1、第一篇材料第一篇材料X射線衍射分析射線衍射分析第一章第一章 X射線物理學基礎射線物理學基礎 X射線的性質射線的性質 X X射線的產生及射線的產生及X X射線譜射線譜 X射線與物質的相互作用射線與物質的相互作用 1. 1X射線的性質射線的性質 一、射線的本質一、射線的本質-電磁波電磁波 1. 波長波長 介于紫外線、射線之間,0.001-10nm或0.01- 100A0-晶體衍射: 0.52.5 A0,金屬無損探傷:0.05-1 A0.短波長-硬X射線,反之-軟X射線.二、二、 X射線的性質射線的性質 1. 不可見、強穿透性不可見、強穿透性 2. 波粒二象性波粒二象性波動性波動性:一定的波長或頻率

2、在空間以光速直線傳播.= c/.粒子性粒子性(微粒性微粒性): X射線是由大量以光速運動、且不連續的的粒子(光子)流組成,每個光子的能量為：=h c/ .(h:普朗克常數6.6251034J.S.)X射線強度射線強度:單位時間通過垂直X射線傳播方向的單位面積的光子能量總和. I= n. A02 (n:單位時間穿過單位面積的光子數)1.21.2X X射線的產生及射線的產生及X X射線譜射線譜一、射線的產生及一、射線的產生及X X射線管射線管 1. X1. X射線管構造射線管構造 2.2.特殊結構的特殊結構的X射線管介紹射線管介紹 X射線管功率愈大, X射線強度愈大,分析精度愈高.但99%ev熱能

3、靶座不易散出,故固定靶管功率不能無限提高(Wmax=3KW). (1) 旋轉陽極旋轉陽極X射線管射線管: 陽極靶以(2000-10000r/h)旋轉, Wmax可提高.(2) 細聚集細聚集X射線管射線管: 陰、陽極間加靜電透鏡或磁透鏡,使電子束聚集,焦斑尺寸下降, X射線截面減小,在單位時間射出的光子數不變時, X射線管強度提高.二、二、 X射線譜射線譜 儀器檢測儀器檢測X X射線管發出的射線管發出的X X射線波長及其強度射線波長及其強度, ,得得到到-I-I譜線譜線. .即即X X射線強度隨波長而變化的關系曲線射線強度隨波長而變化的關系曲線. . 陽極靶發射出來的陽極靶發射出來的X射線由兩部

4、分組成：射線由兩部分組成： 連續連續X射線譜射線譜： 從某一短波限。開始，直至波長等于無窮大的一系列波長。 特征特征X射線：射線： 具有一定波長的特強X射線，疊加于連續X射線譜上。一一.連續連續X射線譜射線譜(多色多色X射線射線) 二特征（標積、單色）二特征（標積、單色）X射線譜射線譜 1定義定義：當管電壓達到陽極材料某特征UK時，在某特定波長范圍處，產生的強度特別大的譜線。此波長反映了陽極靶的特性，與U、I無關，僅取決于陽極靶Z. 2.2.產生機理：產生機理： h=wn2 - - wn1= (- - En2)-(-(-En1 ) =En1 -E-En2n2原子n殼層電子能量 En= me4(

5、Z)2/80h2n2. . 當(n2殼層n1殼層躍遷),輻射的特征X射線能量為: 莫塞萊定律莫塞萊定律: h=En1En2 = 212222204118nnzhme= = = 121223204118nnchmezZK2= 注：注：特征特征X射線波長取決于陽極射線波長取決于陽極Z、何激發、何激發 態、原子躍遷層態、原子躍遷層 3.特征特征X射線譜的類型射線譜的類型 K系系: LK, K 其中： LK1 ，LK2 K1K2, IK1=2IK2 3221KK K= M MK, K。 K K IK=5IKL L系：系：MLML，；，；NLNL，等，等4特征特征X射線譜強度射線譜強度 mnUUiKI3

6、特 :陽極原子n層的特征激發電壓。m常數(K系，m=1.5,L系，m=2). 注：多晶衍射分析利用K系特征X射線譜，連續X射線譜產生背影。希望。當=3-5時，獲最大值。 nU1.3 X射線與物質的相互作用射線與物質的相互作用 X射線與物質相遇射線與物質相遇,發生透射、吸收、散射發生透射、吸收、散射.因吸因吸收、散射使穿過物質的收、散射使穿過物質的X射線強度減弱射線強度減弱. 1.3.1 X射線與物質的相互作用射線與物質的相互作用 一一. X射線的散射射線的散射相干散射相干散射-衍射基礎衍射基礎X射線與物質原子內層電子相撞射線與物質原子內層電子相撞,入射光子的能量入射光子的能量全部轉給相撞電子全

7、部轉給相撞電子,在在X射線電場作用下射線電場作用下,產生強迫產生強迫振動振動,電子電子成為新電磁波源成為新電磁波源,向四周輻射與入射光子向四周輻射與入射光子等波長的電磁波等波長的電磁波. 由于電子間間距恒定由于電子間間距恒定,即同一方向即同一方向各電子輻射的等波長各電子輻射的等波長X射線位相差恒定射線位相差恒定.這樣在任這樣在任一方向一方向,各電子輻射的各電子輻射的X射線符合光學干涉條件射線符合光學干涉條件.在在一些方向干涉波相互減弱一些方向干涉波相互減弱 ，或抵消或抵消,有些方向相互有些方向相互加強加強.當入射當入射X射線為非偏振時射線為非偏振時,在離電子在離電子R的空間的空間P點處點處,一

8、個電子的相干散射一個電子的相干散射X射線強度為射線強度為： 1. 1. 其中： 一個電子的散射因數( 2=7.941030m2). -偏振因子. 時, 1, 可見相干散射使透射強度減弱. 2122cos142202222020COSRIfmeuRIIeeefef2cos12000IIe二、二、X射線的真吸收射線的真吸收 1.光電效應光電效應. 當入射光子的能量等于或大于碰撞體原子某殼層電子的結合能時,光子被電子吸收,獲得能量的電子從內層溢出,成為自由電子,即光電子,高能量層電子填補激發態空位,能量差以X射線形式輻射,稱為熒光或二次標識X射線,該現象稱為光電效應. 產生條件產生條件-入射入射X射

9、線的波長要求（短射線的波長要求（短波限）波限）： )(24. 1nmVeVhcKKK2.俄歇效應俄歇效應 高能量層電子填補激發態空位,能量差被空位層鄰近電子或較外層電子吸收，使該電子受激發逸出原子成為自由電子，即俄歇電子。 光電子發射 熒光射線 俄歇效應三三X射線的衰減規律射線的衰減規律 X射線通過物質時，因散射、光電俄歇效應、熱效應，使沿入射線方向強度減弱。 XlXXduIdItuleII0tumeII01.3.21.3.2吸收限的應用吸收限的應用 一、濾波片的選擇一、濾波片的選擇 作用：濾去作用：濾去 線線濾波材料濾波材料k:k: KKK且 盡量靠近 KK K濾波片厚度濾波片厚度: :KKII