X射线的产生

        产生X射线有许多种方法，在实验室最简单的方法是：用加速后的电子撞击金属靶，在撞击过程中，电子突然减速，其损失的动能会转换为X射线与热能，这种X射线称之为韧致辐射（Bremsstrahlung radiation）或制动辐射。韧致辐射的X射线谱往往是连续谱，这是由于在作为靶子的原子核电磁场作用下，电子的速度是连续变化的。

       另外，如果加速电子的能量足够高，金属靶原子的内层电子会被轰出，内层电子形成空位，使原子处于能级较高的激发态，外层电子向空位跃迁，使原子能级降低，多余的能量便以X射线的形式辐射出来，这种X射线的波长只与原子处于不同能级时发生电子跃迁的能级差有关，而原子的能级是由原子结构决定的，因此，这些有特征波长的X射线将能够反映出原子的结构特点，我们称之为特征辐射X射线（Characteristic radiation）。

入射电子与靶原子相互作用产生X射线

韧致辐射（1,2,3）和特征辐射（4）

（摘自论文DOI:  10.13140/RG.2.2.16794.49600）

典型的X射线能量谱（入射电子的能量是150KeV）

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

X射线源

       实验室常用的X射线源主要由高压发生器和X射线管组成，X射线管是工作在高电压下的真空二极管，包含有两个电极：一个是用于发射电子的灯丝，作为阴极，另一个是用于接受电子轰击的靶材，作为阳极。两极均被密封在高真空的外壳内，高压发生器在两个电极之间施加高电压。

       阴极灯丝由钨制成，用来产生电子，改变灯丝电流的大小可以改变灯丝的温度，改变产生电子的数量，从而调节管电流。高压发生器产生足够的电压（KV等级），将电子加速撞击到阳极。另外，阴极还需将电子流进行聚焦，使轰击在阳极靶面上的电子流具有一定的大小和形状。

       高能电子轰击金属靶面后通过韧致辐射和特征辐射产生X射线，对于进行成像的X射线源来说，对X射线管的要求是焦点小、强度大，形成较大的功率密度。X射线管的效率很低，只有不到1%的电子束能量转化为X射线，99%以上的电子束功率成为阳极热耗，而使焦斑过热。避免阳极过热的方法是对阳极及管子采取各种方式的冷却，以降低焦斑处的温度。

       从密封方式分类，X射线管分为开放式和封闭式两种。开放式在使用过程中，需要对射线管抽真空并保持真空度，管内的阴极和阳极是可以更换的；封闭式射线管提前将真空抽到一定程度后密封，在使用过程中无需再次抽真空，当然管内的阴极和阳极也是无法更换的。

       从靶材的形状和角度分类，X射线管分为反射式和透射式。反射式靶面与入射电子束形成一定倾斜角度，具有较大的散热体积，可以承受较高电压的加速电子；透射式靶是很薄的一层薄膜，靶面与入射电子束垂直，可以获得更小的焦点尺寸和更大的辐射角度。

图1. X光管反射靶示意图

   图2. X光管透射靶示意图