X射線與物質(zhì)的相互作用

1、燃料耗盡而塌坍的脈燃料耗盡而塌坍的脈沖星沖星“PSR B1509-58” 其釋放的美麗其釋放的美麗X射線射線星云的直徑長(zhǎng)達(dá)星云的直徑長(zhǎng)達(dá)150光年。光年?！坝钪嬷钟钪嬷帧鄙煜蚬饷⑸煜蚬饷?天體天體GRO J1655-40可能是一個(gè)可能是一個(gè)正在快速旋正在快速旋轉(zhuǎn)的黑洞轉(zhuǎn)的黑洞 美國(guó)宇航局快速號(hào)人美國(guó)宇航局快速號(hào)人造衛(wèi)星觀測(cè)到的發(fā)生造衛(wèi)星觀測(cè)到的發(fā)生在在130億年前的爆炸。億年前的爆炸。宇宙創(chuàng)始之后將近九宇宙創(chuàng)始之后將近九億年，迄今為止人們億年，迄今為止人們所觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的所觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的星體爆炸。星體爆炸。錢(qián)德拉太空望遠(yuǎn)鏡錢(qián)德拉太空望遠(yuǎn)鏡1.1 X射線的物理基礎(chǔ)射線的物理基礎(chǔ)一、一、X

2、射線學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史射線學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史倫琴W.K.RntgenW.K.Rntgen（1845-19231845-1923）1895年發(fā)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn)X射線射線 1910年第一張諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年第一張諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1912年勞厄：勞埃方程年勞厄：勞埃方程1914年獲諾貝爾獎(jiǎng)年獲諾貝爾獎(jiǎng)1913年布拉格父子：布拉格方程年布拉格父子：布拉格方程1915年獲諾貝爾獎(jiǎng)年獲諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)時(shí) 間間 人人 物物內(nèi)內(nèi) 容容1913年年Coolige（庫(kù)利）（庫(kù)利）發(fā)明熱陰極發(fā)明熱陰極X射線管射線管1914年年Moseley（莫塞萊）（莫塞萊）1/2K（Z -）1916年年Debye（德拜）（德拜）Scherrer（謝樂(lè)）（謝樂(lè)）發(fā)

3、明粉末法發(fā)明粉末法1918年年Scherrer（謝樂(lè)）（謝樂(lè)）提出測(cè)定微粒大小的方法提出測(cè)定微粒大小的方法1925年年Barrett（巴悅特）（巴悅特）提出了測(cè)定宏觀應(yīng)力的方法提出了測(cè)定宏觀應(yīng)力的方法1926年年Wever（韋佛）（韋佛）進(jìn)行了晶粒取向的研究進(jìn)行了晶粒取向的研究1928年年Geiger（蓋革）（蓋革）Mller（彌勒）（彌勒）發(fā)明了發(fā)明了GeigerMller計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1938年年Hanawalt（哈那瓦特）（哈那瓦特）建立了系統(tǒng)的物相定性分析方法建立了系統(tǒng)的物相定性分析方法 1943年年Fridman（富里德曼）（富里德曼）發(fā)明了發(fā)明了X射線衍射儀射線衍射儀第一節(jié)第一節(jié) X

4、射線的物理基礎(chǔ)射線的物理基礎(chǔ)v1.1.1 X射線的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用射線的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用v1.1.2 X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì)v1.1.3 X射線的產(chǎn)生及射線的產(chǎn)生及X射線管射線管v1.1.4 X射線譜（射線譜（Xray line）v1.1.5 X射線與物質(zhì)的相互作用射線與物質(zhì)的相互作用所在電磁波段所在電磁波段1.1.2 X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì) X射線以射線以光速直線傳播光速直線傳播，c2.998108m/s。 X射線的波長(zhǎng)范圍是：射線的波長(zhǎng)范圍是：100.001nm。 在材料研究中，用于晶體結(jié)構(gòu)分析時(shí)，在材料研究中，用于晶體結(jié)構(gòu)分析時(shí)，X X射射線的波長(zhǎng)范圍一般在線的波長(zhǎng)范圍一般在0.250.250.05

5、 nm0.05 nm之間，若用之間，若用于探傷，其波長(zhǎng)一般取于探傷，其波長(zhǎng)一般取0.10.10.005 nm0.005 nm。 X射線之間可以相互作用，產(chǎn)生干涉、衍射等射線之間可以相互作用，產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 一、波動(dòng)性一、波動(dòng)性 X射線是由大量以光速運(yùn)動(dòng)的粒子組成的射線是由大量以光速運(yùn)動(dòng)的粒子組成的不連續(xù)粒子流不連續(xù)粒子流，這些粒子稱(chēng)為光量子。每個(gè)光量子的能量：這些粒子稱(chēng)為光量子。每個(gè)光量子的能量： hh h h普朗克常數(shù)，普朗克常數(shù)，6.636.6310103434JsJs； XX射線頻率，射線頻率，c/c/，XX射線波長(zhǎng)射線波長(zhǎng) 由于由于X X射線的波長(zhǎng)很短，所以射線的波長(zhǎng)很短

6、，所以X X射線的能量很大。射線的能量很大。 X射線可以與原子、電子相互作用，產(chǎn)生光電效應(yīng)、熒光射線可以與原子、電子相互作用，產(chǎn)生光電效應(yīng)、熒光輻射等現(xiàn)象。輻射等現(xiàn)象。 二、粒子性二、粒子性三、穿透能力強(qiáng)三、穿透能力強(qiáng) X射線射線穿透能力強(qiáng)穿透能力強(qiáng)。它能夠穿透木塊、玻璃，。它能夠穿透木塊、玻璃，甚至金屬（甚至金屬（“鉛鉛”除外）。除外）。 伽瑪射線、微中子（中微子）穿透力更強(qiáng)。伽瑪射線、微中子（中微子）穿透力更強(qiáng)。這個(gè)50,000噸的巨型圓柱中微子探測(cè)器，座落在日本kamioka mozumi礦山的地下1,000米深處，用來(lái)做探測(cè)中微子、質(zhì)子衰變、宇宙射線等等研究。它的“超凈化注水墻壁”上安

7、裝了大約12,000個(gè)超敏感的光電倍增管，這使它看上去帶有科幻電影般的恐怖美麗。第一節(jié)第一節(jié) X射線的物理基礎(chǔ)射線的物理基礎(chǔ)1.1.1 X射線的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用射線的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用1.1.2 X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì)1.1.3 X射線的產(chǎn)生及射線的產(chǎn)生及X射線管射線管1.1.4 X射線譜（射線譜（Xray line）1.1.5 X射線與物質(zhì)的相互作用射線與物質(zhì)的相互作用一、一、X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生1.1.3 X射線的產(chǎn)生及射線的產(chǎn)生及X射線管射線管質(zhì)子相互碰撞碰撞大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)位于瑞士、法大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)位于瑞士、法國(guó)邊境地下國(guó)邊境地下100米深的環(huán)形隧米深的環(huán)形隧道中，隧道全長(zhǎng)達(dá)道中，隧道全長(zhǎng)達(dá)27公里

8、公里 由高速運(yùn)動(dòng)的粒子與某種物質(zhì)相由高速運(yùn)動(dòng)的粒子與某種物質(zhì)相撞擊撞擊后后猝然減速，釋放大量的動(dòng)能，從而激發(fā)猝然減速，釋放大量的動(dòng)能，從而激發(fā)物質(zhì)中的內(nèi)層電子發(fā)生跳越物質(zhì)中的內(nèi)層電子發(fā)生跳越，而產(chǎn)生的，而產(chǎn)生的一種電磁波。一種電磁波。 連續(xù)譜連續(xù)譜v不同電子，損耗不不同電子，損耗不同，轉(zhuǎn)變的同，轉(zhuǎn)變的Xray光子能量不同，其光子能量不同，其波長(zhǎng)就不同。由于波長(zhǎng)就不同。由于存在大量電子，故存在大量電子，故可以得到各種波長(zhǎng)可以得到各種波長(zhǎng)的的Xray，從而形，從而形成連續(xù)成連續(xù)Xray譜。譜。 標(biāo)識(shí)譜標(biāo)識(shí)譜 能級(jí)躍遷能級(jí)躍遷特征特征X射線的產(chǎn)射線的產(chǎn)生過(guò)程：生過(guò)程：原子激發(fā)原子激發(fā)電子躍遷電子躍遷

9、釋放能量釋放能量產(chǎn)生特征產(chǎn)生特征X射線射線二、產(chǎn)生裝置二、產(chǎn)生裝置熱陰極熱陰極X射線管（射線管（也稱(chēng)也稱(chēng)電子式電子式X射線管射線管）陰極射線管顯示器發(fā)出電磁場(chǎng)和輻射：陰極射線管顯示器發(fā)出電磁場(chǎng)和輻射：X射線、紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、微射線、紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、微波、射頻、波、射頻、VLF場(chǎng)（甚低頻場(chǎng)）和場(chǎng)（甚低頻場(chǎng)）和ELF場(chǎng)（極低頻場(chǎng)）。場(chǎng)（極低頻場(chǎng)）。 X射線管射線管 上上海海大大光光源源同步輻射同步輻射XRDXRD裝置裝置電子電子儲(chǔ)存儲(chǔ)存環(huán)旁環(huán)旁實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)站站 三、三、X射線的產(chǎn)生條件射線的產(chǎn)生條件能產(chǎn)生自由電子的電子源（陰極）；能產(chǎn)生自由電子的電子源（陰極）；能阻礙自由電子運(yùn)動(dòng)的障礙

10、（陽(yáng)極靶）；能阻礙自由電子運(yùn)動(dòng)的障礙（陽(yáng)極靶）；能夠使自由電子高速定向運(yùn)動(dòng)（加高壓）；能夠使自由電子高速定向運(yùn)動(dòng)（加高壓）；能夠保持電子流穩(wěn)定（加高真空）。能夠保持電子流穩(wěn)定（加高真空）。 冷陰極冷陰極X射線管（射線管（離子式離子式X射線管）：射線管）： 先通過(guò)電離，產(chǎn)生正離子；先通過(guò)電離，產(chǎn)生正離子； 然后用正離子撞擊陰極，放出電子；然后用正離子撞擊陰極，放出電子； 再讓電子高速運(yùn)動(dòng)，撞擊陽(yáng)極，產(chǎn)生再讓電子高速運(yùn)動(dòng)，撞擊陽(yáng)極，產(chǎn)生X射線。射線。 第一節(jié)第一節(jié) X射線的物理基礎(chǔ)射線的物理基礎(chǔ)v1.1.1 X射線的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用射線的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用v1.1.2 X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì)v1.1.3 X射線

11、的產(chǎn)生及射線的產(chǎn)生及X射線管射線管v1.1.4 X射線譜（射線譜（Xray line）v1.1.5 X射線與物質(zhì)的相互作用射線與物質(zhì)的相互作用X射線譜是指射線譜是指Xray強(qiáng)度強(qiáng)度I隨波長(zhǎng)隨波長(zhǎng)而變化的關(guān)系曲線。而變化的關(guān)系曲線。1.1.4 X射線譜（射線譜（Xray line）兩種類(lèi)型：兩種類(lèi)型：連續(xù)連續(xù)Xray譜譜 是從某一短波限是從某一短波限0 0開(kāi)始，直到波長(zhǎng)等于無(wú)窮大開(kāi)始，直到波長(zhǎng)等于無(wú)窮大的一系的一系列波長(zhǎng)構(gòu)成，也稱(chēng)為白色列波長(zhǎng)構(gòu)成，也稱(chēng)為白色XrayXray。特征特征Xray譜：譜： 是具有一定波長(zhǎng)的若干特強(qiáng)的是具有一定波長(zhǎng)的若干特強(qiáng)的XrayXray，疊加在強(qiáng)度連續(xù)平，疊加在強(qiáng)

12、度連續(xù)平滑變化的連續(xù)譜之上，也叫標(biāo)識(shí)滑變化的連續(xù)譜之上，也叫標(biāo)識(shí)XrayXray。 一、連續(xù)一、連續(xù)Xray譜譜 1、實(shí)驗(yàn)規(guī)律、實(shí)驗(yàn)規(guī)律 連續(xù)連續(xù)Xray譜具有下述規(guī)律：譜具有下述規(guī)律： 隨管電壓隨管電壓V增大增大 各種波長(zhǎng)射線的相對(duì)強(qiáng)度各種波長(zhǎng)射線的相對(duì)強(qiáng)度I（）一致增高。）一致增高。 最高強(qiáng)度最高強(qiáng)度Xray的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)m變短。變短。 短波限短波限0 變小，即變小，即0向左方移動(dòng)，同時(shí)，波向左方移動(dòng)，同時(shí)，波譜變寬。譜變寬。 可見(jiàn)：管電壓既影響可見(jiàn)：管電壓既影響Xray的強(qiáng)度，也影響的強(qiáng)度，也影響Xray的波長(zhǎng)范圍。的波長(zhǎng)范圍。若管電壓若管電壓V保持恒定保持恒定 增大管電流增大管電流I I

13、，則強(qiáng)度一致增高；但波長(zhǎng)，則強(qiáng)度一致增高；但波長(zhǎng)mm、0 0數(shù)值大小不數(shù)值大小不變，即管電流不影響波長(zhǎng)。變，即管電流不影響波長(zhǎng)。若改變陽(yáng)極靶元素若改變陽(yáng)極靶元素 則則XrayXray譜形式不變，上述規(guī)律也不變，但譜線位置變化。譜形式不變，上述規(guī)律也不變，但譜線位置變化。 通常，隨著原子序數(shù)增大，各種波長(zhǎng)的相對(duì)強(qiáng)度增大。通常，隨著原子序數(shù)增大，各種波長(zhǎng)的相對(duì)強(qiáng)度增大。 連續(xù)譜線的產(chǎn)生原因：連續(xù)譜線的產(chǎn)生原因： 因?yàn)椴煌碾娮?，因?yàn)椴煌碾娮?，損耗不同損耗不同，則轉(zhuǎn)變，則轉(zhuǎn)變的的Xray光子能量不同，其波長(zhǎng)就不同。光子能量不同，其波長(zhǎng)就不同。由于存在由于存在大量電子大量電子，故可以得到各種波長(zhǎng)，故

14、可以得到各種波長(zhǎng)的的Xray，從而形成連續(xù)，從而形成連續(xù)Xray譜。譜。 2、短波限、短波限0 短波限的存在原因：短波限的存在原因： 由燈絲發(fā)射出的電子經(jīng)高壓電場(chǎng)加速，電場(chǎng)的位能將轉(zhuǎn)化由燈絲發(fā)射出的電子經(jīng)高壓電場(chǎng)加速，電場(chǎng)的位能將轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能：為電子的動(dòng)能： （1/21/2）mm2 2=e V =e V V- V-管電壓，管電壓，e -e -電子的負(fù)荷電子的負(fù)荷 當(dāng)一個(gè)電子的動(dòng)能毫無(wú)損失地全部轉(zhuǎn)化為一個(gè)當(dāng)一個(gè)電子的動(dòng)能毫無(wú)損失地全部轉(zhuǎn)化為一個(gè)XrayXray光子光子時(shí)時(shí)，光子將達(dá)到最高的能量：，光子將達(dá)到最高的能量：maxmax=h=hmaxmax， 此時(shí)，此時(shí)，X射線就具有了最大的頻率射

15、線就具有了最大的頻率maxmax和最短的波長(zhǎng)和最短的波長(zhǎng)0 0。短波限短波限0的推導(dǎo)與計(jì)算的推導(dǎo)與計(jì)算 ： maxmax= (1/2)m= (1/2)m2 2=eV=eV h hmaxmax=h(c/=h(c/0 0) =) =maxmax 0 0=hc/ eV =hc/ eV h=6.63 h=6.631010-34-34JsJs， c=2.998c=2.99810108 8m/sm/s， e e4.804.8010101010靜電單位，靜電單位， V-V-管電壓，單位管電壓，單位 kVkV，轉(zhuǎn)化為靜電單位，轉(zhuǎn)化為靜電單位V V10103 3/300/300 0 0=1.24/V (nm)=

16、1.24/V (nm)注意：注意：公式的單位：公式的單位：0 0：nmnm； V V：kV kV 3、Xray的強(qiáng)度（的強(qiáng)度（Intensity） Xray的強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)與的強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)與Xray傳播方向垂傳播方向垂直的單位面積上的光量子數(shù)。直的單位面積上的光量子數(shù)。 庫(kù)倫坎普弗（庫(kù)倫坎普弗（Kulenkampff）經(jīng)驗(yàn)公式：）經(jīng)驗(yàn)公式： I Id=d=I(1/I(1/2 2)(1/)(1/0 01/) d1/) d I Idd表示波長(zhǎng)在表示波長(zhǎng)在 與與+d+d之間之間XrayXray的強(qiáng)度，的強(qiáng)度， I I稱(chēng)為波長(zhǎng)稱(chēng)為波長(zhǎng)處的處的XrayXray強(qiáng)度密度，強(qiáng)度密度，

17、為常數(shù)，為常數(shù)， 1.1 1.11.51.51010-9-9， I I為管電流。為管電流。 Z Z 陽(yáng)極靶的原子序數(shù)陽(yáng)極靶的原子序數(shù) V V 管電壓管電壓 I I 管電流管電流 XrayXray的強(qiáng)度與的強(qiáng)度與I I、Z Z、V V2 2成正比成正比. . 20IZVdII連4、Xray管的效率管的效率(efficiency) Xray管的效率是指：管的效率是指： （Xray的強(qiáng)度）的強(qiáng)度） / （Xray管功率）比值管功率）比值. = I = I連連/P = /P = IZVIZV 2 2/IV = ZV/IV = ZV 主要與主要與Z Z、V V呈正比呈正比. . 二、特征二、特征Xray

18、譜譜 1、實(shí)驗(yàn)規(guī)律、實(shí)驗(yàn)規(guī)律 產(chǎn)生特征產(chǎn)生特征X射線所需要的最低管電壓，稱(chēng)為激發(fā)電壓，射線所需要的最低管電壓，稱(chēng)為激發(fā)電壓，以以V激激表示。表示。 激發(fā)電壓的大小與陽(yáng)極靶材料有關(guān)：激發(fā)電壓的大小與陽(yáng)極靶材料有關(guān)： ZV激激。 陽(yáng)極靶材料不同，產(chǎn)生的特征陽(yáng)極靶材料不同，產(chǎn)生的特征X射線譜波長(zhǎng)不同。射線譜波長(zhǎng)不同。元素元素 Ag Mo Cu Ni Co Fe Cr 原子序數(shù)原子序數(shù) 47422928272624V激激，kV 25.52 20.00 8.98 8.33 7.71 7.11 5.99 波長(zhǎng)波長(zhǎng)102nm K1 5.59417.093015.405616.579117.889719.36

19、0422.8971K2 5.63807.135915.443916.617517.928519.399822.9361K 5.60847.107315.418415.691917.902619.373522.9100K1 4.97096.322913.922215.001416.207917.566120.8487 當(dāng)管電壓超過(guò)激發(fā)電壓而進(jìn)一步升高時(shí)，當(dāng)管電壓超過(guò)激發(fā)電壓而進(jìn)一步升高時(shí)，特征特征X射線的波長(zhǎng)不變，僅強(qiáng)度升高，且射線的波長(zhǎng)不變，僅強(qiáng)度升高，且按按n次方規(guī)律增大。次方規(guī)律增大。 I I特特c Ic I（V VV V激激）n n c c 比例常數(shù)，比例常數(shù)， n n1.51.52 2

20、，也是常數(shù)。，也是常數(shù)。 (特征特征X射線射線) / (連續(xù)連續(xù)X射線射線) 強(qiáng)度的比值，強(qiáng)度的比值，稱(chēng)為特征譜線的峰背比。稱(chēng)為特征譜線的峰背比。 在在X射線管的工作電壓為激發(fā)電壓的射線管的工作電壓為激發(fā)電壓的35倍時(shí)最大，即：倍時(shí)最大，即： V（35）V激激時(shí)，時(shí)，I特特/ I連連最大。最大。 工作電壓的選擇原則。工作電壓的選擇原則。2、特征譜線產(chǎn)生機(jī)理（原子模型）、特征譜線產(chǎn)生機(jī)理（原子模型） 特征特征X射線的產(chǎn)生過(guò)程：射線的產(chǎn)生過(guò)程： 原子激發(fā)原子激發(fā)電子躍遷電子躍遷 釋放能量釋放能量產(chǎn)生特征產(chǎn)生特征X射線射線 比如，圖中是比如，圖中是L層的電子躍遷到層的電子躍遷到K層上，這個(gè)過(guò)程降層上

21、，這個(gè)過(guò)程降低的能量為：低的能量為：L LK K。 對(duì)于給定的物質(zhì)，各原子能級(jí)的能量是固有的，所對(duì)于給定的物質(zhì)，各原子能級(jí)的能量是固有的，所以能量差以能量差L LK K也是固定的。也是固定的。 當(dāng)這個(gè)能量以一個(gè)當(dāng)這個(gè)能量以一個(gè)X射線光子的形式輻射出射線光子的形式輻射出去時(shí)，就具有特定的波長(zhǎng)：去時(shí)，就具有特定的波長(zhǎng)： L LK K=h=hhc/hc/ hc/hc/（L LK K） 特征特征X X射線射線 根據(jù)原子模型定義各種譜線：根據(jù)原子模型定義各種譜線： 如果是如果是K層電子被外來(lái)的高能粒子轟擊出去，則稱(chēng)為層電子被外來(lái)的高能粒子轟擊出去，則稱(chēng)為K系系激發(fā)，隨之進(jìn)行的電子躍遷引起的輻射就稱(chēng)為激發(fā)

22、，隨之進(jìn)行的電子躍遷引起的輻射就稱(chēng)為K系輻射，系輻射，所產(chǎn)生的特征所產(chǎn)生的特征X射線就稱(chēng)為射線就稱(chēng)為K系譜線；系譜線； 同理，把同理，把L層電子被擊出的過(guò)程稱(chēng)為層電子被擊出的過(guò)程稱(chēng)為L(zhǎng)系激發(fā)，隨之的電子系激發(fā)，隨之的電子躍遷引起的輻射稱(chēng)為躍遷引起的輻射稱(chēng)為L(zhǎng)系輻射，所產(chǎn)生的特征系輻射，所產(chǎn)生的特征X射線就稱(chēng)射線就稱(chēng)為為L(zhǎng)系譜線。系譜線。 等等。等等。 在一種譜系中，按照在一種譜系中，按照電子躍遷時(shí)所跨越的能電子躍遷時(shí)所跨越的能級(jí)數(shù)目的不同級(jí)數(shù)目的不同，又可以將同一輻射線系分，又可以將同一輻射線系分成若干小類(lèi)。成若干小類(lèi)。 分類(lèi)的原則是：分類(lèi)的原則是： 對(duì)跨越對(duì)跨越1、2、3、個(gè)能級(jí)所引起的輻射

23、分個(gè)能級(jí)所引起的輻射分別標(biāo)以別標(biāo)以、等符號(hào)。等符號(hào)。 這樣就出現(xiàn)了這樣就出現(xiàn)了K、K、L、L等譜線。等譜線。KLhcEWW光子KLhcWW3、莫塞萊定律（、莫塞萊定律（Moseley） 1/21/2K K（Z Z） or or （1/1/）1/21/2K K（Z Z） 式中：式中：、分別為特征分別為特征X X射線的頻率和波長(zhǎng)；射線的頻率和波長(zhǎng)； ZZ陽(yáng)極靶元素的原子序數(shù)；陽(yáng)極靶元素的原子序數(shù)； K K、K K、均為常數(shù)。均為常數(shù)。 應(yīng)用：應(yīng)用： 是波譜分析的基本依據(jù)；是波譜分析的基本依據(jù)； 利用它可以發(fā)明新的元素。利用它可以發(fā)明新的元素。 第一節(jié)第一節(jié) X射線的物理基礎(chǔ)射線的物理基礎(chǔ)v1.1.

24、1 X射線的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用射線的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用v1.1.2 X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì)v1.1.3 X射線的產(chǎn)生及射線的產(chǎn)生及X射線管射線管v1.1.4 X射線譜（射線譜（Xray line）v1.1.5 X射線與物質(zhì)的相互作用射線與物質(zhì)的相互作用 X射線的應(yīng)用射線的應(yīng)用（1 1）窺探物質(zhì)結(jié)構(gòu)：）窺探物質(zhì)結(jié)構(gòu)： 從從1914到到1924年中，就有五位物理學(xué)家（勞年中，就有五位物理學(xué)家（勞厄，布拉格父子，巴克拉，西格本）在研究厄，布拉格父子，巴克拉，西格本）在研究 X 射射線及其應(yīng)用方面獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。線及其應(yīng)用方面獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 1912年，德國(guó)物理學(xué)家勞厄通過(guò)實(shí)驗(yàn)，既證年，德國(guó)物理學(xué)家勞厄

25、通過(guò)實(shí)驗(yàn)，既證明了明了X射線具有波動(dòng)性，也證明了晶體中的原子射線具有波動(dòng)性，也證明了晶體中的原子是有規(guī)則排列的。是有規(guī)則排列的。 晶體可看作三維立晶體可看作三維立體光柵體光柵, 根據(jù)勞厄斑點(diǎn)根據(jù)勞厄斑點(diǎn)的分布的分布, 可算出晶面間可算出晶面間距掌握晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)距掌握晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu).晶體底片鉛屏X 射線管勞厄斑點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)成分分析成分分析 圍繞圍繞X射線的性質(zhì)和應(yīng)用的研究，除倫琴外，射線的性質(zhì)和應(yīng)用的研究，除倫琴外，還有還有15項(xiàng)獲諾貝爾獎(jiǎng)的課題與項(xiàng)獲諾貝爾獎(jiǎng)的課題與X射線有關(guān)。射線有關(guān)。獲獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)年代年代人人 物物成成 就就1914勞厄勞厄提出了用天然晶體的晶

26、格作為衍提出了用天然晶體的晶格作為衍射光柵，觀察到了射光柵，觀察到了X射線的衍射射線的衍射現(xiàn)象，證明現(xiàn)象，證明X射線是電磁波射線是電磁波1915布拉格父布拉格父子子利用利用X射線衍射進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分射線衍射進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析析1927康普頓康普頓康普頓散射，揭示了康普頓散射，揭示了X射線光子射線光子的粒子性的粒子性a. 醫(yī)學(xué)診斷：醫(yī)學(xué)診斷：（2 2）在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：）在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用： 上世紀(jì)六十年代，南非出生的美國(guó)物理學(xué)家科上世紀(jì)六十年代，南非出生的美國(guó)物理學(xué)家科馬克（馬克（Cormark）和英國(guó)電氣工程師洪斯菲爾德）和英國(guó)電氣工程師洪斯菲爾德（Hounsfield）提出用計(jì)算機(jī)控制）提出用計(jì)算機(jī)

27、控制 X 射線斷層掃描射線斷層掃描原理，并發(fā)明原理，并發(fā)明X射線斷層掃描儀（射線斷層掃描儀（XCT），使醫(yī)生），使醫(yī)生能看到人體內(nèi)臟器官橫斷面圖象，從而準(zhǔn)確診斷病能看到人體內(nèi)臟器官橫斷面圖象，從而準(zhǔn)確診斷病癥，他們兩人共享了癥，他們兩人共享了1979年諾貝爾生物學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾生物學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。b. X射線治療：射線治療：c. X射線防護(hù)：射線防護(hù)：胎兒胎兒X射線照片射線照片醫(yī)學(xué)檢查醫(yī)學(xué)檢查工業(yè)探傷工業(yè)探傷（3 3）揭示生命奧秘揭示生命奧秘： 1953-1959年，小布拉格的兩位助手佩魯茨和年，小布拉格的兩位助手佩魯茨和肯德羅，用改進(jìn)了的肯德羅，用改進(jìn)了的X射線分析法測(cè)定了肌紅蛋白射線分析法

28、測(cè)定了肌紅蛋白及血紅蛋白的分子結(jié)構(gòu)，為此獲得及血紅蛋白的分子結(jié)構(gòu)，為此獲得 1962 年的諾貝年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。爾化學(xué)獎(jiǎng)。 1962年諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予英國(guó)生物年諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予英國(guó)生物物理學(xué)家克里克、威爾金森、美國(guó)生物學(xué)家沃森，物理學(xué)家克里克、威爾金森、美國(guó)生物學(xué)家沃森，表彰他們發(fā)現(xiàn)表彰他們發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這是的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這是20世紀(jì)生世紀(jì)生物學(xué)的最偉大成就，他們依靠的也是物學(xué)的最偉大成就，他們依靠的也是X射線分析法。射線分析法。DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)分子雙螺旋結(jié)構(gòu) （4）其它應(yīng)用：其它應(yīng)用： X光機(jī)對(duì)機(jī)場(chǎng)、車(chē)站對(duì)旅客行李的安全檢查；光機(jī)對(duì)機(jī)場(chǎng)、車(chē)站對(duì)旅客行李的安全

29、檢查； 檢驗(yàn)集成電路板質(zhì)量；檢驗(yàn)集成電路板質(zhì)量； 墻壁厚度測(cè)量；墻壁厚度測(cè)量； 測(cè)量尺寸的復(fù)雜變化；測(cè)量尺寸的復(fù)雜變化； 透視復(fù)雜物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；透視復(fù)雜物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)； 輔助設(shè)計(jì)和生產(chǎn)；輔助設(shè)計(jì)和生產(chǎn)； 產(chǎn)生組件缺陷位置的影像；產(chǎn)生組件缺陷位置的影像； 用特征用特征X射線可對(duì)材料的元素成分做出分析，射線可對(duì)材料的元素成分做出分析，在考古、材料研究等方面有重要應(yīng)用。在考古、材料研究等方面有重要應(yīng)用。X光下的世光下的世界界X射線衍射成分分析無(wú)損檢測(cè)1.1.5 X射線與物質(zhì)的相互作用射線與物質(zhì)的相互作用X 射 線 原子或離子中的電子原子或離子中的電子受迫振動(dòng)。受迫振動(dòng)。振動(dòng)著的電子振動(dòng)著的電子成為

30、次生成為次生X射射線的波源，線的波源，向向外輻射與入射外輻射與入射 X X 射線同頻率射線同頻率的電磁波，稱(chēng)的電磁波，稱(chēng)為為散射波散射波。一）、相干散射一）、相干散射：由于入射線與散射線的波長(zhǎng)與由于入射線與散射線的波長(zhǎng)與頻率一致，位相固定，各散射波之間以及與入射頻率一致，位相固定，各散射波之間以及與入射波可以發(fā)生干涉，故稱(chēng)相干散射（彈性散射）。波可以發(fā)生干涉，故稱(chēng)相干散射（彈性散射）。干涉的結(jié)果干涉的結(jié)果：散射波在某些方向上相互加強(qiáng)，在散射波在某些方向上相互加強(qiáng)，在另一些方向上相互減弱或抵消。另一些方向上相互減弱或抵消。 晶體中發(fā)生衍射的基礎(chǔ)晶體中發(fā)生衍射的基礎(chǔ)相干散射并不損失相干散射并不損失

31、x-rayx-ray能量，而只是改變了它的傳能量，而只是改變了它的傳播方向，但對(duì)入射線方向來(lái)說(shuō)，卻起了強(qiáng)度衰減的播方向，但對(duì)入射線方向來(lái)說(shuō)，卻起了強(qiáng)度衰減的作用。作用。 一、一、X射線的散射射線的散射二）、非相干散射二）、非相干散射 1、概念、概念 電子被撞出原來(lái)的軌道，成為反沖電子，而入射電子被撞出原來(lái)的軌道，成為反沖電子，而入射X射線被撞偏方向，在射線被撞偏方向，在角度上形成散射角度上形成散射X射線。射線。 由于反沖電子消耗一定的能量（變?yōu)閯?dòng)能），由于反沖電子消耗一定的能量（變?yōu)閯?dòng)能），故散射故散射X射線的能量要比入射射線的能量要比入射X射線低，其波長(zhǎng)變射線低，其波長(zhǎng)變大，頻率變小，從而使

32、散射波與入射波之間不存大，頻率變小，從而使散射波與入射波之間不存在固定的位相關(guān)系，因此不能產(chǎn)生任何干涉效應(yīng)。在固定的位相關(guān)系，因此不能產(chǎn)生任何干涉效應(yīng)。 所以，這種散射被稱(chēng)為非相干散射。也稱(chēng)為所以，這種散射被稱(chēng)為非相干散射。也稱(chēng)為康普頓康普頓吳有訓(xùn)散射，或康普頓吳有訓(xùn)散射，或康普頓吳有訓(xùn)效應(yīng)吳有訓(xùn)效應(yīng) ，或量子散射?；蛄孔由⑸?。 2、非相干散射的特征、非相干散射的特征波長(zhǎng)變化波長(zhǎng)變化 設(shè)散射波的波長(zhǎng)為設(shè)散射波的波長(zhǎng)為，入射波的波長(zhǎng)為，入射波的波長(zhǎng)為，則，則，其增量為：其增量為： 0.002430.00243（1 1cos2cos2） nmnm 式中，式中，22是散射波與入射波之間的夾角，稱(chēng)為散

33、是散射波與入射波之間的夾角，稱(chēng)為散射角。射角。 可見(jiàn)：可見(jiàn)：隨散射角隨散射角2而變化。而變化。 非相干散射波分布在各個(gè)方向上，強(qiáng)度很非相干散射波分布在各個(gè)方向上，強(qiáng)度很低，且隨低，且隨sin2/的增加而增大。的增加而增大。 非相干散射不能參與衍射，也無(wú)法避免，非相干散射不能參與衍射，也無(wú)法避免，通常，它在衍射圖形上形成連續(xù)的背底，通常，它在衍射圖形上形成連續(xù)的背底，會(huì)給分析帶來(lái)困難。會(huì)給分析帶來(lái)困難。二、二、X射線的吸收射線的吸收物質(zhì)對(duì)物質(zhì)對(duì)x-ray的吸收，的吸收，指的是指的是x-ray能量在通過(guò)物質(zhì)時(shí)轉(zhuǎn)能量在通過(guò)物質(zhì)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，變?yōu)槠渌问降哪芰?，?duì)對(duì)x-ray而言，也就是發(fā)生

34、了能量而言，也就是發(fā)生了能量損耗。損耗。物質(zhì)對(duì)物質(zhì)對(duì)x-ray的吸收主要是由原子內(nèi)部的電子躍遷而引起的吸收主要是由原子內(nèi)部的電子躍遷而引起的。的。發(fā)生發(fā)生x-ray的的光電效應(yīng)光電效應(yīng)和和俄歇效應(yīng)俄歇效應(yīng)，使，使x-ray的部分能量的部分能量轉(zhuǎn)變成為光電子、熒光轉(zhuǎn)變成為光電子、熒光x-ray及俄歇電子的能量，故及俄歇電子的能量，故x-ray的強(qiáng)度被衰減。的強(qiáng)度被衰減。當(dāng)入射當(dāng)入射X射線光子的能量射線光子的能量足夠大時(shí)，足夠大時(shí)，(h明顯超過(guò)明顯超過(guò)原子的芯電子束縛能原子的芯電子束縛能Eb)，將使原子中的內(nèi)層電子被將使原子中的內(nèi)層電子被擊出，使原子處于激發(fā)態(tài)。擊出，使原子處于激發(fā)態(tài)。隨后，原子中

35、的外層電子隨后，原子中的外層電子將躍遷到內(nèi)層電子空位上，將躍遷到內(nèi)層電子空位上，同時(shí)輻射出特征同時(shí)輻射出特征X射線射線(輻輻射躍遷射躍遷)。 光電子光電子h特征特征X X射線射線二次特征二次特征X X射線，射線，熒光熒光X X射線射線1 1）光電效應(yīng)與熒光）光電效應(yīng)與熒光( (二次特征二次特征) )輻射輻射v光電效應(yīng)光電效應(yīng)吸收限的產(chǎn)生機(jī)制吸收限的產(chǎn)生機(jī)制x-ray與物質(zhì)相互作用可以看作是與物質(zhì)相互作用可以看作是x-ray光子和物質(zhì)中的原子相互碰撞，光子與光子和物質(zhì)中的原子相互碰撞，光子與原子的碰撞很像前面講過(guò)的電子與陽(yáng)極靶的原子碰撞產(chǎn)生標(biāo)識(shí)原子的碰撞很像前面講過(guò)的電子與陽(yáng)極靶的原子碰撞產(chǎn)生標(biāo)

36、識(shí)x-ray譜的情況。譜的情況。當(dāng)當(dāng)x-ray波長(zhǎng)足夠短時(shí)，其光子的能量就很大，以至能把原子中處于某一能級(jí)波長(zhǎng)足夠短時(shí)，其光子的能量就很大，以至能把原子中處于某一能級(jí)上的電子打出來(lái)使原子處于高能激發(fā)態(tài)，內(nèi)層出現(xiàn)空位，外層電子往此空位上的電子打出來(lái)使原子處于高能激發(fā)態(tài)，內(nèi)層出現(xiàn)空位，外層電子往此空位躍遷，產(chǎn)生標(biāo)識(shí)躍遷，產(chǎn)生標(biāo)識(shí)x-ray。光電效應(yīng)光電效應(yīng)這種以光子激發(fā)原子所發(fā)生的激發(fā)和輻射過(guò)程稱(chēng)為光電效應(yīng)，被擊出的電子這種以光子激發(fā)原子所發(fā)生的激發(fā)和輻射過(guò)程稱(chēng)為光電效應(yīng)，被擊出的電子稱(chēng)為稱(chēng)為光電子光電子，所輻射出的次級(jí)標(biāo)識(shí)，所輻射出的次級(jí)標(biāo)識(shí)x-ray（由（由x-ray激發(fā)出的激發(fā)出的x-ray

37、）稱(chēng)為）稱(chēng)為熒光熒光x-ray（二次標(biāo)識(shí)（二次標(biāo)識(shí)x-ray）。）。一次的特征一次的特征x-ray的一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)樗丈湮镔|(zhì)的二次特征輻射，表現(xiàn)為物的一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)樗丈湮镔|(zhì)的二次特征輻射，表現(xiàn)為物質(zhì)對(duì)入射質(zhì)對(duì)入射x-ray的吸收，這一吸收非常強(qiáng)烈。的吸收，這一吸收非常強(qiáng)烈。v2 2）俄歇效應(yīng)）俄歇效應(yīng) v定義定義：光子與物質(zhì)中原子相撞，使原子處于激發(fā)狀態(tài)，當(dāng)外光子與物質(zhì)中原子相撞，使原子處于激發(fā)狀態(tài)，當(dāng)外層電子躍入內(nèi)層空位時(shí)，其多余的能量不以層電子躍入內(nèi)層空位時(shí)，其多余的能量不以x-ray形式放出形式放出（熒光（熒光x-ray），而是傳遞給其它外層的電子，使之脫離原），而是傳遞給其它外層

38、的電子，使之脫離原子。子。 俄歇效應(yīng)俄歇效應(yīng)。 例：俄歇電子例：俄歇電子KL2L2 vK層電子被擊出，層電子被擊出，L2層電子跳入層電子跳入K層空位，多余能量傳遞層空位，多余能量傳遞L2、L3、M層電子，使其脫離原子（形成二次電子）。層電子，使其脫離原子（形成二次電子）。這種二次電子稱(chēng)俄歇電子，上述這種二次電子稱(chēng)俄歇電子，上述K層一個(gè)空位被層一個(gè)空位被L層二個(gè)空層二個(gè)空位所代替，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)俄歇效應(yīng)（無(wú)輻射躍遷過(guò)程）。位所代替，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)俄歇效應(yīng)（無(wú)輻射躍遷過(guò)程）。 俄歇效應(yīng)俄歇效應(yīng)光電子光電子 俄歇電子俄歇電子 俄歇電子俄歇電子 KL1L1 LM1M1L1KL2v命名命名:俄歇電子通常用俄歇電

39、子通常用參與俄歇過(guò)程的三個(gè)能級(jí)來(lái)命名參與俄歇過(guò)程的三個(gè)能級(jí)來(lái)命名。即：。即：初態(tài)空位所在能級(jí)、向空位作無(wú)輻射躍遷電子原在能級(jí)、發(fā)初態(tài)空位所在能級(jí)、向空位作無(wú)輻射躍遷電子原在能級(jí)、發(fā)射電子原在能級(jí)。上例中俄歇電子為射電子原在能級(jí)。上例中俄歇電子為KL2L2。說(shuō)明說(shuō)明：伴隨光電吸收發(fā)生的有熒光伴隨光電吸收發(fā)生的有熒光x-ray和俄歇電子。（輻和俄歇電子。（輻射躍遷和無(wú)輻射躍遷）射躍遷和無(wú)輻射躍遷）通常熒光通常熒光x-ray和俄歇電子是同時(shí)存在的。和俄歇電子是同時(shí)存在的。v用途用途：俄歇電子的能量只取決于物質(zhì)原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)（與參俄歇電子的能量只取決于物質(zhì)原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)（與參與該過(guò)程的三個(gè)能級(jí)能量有關(guān)

40、），每種元素都有自己的特征與該過(guò)程的三個(gè)能級(jí)能量有關(guān)），每種元素都有自己的特征俄歇電子能譜，它是元素的固有特征。所以，可以用俄歇電俄歇電子能譜，它是元素的固有特征。所以，可以用俄歇電子能譜做元素的成分分析及試樣表面狀態(tài)分析等。子能譜做元素的成分分析及試樣表面狀態(tài)分析等。三、三、X射線的衰減射線的衰減 1、衰減規(guī)律、衰減規(guī)律 I0：入射：入射X射線強(qiáng)度射線強(qiáng)度 I：透過(guò)物質(zhì)后的強(qiáng)度：透過(guò)物質(zhì)后的強(qiáng)度 I：x處處X射線強(qiáng)度射線強(qiáng)度dI：X射線通過(guò)無(wú)限小薄層射線通過(guò)無(wú)限小薄層dx時(shí)的衰減量時(shí)的衰減量 dIdIIdxIdx 即：即： dIdIIdxIdx 式中：式中：比例常數(shù)，稱(chēng)為線吸收系數(shù)，或線衰比

41、例常數(shù)，稱(chēng)為線吸收系數(shù)，或線衰減系數(shù)，單位為減系數(shù)，單位為cmcm1 1。其物理意義是在。其物理意義是在X X射線傳射線傳播方向上，單位長(zhǎng)度上播方向上，單位長(zhǎng)度上X X射線的衰減程度，它主射線的衰減程度，它主要與入射要與入射X X射線的波長(zhǎng)及物質(zhì)種類(lèi)有關(guān)。對(duì)于給射線的波長(zhǎng)及物質(zhì)種類(lèi)有關(guān)。對(duì)于給定物質(zhì)，和特定波長(zhǎng)定物質(zhì)，和特定波長(zhǎng)X X射線，射線，為常數(shù)。為常數(shù)。 積分上述方程：積分上述方程： I II I0 0 xx 或：或： I II I0 0eexx可見(jiàn)：可見(jiàn)：X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，按指數(shù)規(guī)律迅速衰減的。射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，按指數(shù)規(guī)律迅速衰減的。 xIIdxIdI002、質(zhì)量吸收系數(shù)、質(zhì)量吸收系數(shù)

42、 線吸收系數(shù)線吸收系數(shù)與物質(zhì)的密度與物質(zhì)的密度有關(guān)，通常：有關(guān)，通常： 為了消除密度（即物質(zhì)的狀態(tài)）的影響，引入一為了消除密度（即物質(zhì)的狀態(tài)）的影響，引入一個(gè)新的系數(shù)個(gè)新的系數(shù)m： mm/ 稱(chēng)為質(zhì)量吸收系數(shù)，稱(chēng)為質(zhì)量吸收系數(shù)，單位為單位為cmcm2 2gg1 1。 它反映每克物質(zhì)引起的相對(duì)衰減量，主要取決于它反映每克物質(zhì)引起的相對(duì)衰減量，主要取決于物質(zhì)的化學(xué)成分和入射物質(zhì)的化學(xué)成分和入射X射線的波長(zhǎng)。射線的波長(zhǎng)。 幾點(diǎn)規(guī)律：幾點(diǎn)規(guī)律：對(duì)單一元素組成的物質(zhì)，對(duì)單一元素組成的物質(zhì)，m與其原子序數(shù)與其原子序數(shù)Z，及入，及入射射X射線的波長(zhǎng)射線的波長(zhǎng)之間存在明顯的函數(shù)關(guān)系：之間存在明顯的函數(shù)關(guān)系： m

43、m3 3Z Z3 3 mm 但在但在k處發(fā)生突變，突然增大。處發(fā)生突變，突然增大。 原因：此時(shí)原因：此時(shí)X射線的能量達(dá)到了激發(fā)射線的能量達(dá)到了激發(fā)K層電層電子，引起二次特征輻射的程度，其能量被大子，引起二次特征輻射的程度，其能量被大量吸收，故量吸收，故m突然增大。突然增大。 發(fā)生突變吸收的波長(zhǎng)發(fā)生突變吸收的波長(zhǎng)k稱(chēng)為吸收限。稱(chēng)為吸收限。 k1.24/Vk nm Vk激發(fā)電壓，激發(fā)電壓，kV； k吸收限，又稱(chēng)為激發(fā)限，吸收限，又稱(chēng)為激發(fā)限，nm。 連續(xù)譜的質(zhì)量吸收系數(shù)連續(xù)譜的質(zhì)量吸收系數(shù) 當(dāng)連續(xù)當(dāng)連續(xù)X射線穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，通常取各波長(zhǎng)吸收系射線穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，通常取各波長(zhǎng)吸收系數(shù)的平均值。數(shù)的平均值。

44、這個(gè)平均值相當(dāng)于這個(gè)平均值相當(dāng)于1.31.40波長(zhǎng)時(shí)對(duì)應(yīng)的吸收波長(zhǎng)時(shí)對(duì)應(yīng)的吸收系數(shù)（系數(shù)（0為短波限），這個(gè)波長(zhǎng)稱(chēng)為有效波長(zhǎng)：為短波限），這個(gè)波長(zhǎng)稱(chēng)為有效波長(zhǎng)： 有效有效1.31.31.41.40 01.351.350 0 1.35 (1.24/V)1.35 (1.24/V)1.67/V (nm) 1.67/V (nm) 復(fù)雜物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)復(fù)雜物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù) 當(dāng)當(dāng)X射線通過(guò)多種元素組成的復(fù)雜物質(zhì)，如化合物、射線通過(guò)多種元素組成的復(fù)雜物質(zhì)，如化合物、固溶體、機(jī)械混合物時(shí)，其衰減將受到各種元素固溶體、機(jī)械混合物時(shí)，其衰減將受到各種元素的影響，但卻與這些原子之間的結(jié)合方式無(wú)關(guān)。的影響，但卻與

45、這些原子之間的結(jié)合方式無(wú)關(guān)。 mmmimi W Wi i（/）i i W Wi i 式中：式中：mimi或（或（/）i i為為i i種元素的質(zhì)量吸收系數(shù)；種元素的質(zhì)量吸收系數(shù)；WWi i為為i i元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。四、吸收限（四、吸收限（k）的應(yīng)用）的應(yīng)用1、濾波片（、濾波片（Filter）的選擇）的選擇材料材料材料選取：材料選?。?kkk k：濾波片的吸收限；：濾波片的吸收限； k：K譜線的波長(zhǎng)；譜線的波長(zhǎng)； k：K譜線的波長(zhǎng)。譜線的波長(zhǎng)。獲取單波長(zhǎng)獲取單波長(zhǎng)X射線射線濾波片濾波片濾波選擇吸收限介于選擇吸收限介于X X射線中的射線中的KK和和KK的波長(zhǎng)之間的物質(zhì)。的波長(zhǎng)之間的物

46、質(zhì)。應(yīng)用：應(yīng)用：濾波片實(shí)際上是利用吸收限兩濾波片實(shí)際上是利用吸收限兩邊吸收系數(shù)相差懸殊的特點(diǎn)制成邊吸收系數(shù)相差懸殊的特點(diǎn)制成的。的。 如果選擇一種材料其如果選擇一種材料其K吸收限吸收限波長(zhǎng)波長(zhǎng)K恰好位于所用特征恰好位于所用特征x-ray的的K與與K線波長(zhǎng)之間（盡量靠近線波長(zhǎng)之間（盡量靠近K），此時(shí)，對(duì)），此時(shí)，對(duì)K線及連續(xù)譜線線及連續(xù)譜線吸收很大，而對(duì)吸收很大，而對(duì)K線的吸收卻很線的吸收卻很小，可得到基本上是單色的小，可得到基本上是單色的K譜譜線。線。 幾種元素幾種元素K系射線波長(zhǎng)和常用的濾波片及其吸收限系射線波長(zhǎng)和常用的濾波片及其吸收限 規(guī)律：規(guī)律： 設(shè)陽(yáng)極靶元素的原子序數(shù)為設(shè)陽(yáng)極靶元素的原

47、子序數(shù)為Z靶靶， 濾波片物質(zhì)的原子序數(shù)為濾波片物質(zhì)的原子序數(shù)為Z片片， 則：則： 當(dāng)當(dāng) Z Z靶靶4040時(shí)，時(shí)，Z Z片片Z Z靶靶1 1 Z Z靶靶4040時(shí)，時(shí)，Z Z片片Z Z靶靶2 2厚度厚度 濾波片必須具有合適的厚度。若太薄，會(huì)對(duì)濾波片必須具有合適的厚度。若太薄，會(huì)對(duì)K譜線譜線濾得不徹底；而太厚時(shí)，又會(huì)吸收掉部分濾得不徹底；而太厚時(shí)，又會(huì)吸收掉部分K譜線。譜線。 實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)K譜線的強(qiáng)度被吸收到原來(lái)的一半時(shí)，譜線的強(qiáng)度被吸收到原來(lái)的一半時(shí)，K/K的強(qiáng)度比值可由濾波前的的強(qiáng)度比值可由濾波前的1/5提高到提高到1/500左右，左右，這樣便可以滿(mǎn)足一般的衍射分析工作的要求。這樣便可以滿(mǎn)足一般的衍射分析工作的要求。濾濾波片的厚度設(shè)計(jì)原則波片的厚度設(shè)計(jì)原則 2、陽(yáng)極靶（、陽(yáng)極靶（Positive target）的選擇）的選擇 材料選?。宏?yáng)極靶的材料選?。宏?yáng)極靶的K譜線波長(zhǎng)應(yīng)比試樣的譜線波長(zhǎng)應(yīng)比試樣的 吸收限吸收限k稍長(zhǎng)一些稍長(zhǎng)一些 。避免熒光輻射避免熒光輻射試樣試樣幾種元素幾種元素K系射線波長(zhǎng)及其吸收限系射線波長(zhǎng)及其吸收限 v根據(jù)根據(jù)m=K Z33知知m