轉(zhuǎn)磁鐵引出同步輻射光；第三代同步輻射光源的電子儲存環(huán)對電子要從偏轉(zhuǎn)磁鐵引出同步輻射光；第三代同步輻射光源的電子儲存環(huán)對電子束發(fā)射度和大量使用插入件進行了優(yōu)化設計，使電子束發(fā)射度比第二代小束發(fā)射度和大量使用插入件進行了優(yōu)化設計，使電子束發(fā)射度比

42、第二代小得多，因此同步輻射光的亮度大大提高，并可從波蕩器等插入件引出高亮得多，因此同步輻射光的亮度大大提高，并可從波蕩器等插入件引出高亮度、部分相干的準單色光。第三代同步輻射光源根據(jù)其光子能量覆蓋區(qū)和度、部分相干的準單色光。第三代同步輻射光源根據(jù)其光子能量覆蓋區(qū)和電子儲存環(huán)中電子束能量的不同，又可進一步細分為高能光源、中能光源電子儲存環(huán)中電子束能量的不同，又可進一步細分為高能光源、中能光源和低能光源。憑借優(yōu)良的光品質(zhì)和不可替代的作用，第三代同步輻射光源和低能光源。憑借優(yōu)良的光品質(zhì)和不可替代的作用，第三代同步輻射光源已成為當今眾多學科基礎研究和高技術(shù)開發(fā)應用研究的最佳光源。已成為當今眾多學科基礎研究和高技術(shù)開發(fā)應用研究的最佳光源。 41 同步輻射光具有高度