1、 n第一章第一章 X射線衍射分析射線衍射分析n第二章第二章 電子顯微分析電子顯微分析n第三章第三章 熱分析熱分析n第四章第四章 振動光譜振動光譜n第第五章五章 光電子能譜分析光電子能譜分析n課程主要內容課程主要內容使用教材：使用教材：無機非金屬材料測試分析方法無機非金屬材料測試分析方法 楊南如主編，武漢工業大學出版社楊南如主編，武漢工業大學出版社n（1） 材料近代分析測試方法材料近代分析測試方法. 常鐵軍等常鐵軍等.哈爾濱工業大學出版社，哈爾濱工業大學出版社，2003n（2）材料分析測試技術）材料分析測試技術材料材料X射線衍射與電子顯微分析射線衍射與電子顯微分析. 周玉等周玉等. n 哈爾濱工

2、業大學出版社，哈爾濱工業大學出版社，1998n（3）材料現代分析方法）材料現代分析方法.左演聲等左演聲等.北京工業大學出版社，北京工業大學出版社，2003n（4）材料物理現代研究方法馬如璋等冶金工業出版社，）材料物理現代研究方法馬如璋等冶金工業出版社，1997n（5）非金屬礦產物相及性能測試與研究）非金屬礦產物相及性能測試與研究.萬樸等萬樸等.武漢工業大學出版武漢工業大學出版n 社，社，1992n（6）電子顯微分析，章曉中）電子顯微分析，章曉中.清華大學出版社，清華大學出版社，2006n（7）材料微觀結構的電子顯微學分析）材料微觀結構的電子顯微學分析, 黃孝瑛著黃孝瑛著. 冶金工業出版社冶金工

3、業出版社, n 2008參考資料參考資料 1.1 X射線物理基礎射線物理基礎 1895年德國物理學家倫琴（W.K.Rontyen）在研究陰極射線時發現高速運動的電子被物質（如高速運動的電子被物質（如陽極靶）阻止時，伴隨電子動能的陽極靶）阻止時，伴隨電子動能的消失與轉化，會產生一種新的射線，消失與轉化，會產生一種新的射線，并把它稱作為并把它稱作為X射線射線。 為紀念發現者，又稱之為“倫倫琴射線琴射線”。第第1章章 X射線衍射分析射線衍射分析n 倫琴的發現很快被醫學界作于診斷疾倫琴的發現很快被醫學界作于診斷疾病、探查體內異物。病、探查體內異物。 X射線在醫學診斷，射線在醫學診斷，金屬材料及機械零件

4、探傷等應用使得金屬材料及機械零件探傷等應用使得“X射線透視學射線透視學”迅速發展成為一門十分有用迅速發展成為一門十分有用的技術。的技術。n 1912年德國物理學家勞埃（年德國物理學家勞埃（M.V.Laue）發現了發現了X射線在晶體中的衍射現象，奠定射線在晶體中的衍射現象，奠定了了“X射線衍射學射線衍射學”（ X射線晶體學）的射線晶體學）的基礎，基礎， 推動了推動了20世紀世紀“晶體學晶體學”的發展。的發展。 在勞厄的建議下，索末菲的助在勞厄的建議下，索末菲的助教弗里德里希（教弗里德里希（Friedrich W，倫，倫琴教授的博士生），完成了五水合琴教授的博士生），完成了五水合硫酸銅（硫酸銅（C

5、uSO4 5H2O）晶體的第）晶體的第一個衍射圖。一個衍射圖。n 1921年，英國物理學家年，英國物理學家布拉格父子（布拉格父子（W.H.Bragg 和和 W.L.Bragg ）在勞厄發現的）在勞厄發現的基礎上，不僅成功地測定了基礎上，不僅成功地測定了NaCl、KCl等的晶體結構，等的晶體結構，并且和蘇聯物理學家烏利夫并且和蘇聯物理學家烏利夫提出了提出了X射線測定晶體結構射線測定晶體結構的著名公式的著名公式布拉格方程布拉格方程。n 第一臺第一臺X射線衍射儀是美國海軍研究室的射線衍射儀是美國海軍研究室的Friedman于于1945年設計發表的，隨后，年設計發表的，隨后，Philips公司在美國制

6、造銷售，公司在美國制造銷售，至今已經走過半個世紀的發展歷程。至今已經走過半個世紀的發展歷程。n 現在現在X射線衍射儀依然是十分具有活力的儀器，其應射線衍射儀依然是十分具有活力的儀器，其應用范圍早已走出科學研究的實驗室，滲透到廣泛的應用領用范圍早已走出科學研究的實驗室，滲透到廣泛的應用領域和眾多的行業，發展成為一種應用甚廣的、重要的分析域和眾多的行業，發展成為一種應用甚廣的、重要的分析儀器。儀器。X-radiationMicrowavesg g-radiationUVIRRadio waves10-6 10-3 1 103 106 109 1012Wavelength(nm)可見光可見光微波微波

7、無線電波無線電波 什么是什么是X光光（1）X-ray的強度與振幅相關：的強度與振幅相關：Intensity（強度）（強度） = |A|2，強度無方向。，強度無方向。（2）X-ray的能量與頻率或波長相關，的能量與頻率或波長相關，Plancks 定律定律:Energy/photon （能量（能量/光子）光子）= h = hc/ ，h = 6.63 10-34 Js（3）強度與能量的區別：強度指光子）強度與能量的區別：強度指光子數的多少，能量指每個光子所攜帶的能數的多少，能量指每個光子所攜帶的能量。量。 EAX光的強度和能量光的強度和能量（1）X光不折射，因為所有物質對光不折射，因為所有物質對X光

8、的折光指數都接光的折光指數都接 近近1。 因此無因此無X光透鏡或光透鏡或X光顯微鏡。光顯微鏡。（2） X光無反射。光無反射。（3）X光可為重元素所吸收，故可用于醫學造影。光可為重元素所吸收，故可用于醫學造影。X光與可見光的區別光與可見光的區別 1912年，勞厄（年，勞厄（M.V.Laue）等利用晶體作為產生等利用晶體作為產生X射線射線衍射的光柵，使衍射的光柵，使X射線產生衍射，證實了射線產生衍射，證實了X射線本質上射線本質上是一種電磁波。是一種電磁波。 通常，通常，X射線波長為射線波長為100.001nm。 X射線結構分析常用的波長約在射線結構分析常用的波長約在0.250.05nm之間；之間；

9、 X射線材料探傷常用的波長在射線材料探傷常用的波長在0.10.005nm之間。之間。一般波長短的一般波長短的X射線稱為硬射線稱為硬X射線，反之稱為軟射線，反之稱為軟X射線。射線。1.1 X射線的性質射線的性質 電磁波譜及其在分析技術中的應用電磁波譜及其在分析技術中的應用 X射線在空間傳播具有粒子性。射線在空間傳播具有粒子性。X射線是由大量以光速運射線是由大量以光速運動的粒子組成的不連續的粒子流。這些粒子叫光量子，動的粒子組成的不連續的粒子流。這些粒子叫光量子，每個光量子具有能量每個光量子具有能量: = hv 或或 = hc/ 式中，式中，h是普朗克常數，是普朗克常數，v和和 分別為分別為X射線

10、的頻率和波長。射線的頻率和波長。 每個光量子的能量每個光量子的能量hv是是X射線的最小能量單位。對不同射線的最小能量單位。對不同頻率頻率 v 或波長或波長 的的X射線，光量子的能量是不同的。射線，光量子的能量是不同的。 波動性與粒子性是波動性與粒子性是X射線具有的客觀屬性射線具有的客觀屬性。n當光量子和原子或電子交換能量時，只能一份一份地以當光量子和原子或電子交換能量時，只能一份一份地以最小能量單位被原子或電子吸收。最小能量單位被原子或電子吸收。n此外，此外，X射線具有很強的穿透物質的能力，經過電場和射線具有很強的穿透物質的能力，經過電場和磁場時不發生偏轉，但當穿過物質時磁場時不發生偏轉，但當

11、穿過物質時X射線可被偏振化，射線可被偏振化，可被吸收而使強度減弱，它能使空氣或其他氣體電離，可被吸收而使強度減弱，它能使空氣或其他氣體電離，能激發熒光效應，使照相片感光，并能殺死生物細胞與能激發熒光效應，使照相片感光，并能殺死生物細胞與組織。組織。n由于由于X射線具有上述特性，使它成為研究晶體結構，進行射線具有上述特性，使它成為研究晶體結構，進行元素分析，以及醫療透射照相和工業探傷等多方面問題元素分析，以及醫療透射照相和工業探傷等多方面問題的有力工具。的有力工具。1.2 X射線的獲得射線的獲得 獲得獲得X射線必須具備的條件：射線必須具備的條件： 產生自由電子的電子源，如加熱鎢絲發射熱電子；產生

12、自由電子的電子源，如加熱鎢絲發射熱電子； 設置自由電子轟擊靶，如陽極靶，用以產生設置自由電子轟擊靶，如陽極靶，用以產生X射線；射線； 施加在陰極和陽極之間的高壓，用以加速自由電子朝陽極施加在陰極和陽極之間的高壓，用以加速自由電子朝陽極靶方向加速運動，如高壓發生器；靶方向加速運動，如高壓發生器； 將陰陽極封閉在將陰陽極封閉在10-3Pa以上的高真空中，保持兩極純潔，以上的高真空中，保持兩極純潔，促使加速電子無阻地轟擊到陽極靶上。促使加速電子無阻地轟擊到陽極靶上。 X射線發生裝置的基本原理射線發生裝置的基本原理 1.3 X射線譜射線譜nX射線譜指的是射線譜指的是X射線強度射線強度 I 隨波長隨波長

13、 變化的關系曲線。變化的關系曲線。nX射線強度（射線強度（I）:單位時間內通過與單位時間內通過與X射線傳播方向垂直的射線傳播方向垂直的單位面積上的光量子數。單位面積上的光量子數。nX射線譜分為兩類：射線譜分為兩類： 連續連續X射線譜；射線譜；n 特征特征X射線譜。射線譜。 1.3.1 連續連續X射線譜射線譜n 連續連續X射線是高速運動的電子被陽極靶突然阻止射線是高速運動的電子被陽極靶突然阻止而產生的。而產生的。n 它由某一短波限它由某一短波限 0開始直到波長等于無窮大開始直到波長等于無窮大 的的一系列波長組成。一系列波長組成。 增加管壓，各波長增加管壓，各波長X射線射線相對強度一致增高，最大強

14、相對強度一致增高，最大強度對應的波長度對應的波長 m和短波限和短波限 0變小。變小。 連續連續X射線譜的實驗規律射線譜的實驗規律 管壓保持恒定、增加管流管壓保持恒定、增加管流時，各波長時，各波長X射線相對強度射線相對強度一致增高，但一致增高，但 m和和 0數值大數值大小不變。小不變。Ii1i2i3管流管流 i3 i2 i1 改變陽極靶時，各波長改變陽極靶時，各波長的相對強度隨靶材原子序的相對強度隨靶材原子序數增加而增加。數增加而增加。IMoAgW不同陽極不同陽極電動力學和量子力學的解釋電動力學和量子力學的解釋 根據量子力學觀點，能量為根據量子力學觀點，能量為eV的電子和陽極靶碰撞時產生光的電子

15、和陽極靶碰撞時產生光子，從數值上看光子的能量應該子，從數值上看光子的能量應該小于或最多等于電子的能量。小于或最多等于電子的能量。 因此，光子能量有一頻率上因此，光子能量有一頻率上限限 vm或短波限或短波限 0。電子能量與光子能量相對應，可以表示為電子能量與光子能量相對應，可以表示為 eV = hvm = hc/ 0 ， 則則 0 = hc/(eV) =1.24/V (nm) 式中，式中，e為電子的電荷，為電子的電荷，V為加在為加在X射線管兩極上的射線管兩極上的電壓；電壓；h為普朗克常數；為普朗克常數；c為光子在真空中的傳播速為光子在真空中的傳播速度，即連續度，即連續X射線譜有短波限射線譜有短波

16、限 0存在，且與電壓成存在，且與電壓成反比反比。n 由于大量電子轟擊陽極靶的時間和條件不完全相同，由于大量電子轟擊陽極靶的時間和條件不完全相同，一個電子有時要經過幾次碰撞才能轉換成光量子，或者一一個電子有時要經過幾次碰撞才能轉換成光量子，或者一個電子轉換為幾個光量子，因此，輻射出的電磁波具有各個電子轉換為幾個光量子，因此，輻射出的電磁波具有各種不同的波長（種不同的波長（ 0），），形成了連續形成了連續X射線譜。射線譜。n 庫倫坎普弗（庫倫坎普弗（Kulenkampff）綜合各種連續綜合各種連續X射線射線強度分布的實驗結果，得出一個連續強度分布的實驗結果，得出一個連續X射線的總強度經射線的總強度

17、經驗公式，并對此式積分得驗公式，并對此式積分得 n I連連 = n式中，式中，K為常數，實驗測得為常數，實驗測得K =1.1-1.510-9。n 由上說明，連續譜的總強度與管電流強度由上說明，連續譜的總強度與管電流強度I、靶的靶的原子序數原子序數 Z 以及管電壓以及管電壓V 的平方成正比。的平方成正比。02KIZVdIn X射線管的效率射線管的效率 定義為定義為X射線強度與射線強度與X射線管功射線管功率的比值，即率的比值，即n (1-6)n因此，當用鎢陽極管因此，當用鎢陽極管Z = 74，管電壓為管電壓為l00kV時，時，X射射線管的效率為線管的效率為l %或者更低。或者更低。KZVIVKZI

18、V2n 由于由于X射線管中電子的能量絕大部分在和陽極靶碰撞時產射線管中電子的能量絕大部分在和陽極靶碰撞時產生熱能而損失，只有極少部分能量轉化為生熱能而損失，只有極少部分能量轉化為X射線能。所以射線能。所以X射射線管工作時必須以冷卻水沖刷陽極，達到冷卻陽極的目的。線管工作時必須以冷卻水沖刷陽極，達到冷卻陽極的目的。1.3.2 標識（特征）標識（特征）X射線譜射線譜n 對一定元素的靶，當管壓小于某一限度時，只激發連對一定元素的靶，當管壓小于某一限度時，只激發連續譜，隨著管壓的增高，射線譜曲線只向短波方向移動，續譜，隨著管壓的增高，射線譜曲線只向短波方向移動，總強度增高，總強度增高，本質上無變化本質

19、上無變化。n 但當管電壓超過某一臨界值但當管電壓超過某一臨界值V激激后（如對銅靶超過后（如對銅靶超過20kV），），強度分布曲線將產生顯著的變化，即在連續強度分布曲線將產生顯著的變化，即在連續X射射線譜某幾個特定波長的地方，強度突然顯著地增大。由于線譜某幾個特定波長的地方，強度突然顯著地增大。由于它們的波長反映了靶材料的特征，因此稱之為它們的波長反映了靶材料的特征，因此稱之為特征特征X射線射線。 圖圖1-3中兩個強度特別高的窄峰稱中兩個強度特別高的窄峰稱為鉬的為鉬的K系系X射線，波長為射線，波長為0.063nm的的是是K射線，波長為射線，波長為0.071nm的是的是K射線。射線。 K線又分為線

20、又分為K1和和K2兩條線，其波兩條線，其波長相差為長相差為0.0004 nm，K1和和K2射線的射線的強度比約為強度比約為2: l，而而K和和K的強度比約的強度比約為為5: l。 在通常的在通常的X射線衍射工作中，一般均采用強而窄的射線衍射工作中，一般均采用強而窄的K譜線，如管電壓約為譜線，如管電壓約為30kV時，時，CuK譜線的強度約為譜線的強度約為連續 譜 及 鄰 近 射 線 強 度 的連續 譜 及 鄰 近 射 線 強 度 的 90倍 ， 而 且 半 高 寬 度倍 ， 而 且 半 高 寬 度0.000lnm。 繼續提高管電壓時，圖中各繼續提高管電壓時，圖中各特征特征X射線的強度不斷增射線的

21、強度不斷增高，但其波長不變高，但其波長不變。 實驗證明：實驗證明： 陽極靶元素的特征譜按照陽極靶元素的特征譜按照波長增加波長增加的次序分為的次序分為K、L、M、等若干譜系，每個譜線系又分若干亞系。等若干譜系，每個譜線系又分若干亞系。 例如：例如：K系內每一條譜線按波長減小的次序分別稱之為系內每一條譜線按波長減小的次序分別稱之為K，K，K，等譜線。等譜線。 每一譜線對應一定的激發電壓，只有當管電壓超每一譜線對應一定的激發電壓，只有當管電壓超過激發電壓時才能產生該靶元素的特征譜線，且過激發電壓時才能產生該靶元素的特征譜線，且靶的靶的原子序數越大其激發電壓越高原子序數越大其激發電壓越高。特征特征X射

22、線波長取決于陽極靶的原子序數射線波長取決于陽極靶的原子序數 在原子內固定殼層上的在原子內固定殼層上的電子具有特定能量。當外加電子具有特定能量。當外加能量足夠大時，可將內層電能量足夠大時，可將內層電子激發出去，形成一個內層子激發出去，形成一個內層空位。外殼層的電子躍遷到空位。外殼層的電子躍遷到內層，多余的能量以內層，多余的能量以X射線射線形式放出。形式放出。 不同陽極靶元素的原子序數與特征譜波長之間的關系由莫塞不同陽極靶元素的原子序數與特征譜波長之間的關系由莫塞萊（萊（Mosley）定律確定定律確定 (1-11) 式中，式中， K 為特征譜線的波長，為特征譜線的波長，K 和和均為常數。均為常數。

23、Z 為陽極物質為陽極物質的原子序數。上述實驗規律可用電子與原子相互作用時原子內的原子序數。上述實驗規律可用電子與原子相互作用時原子內部能態的變化來解釋。部能態的變化來解釋。ZR134KKcZ1KKn每個特征譜線都對應一個特定的波長，不同陽極靶元素每個特征譜線都對應一個特定的波長，不同陽極靶元素的特征譜波長不同。的特征譜波長不同。n 如管電流如管電流 I 與管電壓與管電壓 V 的增加只能增強特征的增加只能增強特征X射線的射線的強度強度 I特特 ，而不改變波長。，而不改變波長。 I特特 的變化規律為的變化規律為n I特特 = cI(V-V激激)n (1-12)n式中，式中，c為比例常數；為比例常數

24、；V激激為陽極靶元素特征為陽極靶元素特征X射線激發電射線激發電壓；壓；n值對值對K系譜線取系譜線取 l.5，對對L系取系取 2。n 為提高峰背比，通常為提高峰背比，通常X射線的工作電壓應為激發電射線的工作電壓應為激發電壓的壓的35倍。倍。n 當使用單色器時，則可不遵守此原則。當使用單色器時，則可不遵守此原則。1.4 X射線與物質的相互作用射線與物質的相互作用n（1） 相干（經典）散射相干（經典）散射n X射線是一種電磁波，當它通過物質時，在入射電場射線是一種電磁波，當它通過物質時，在入射電場的作用下，物質原子中的電子將被迫圍繞其平衡位置振動，的作用下，物質原子中的電子將被迫圍繞其平衡位置振動，

25、同時向四周輻射出與入射同時向四周輻射出與入射X射線波長相同的散射射線波長相同的散射X射線，稱射線，稱之為之為經典散射經典散射。n 由于散射波與入射波的頻率或波長相同，在同一方向由于散射波與入射波的頻率或波長相同，在同一方向上各散射波符合相干條件，又稱為上各散射波符合相干條件，又稱為相干散射相干散射。n1.4.1 散射現象散射現象n 按電動力學理論，當一束非偏振的按電動力學理論，當一束非偏振的X射線照射到質量射線照射到質量為為m、電荷為電荷為e 的電子上時，在與入射線呈的電子上時，在與入射線呈2 角度方向上角度方向上距離為距離為R處的某點，由電子引起的散射處的某點，由電子引起的散射X射線強度為：

26、射線強度為：n n即湯姆遜（湯姆遜（Thomson）公式。公式。 22cos122cos1220242240RrIcmReIIeen湯姆遜（湯姆遜（Thomson）公式公式n表示表示一個電子散射一個電子散射X射線的強度射線的強度。n式中式中 ，稱為經典電子半徑；，稱為經典電子半徑； 稱為稱為極極化因子或偏振因子化因子或偏振因子，它反映入射波的，它反映入射波的偏振化程度偏振化程度。22mcere22cos12 22cos122cos1220242240RrIcmReIIee在各方向上散射波的強度不同，在在各方向上散射波的強度不同，在2 = 0 處即入射方向處即入射方向上強度最強，而在入射線垂直方

27、向上強度最強，而在入射線垂直方向2 = 90處強度最弱。處強度最弱。散射波的強度與入射波頻率無關。散射波的強度與入射波頻率無關。散射強度與散射強度與R 2成反比，如成反比，如R = l cm，散射波的強度僅為原散射波的強度僅為原強度的強度的10-26，這表明實測散射強度只能是大量電子散射，這表明實測散射強度只能是大量電子散射波干涉的結果。波干涉的結果。 散射強度與電子的質量平方的倒數成正比，可見，原子核散射強度與電子的質量平方的倒數成正比，可見，原子核引起的散射強度要弱得多，可以忽略不計。引起的散射強度要弱得多，可以忽略不計。l由湯姆遜（湯姆遜（Thomson）公式公式可見： 一個原子散射波應

28、該是原子中各個電子散射波合成的結一個原子散射波應該是原子中各個電子散射波合成的結果果。 因此晶體中散射的基本單元是電子，因此晶體中散射的基本單元是電子，X射線在空間散射線在空間散射強度的分布直接反映了電子在空間的分布。射強度的分布直接反映了電子在空間的分布。結論結論n（2）非相干散射）非相干散射n 當當X射線光量子沖擊束縛較松的電子或自由電子，會產生射線光量子沖擊束縛較松的電子或自由電子，會產生一種反沖電子，一種反沖電子，X射線光子離開原來方向，能量減小，波長增射線光子離開原來方向，能量減小，波長增加。這種散射現象稱為加。這種散射現象稱為非相干散射非相干散射。n 非相干散射非相干散射是康普頓（

29、是康普頓（A.H.Compton）和我國物理學家吳）和我國物理學家吳有訓等人發現的，亦稱康普頓效應或康普頓有訓等人發現的，亦稱康普頓效應或康普頓 - 吳有訓散射。吳有訓散射。n 非相干散射突出地表現出非相干散射突出地表現出X射線的微粒特性，只能用量子射線的微粒特性，只能用量子理論來描述，亦稱理論來描述，亦稱量子散射量子散射。n 非相干散射波分布在各個方向上，強度很低且隨非相干散射波分布在各個方向上，強度很低且隨sin / 的增加而增大，它隨著入射的增加而增大，它隨著入射X射線的波長變短、射線的波長變短、散射角散射角 的增大而增強。的增大而增強。n 非相干散射不能參與衍射，也無法避免產生，從而非

30、相干散射不能參與衍射，也無法避免產生，從而使衍射圖像背景底變黑，給衍射工作帶來不利影響，特使衍射圖像背景底變黑，給衍射工作帶來不利影響，特別對輕元素。別對輕元素。n（3）散射系數）散射系數n 為了衡量物質對為了衡量物質對X射線的散射能力，定義單位質量的物質射線的散射能力，定義單位質量的物質對對X射線的散射為質量散射系數：射線的散射為質量散射系數：n n其中其中Z和和A為散射體的原子序數和原子量，為散射體的原子序數和原子量，N為阿伏加德羅常數，為阿伏加德羅常數，c為光速，為光速，m和和e為電子的質量和電荷。為電子的質量和電荷。由于上式推導中忽略了由于上式推導中忽略了電子之間、電子與原子核之間的相

31、互作用，對于重元素（如：電子之間、電子與原子核之間的相互作用，對于重元素（如：Au、Ag等）實測值比理論值大幾倍或十幾倍。等）實測值比理論值大幾倍或十幾倍。AcmZeNm42438n 當當X射線光量子具有足夠高的能量時，可以將被照射線光量子具有足夠高的能量時，可以將被照射物質原子中內層電子激發出來，使原子處于激發狀態，射物質原子中內層電子激發出來，使原子處于激發狀態，通過原子中殼層上的電子躍遷，輻射出通過原子中殼層上的電子躍遷，輻射出X射線特征譜線。射線特征譜線。 n 這種利用這種利用X射線激發作用而產生的新的特征譜線叫做射線激發作用而產生的新的特征譜線叫做二次特征輻射，也稱為熒光輻射。二次特

32、征輻射，也稱為熒光輻射。n1.4.2 二次特征輻射二次特征輻射二次特征輻射的產生條件二次特征輻射的產生條件n 入射入射X射線光量子的能量射線光量子的能量 hv 必須等于或大于將此原子必須等于或大于將此原子某一殼層的電子激發出所需要的脫出功。某一殼層的電子激發出所需要的脫出功。n 激發激發K系熒光輻射的入射系熒光輻射的入射X射線光量子的能量最小值射線光量子的能量最小值為為hvk = hc/ keVk或者波長必須滿足或者波長必須滿足n k (nm) (1-12)n式中，式中，Vk為為 K 系輻射的激發電壓；系輻射的激發電壓； k為產生為產生 K 系激發的系激發的最長波長，稱為最長波長，稱為 K 系

33、熒光輻射的激發限。系熒光輻射的激發限。n 對對 L、M 等系也有類似情況。等系也有類似情況。kV24. 1n 當激發二次特征輻射時，原入射當激發二次特征輻射時，原入射X射線光量子的能量射線光量子的能量被激發出的電子所吸收，而轉變為電子的動能，使電子逸被激發出的電子所吸收，而轉變為電子的動能，使電子逸出原子之外，這種電子稱為光電子，也稱為光電效應。此出原子之外，這種電子稱為光電子，也稱為光電效應。此時，物質將大量吸收入射時，物質將大量吸收入射X射線的能量，使原射線的能量，使原X射線強度射線強度明顯減弱。明顯減弱。n 二次特征輻射造成衍射圖像漫散背底增強，在選靶時二次特征輻射造成衍射圖像漫散背底增

34、強，在選靶時要注意避免。要注意避免。 1.4.3 光電吸收（效應）光電吸收（效應）n 原子中一個原子中一個K層電子被激發出以后，層電子被激發出以后，L層的一個電層的一個電子躍入子躍入K層填補電子空位，釋放的能量不是以輻射光量層填補電子空位，釋放的能量不是以輻射光量子能量輻射出來，而是促使子能量輻射出來，而是促使L層的另一個電子跳到原子層的另一個電子跳到原子之外，即之外，即K層的一個電子空位被層的一個電子空位被L層的兩個空位所代替，層的兩個空位所代替，此過程稱為俄歇此過程稱為俄歇(Auger)效應。效應。n1.3.4 俄歇俄歇(Auger)效應效應1、強度衰減規律、強度衰減規律 X射線穿過物質時

35、，其強度要衰減。射線穿過物質時，其強度要衰減。 (1-16) I0為入射為入射X射線強度，射線強度，I為穿透過厚度為為穿透過厚度為x的物質的的物質的X射線強度，射線強度，l為線衰減系數。為線衰減系數。xleII01.5 X射線的吸收及其應用射線的吸收及其應用線吸收系數線吸收系數l的物理意義：的物理意義：X射線通過射線通過1立方厘米物質時立方厘米物質時強度的相對衰減量。強度的相對衰減量。質量吸收系數質量吸收系數m的物理意義：為每克物質引起的相對衰的物理意義：為每克物質引起的相對衰減量。減量。 m = l / (1-17)吸收系數的物理意義吸收系數的物理意義n 質量吸收系數在很大程度上取決于物質的

36、化學成分質量吸收系數在很大程度上取決于物質的化學成分和被吸收的入射線波長。和被吸收的入射線波長。n 假定物質是由單一元素組成的，則假定物質是由單一元素組成的，則m與其原子序數與其原子序數Z及及X射線波長射線波長 有明顯的關系。有明顯的關系。n 實驗表明，實驗表明， m值大致與波長值大致與波長 的三次方及元素原子的三次方及元素原子序數序數Z的三次方成正比的三次方成正比n m ( Z)3 (1-18)n 對對X射線衰減的研究表明，由于散射引起的衰減和由射線衰減的研究表明，由于散射引起的衰減和由于激發電子及熱振動等引起的真吸收遵循著不同的規律，于激發電子及熱振動等引起的真吸收遵循著不同的規律，即真吸

37、收部分隨即真吸收部分隨X射線波長和物質元素的原子序數而顯著射線波長和物質元素的原子序數而顯著地變化，散射部分則幾乎和波長及元素的原子序數無關。地變化，散射部分則幾乎和波長及元素的原子序數無關。n 一般情況吸收系數遠遠超過散射系數，散射可以忽略一般情況吸收系數遠遠超過散射系數，散射可以忽略不計不計 。 X射線的衰減是受到了組成該物質的各種元素的影響，射線的衰減是受到了組成該物質的各種元素的影響，由被照射物質原子本身的性質決定，而與這些原子間的結合由被照射物質原子本身的性質決定，而與這些原子間的結合方式無關。方式無關。 多種元素組成物質的質量吸收系數由多種元素組成物質的質量吸收系數由 (1-19) 決定，決定，( l/ )i為第為第 i 種元素的質量吸收系數；種元素的質量吸收系數；Wi 為各元素的質為各元素的質量分數（量分數（%）；）；N 表示該物質是由表示該物質是由 N 種元素組成的。種元素組成的。 iNiilmW1/n 當波長減小到當波長減小到 K時，質量吸收系數時，質量吸收