材料現(xiàn)代分析技術(shù)

上篇2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院參考書：李樹棠主編，金屬X射線衍射與電子顯微分析技術(shù)，冶金工業(yè)出版社周玉、武高輝編，材料分析測試技術(shù)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社范雄.X射線金屬學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社常鐵軍，祁欣主編。材料近代分析測試方法（再版）哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社2002李樹棠主編，金屬X射線衍射基礎(chǔ)，冶金工業(yè)出版社2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院參考書：談?dòng)鹾局揖帲牧涎芯糠椒C(jī)械工業(yè)出版社2003周玉武高輝編材料分析測試技術(shù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社2000年第二版周玉材料分析方法（第2版），北京機(jī)械工業(yè)出版社2004張銳主編現(xiàn)代材料分析方法，化學(xué)工業(yè)出版社，2007張慶軍主編材料現(xiàn)代分析測試實(shí)驗(yàn)，化學(xué)工業(yè)出版社，20062023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院第一篇X射線衍射分析技術(shù)2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院目錄第一章.X射線基本特性第二章.

晶體學(xué)基本理論第三章.X射線運(yùn)動(dòng)學(xué)衍射理論第四章.X射線衍射方法第五章.多晶體的物相分析2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院第一章X射線基本特性

1.1X射線的本質(zhì)及特性1.2X射線的產(chǎn)生1.3X射線的分類1.4X射線與物質(zhì)的相互作用1.5安全防護(hù)2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院X射線的發(fā)現(xiàn)2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院本質(zhì)：電磁波或電磁輻射

具有波粒二相性X射線波長范圍：0.001-10nm1.1X射線的本質(zhì)及特性

：0.05-0.25nm衍射分析(晶體結(jié)構(gòu)分析)

：0.005-0.1nm材料探傷2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院X射線的本質(zhì)：1-10nm醫(yī)學(xué)X射線:波長在10-8到10-12米范圍內(nèi)，具有極強(qiáng)穿透能力的電磁波。2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院1.1X射線的本質(zhì)及特性

不可見，沿直線傳播不帶電荷，經(jīng)過電、磁場時(shí)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)具有干涉、漫反射等現(xiàn)象使照相膠片感光，使氣體電離能產(chǎn)生生物效應(yīng)，殺傷有生命的細(xì)胞穿過物質(zhì)時(shí)可以被吸收而使其強(qiáng)度衰減2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院

圖.日本理學(xué)D/max2200PC型X射線衍射儀2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院1.2X射線的產(chǎn)生X光管結(jié)構(gòu)示意圖2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院X射線管

2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院1.2X射線的產(chǎn)生陰極：

發(fā)射電子的地方，由繞成螺線形的鎢絲制成陽極（靶）：

使電子突然減速和發(fā)射X射線的地方陽極靶、焦點(diǎn)、鈹窗口、陰極燈絲電流2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院焦點(diǎn)：陽極靶面被電子束轟擊的區(qū)域鈹窗口：X射線從陽極靶向外射出的地方1.2X射線的產(chǎn)生2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院1.2X射線的產(chǎn)生管電壓：施加在X射線管陰極和陽極之間的高壓管電流：X射線管陰極和陽極之間高速定向運(yùn)動(dòng)的電子流2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院1.3X射線的分類連續(xù)X射線譜特征X射線譜2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院連續(xù)X射線譜由從λ0開始，直到波長等于λ

的一系列波所構(gòu)成---連續(xù)X射線譜2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院短波限λ0光子具有的最高能量對應(yīng)的最短波長2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院短波限

短波限λ0：連續(xù)X射線譜在短波方向有一個(gè)波長極限。是由電子一次碰撞就耗盡能量所產(chǎn)生的X射線。只與管電壓有關(guān)，不受其它因素的影響。相互關(guān)系為：式中e—電子電荷，等于（庫侖）V—管電壓h—普朗克常數(shù)，等于或者2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院特點(diǎn)

1）強(qiáng)度隨波長而連續(xù)變化，每條曲線都對應(yīng)有一個(gè)最短的波長（短波限λ0）和一個(gè)強(qiáng)度的最大值。最大值一般在1.5λ0地方。2）λ0只與管壓有關(guān)，與管流和靶材無關(guān)。λ0=1.24/V(nm)，隨著管壓的增大，λ0向短波方向移動(dòng)。2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院特點(diǎn)3）連續(xù)X射線的強(qiáng)度不僅與管壓有關(guān)，還與管流和靶材有關(guān)：

I連=KiZV2式中:i----電流強(qiáng)度，Z----靶材的原子序數(shù)，K------常數(shù)，（1.1~1.5）*10-9當(dāng)需要連續(xù)X射線時(shí)，一般采用重元素的靶能得到較強(qiáng)的連續(xù)X射線。X射線管的效率:η=連續(xù)X射線的總強(qiáng)度/X射線管的功率=KiZV2/iV=KZV當(dāng)用鎢靶（Z=74），管壓為100KV,η≈1%2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院連續(xù)X射線產(chǎn)生機(jī)理按量子理論，當(dāng)高速的電子撞擊靶中的原子時(shí)，電子失去自己的能量，其中大部分轉(zhuǎn)化為熱能，一部分以光子（X射線）的形式幅射出。光子的能量為h?，由于單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)靶表面的電子數(shù)量很多，各個(gè)電子的能量各不相同，產(chǎn)生的X射線的波長也就不同，故產(chǎn)生連續(xù)的X射線譜。2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院試計(jì)算用50千伏操作時(shí)，X射線管中的電子在撞擊靶時(shí)的速度和動(dòng)能，所發(fā)射的X射線短波限為多少？2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院特征X射線譜：

具有一定波長的若干特強(qiáng)的X射線疊加在強(qiáng)度連續(xù)光滑變化的連續(xù)X射線譜上特征K

、K

X射線2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院K系激發(fā)：K層電子被激出的過程K系輻射：外層電子躍遷到K層上所輻射出的特征X射線K

、K

譜線：電子由LK，MK所引起的K系輻射特征K

、K

X射線產(chǎn)生的機(jī)理：2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院按量子理論原子是由原子核及繞核運(yùn)動(dòng)的電子組成的，電子分布在不同能級(jí)的殼層(軌道)上，即，K、L、M、N、O、P等層，能量逐漸增高。兩相鄰層間的能量差依K、L、M、N……的次序減小。當(dāng)具有足夠能量的電子(大于或等于殼層電子的結(jié)合能)轟擊陽極靶時(shí)，會(huì)將陽極靶物質(zhì)中原子K層電子撞出，在K殼層中形成空位，使原子電離而處于激發(fā)態(tài)，按能量最低原理，L、M、N…層中的電子會(huì)躍入K層空位，為保持體系能量的平衡，在躍遷的同時(shí)，這些電子會(huì)將多余的能量以X射線光子的形式輻射出來，結(jié)果得到具有固定能量、固定頻率或固定波長的X射線。對于從L、M、N…殼層中的電子躍入K殼層空位時(shí)所釋放出的X射線分別稱為K

K

K

…譜線，共同構(gòu)成K系特征X射線。特征x射線的產(chǎn)生機(jī)理2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院K

比K

譜線波長長：注意：∨﹥M-K層上的能級(jí)差：KML-K層上的能級(jí)差：KL2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院注意：K

比K

譜線的強(qiáng)度高5倍左右電子由L-K層躍遷的幾率比由M-K層躍遷的幾率大5倍左右2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院注意：特征X射線產(chǎn)生存在一個(gè)臨界激發(fā)電壓WK：K層電子的逸出功VK：陰極電子擊出靶材原子K電子所需的臨界激發(fā)電壓在臨界條件下：2023/10/18上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料學(xué)院1.4X射線與物質(zhì)的相互作用1.4.1X射線的散射1.4.2X射線的衰減