第一章 X射線物理基礎(chǔ)

X射線衍射分析

譚紅琳1、X射線物理基礎(chǔ)2、X射線運動學衍射原理3、多晶體的X射線衍射分析4、X射線衍射方法的實際應用5、宏觀應力測定第一章X射線物理學基礎(chǔ)材料：你們最關(guān)心的是什么？

性能：你認為與哪些因素有關(guān)？

結(jié)構(gòu)：有哪些檢測分析技術(shù)？緒論第一章X射線物理學基礎(chǔ)物質(zhì)的性質(zhì)、材料的性能決定于它們的組成和微觀結(jié)構(gòu)。如果你有一雙X射線的眼睛，就能把物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)看個清清楚楚明明白白！X射線衍射將會有助于你探究為何成份相同的材料，其性能有時會差異極大.X射線衍射將會有助于你找到獲得預想性能的途徑第一章X射線物理學基礎(chǔ)第一章X射線物理學基礎(chǔ)內(nèi)容提要：第一節(jié)X射線的性質(zhì)第二節(jié)X射線的產(chǎn)生第三節(jié)X射線譜第四節(jié)X射線與物質(zhì)的相互作用第五節(jié)X射線的衰減規(guī)律第六節(jié)吸收限的應用第一章X射線物理學基礎(chǔ)引言—X射線學的發(fā)展及分支

①

1895年德國物理學家“倫琴”發(fā)現(xiàn)X射線。1901年，倫琴獲諾貝爾物理學獎。之后建立了“X射線透射學”，最早應用于醫(yī)學，后應用于工業(yè)無損探傷。第一章X射線物理學基礎(chǔ)②1912年，德國物理學家“勞?！卑l(fā)現(xiàn)了X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象。（兩方面意義：肯定了X射線的本質(zhì)；證實了晶體結(jié)構(gòu)的猜想。）獲1914年的諾貝爾物理學獎。第一章X射線物理學基礎(chǔ)獲1915年的諾貝爾物理學獎。之后發(fā)展了X射線學的另一分支：“X射線衍射學”（或“X射線晶體學”）。1913年，英國物理學家“布拉格”父子提出了著名的布拉格方程，是X射線的衍射學的理論基礎(chǔ)。第一章X射線物理學基礎(chǔ)③1914年，莫塞萊發(fā)現(xiàn)不同元素的同名特征X譜線的波長和原子序數(shù)有定量的對應關(guān)系。發(fā)展了第三個分支“X射線光譜學”。（即根據(jù)X射線光譜，研究物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)和成分。）第一章X射線物理學基礎(chǔ)1、衍射分析技術(shù)的發(fā)展與X射線及晶體衍射有關(guān)的部分諾貝爾獎獲得者名單

第一章X射線物理學基礎(chǔ)X射線學的分支X射線透射學X射線衍射學X射線光譜學第一章X射線物理學基礎(chǔ)第一節(jié)X射線的性質(zhì)

X射線的波長范圍：10-3～10nm。一、X射線的性質(zhì)①

不可見，但它能使一些氣體或其他物質(zhì)電離，使照相底片感光，使熒光物質(zhì)發(fā)光。②

穿透性強，并可被物質(zhì)吸收和散射。軟X射線:波長較長的軟X射線能量較低，穿透性弱，可用于分析非金屬的分析。硬X射線：波長較短的硬X射線能量較高，穿透性較強，適用于金屬部件的無損探傷及金屬物相分析。

常用于金屬零件的探傷和醫(yī)學上的透視分析。第一章X射線物理學基礎(chǔ)③折射率≈1X射線穿過不同媒質(zhì)時，呈直線傳播，在電場和磁場中也不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此不能用常規(guī)方法使X射線會聚或發(fā)散。④

對生物細胞有很強的殺傷作用。第一章X射線物理學基礎(chǔ)二、X射線的本質(zhì)1、X射線的本質(zhì)也是電磁波，即也是一種無靜止質(zhì)量并以光速運動的光子。

第一章X射線物理學基礎(chǔ)第一章X射線物理學基礎(chǔ)2、X射線的波粒二象性波動性的表現(xiàn)：以一定的頻率和波長在空間傳播，例如以晶體作衍射光柵時觀察到的X射線的衍射現(xiàn)象；描述波動性的物理量：頻率ν、波長λ粒子性的表現(xiàn)：以光子形式輻射和吸收時具有一定的質(zhì)量、能量和動量，如光電效應等。描述粒子性的物理量：能量E、動量P表現(xiàn)形式為在與物質(zhì)相互作用時交換能量。如光電效應；二次電子等。第一章X射線物理學基礎(chǔ)波動性和粒子性之間存在下述關(guān)系：0.05~0.25nm范圍適于

結(jié)構(gòu)分析0.005~0.1nm范圍適于

探傷分析式中h——普朗克常數(shù)，等于6.625×10-34

J.s;c——X射線的速度，等于2.998×1010cm/s.第一章X射線物理學基礎(chǔ)相關(guān)習題：1.試計算波長0.71A（Mo-Kα）和1.54A（Cu-Kα）的X射線束，其頻率和每個量子的能量？第一章X射線物理學基礎(chǔ)第二節(jié)X射線的產(chǎn)生一、X射線產(chǎn)生原理實驗證明：高速運動的帶電的基本粒子突然受阻時，隨著能量的消失和轉(zhuǎn)化，就會產(chǎn)生X射線。實際用于獲得X射線的帶電粒子是電子。第一章X射線物理學基礎(chǔ)電子式X射線管產(chǎn)生X射線的條件：(1)

產(chǎn)生電子的電子源；燈絲+高真空(2)

使電子作定向高速運動；高電壓(3)

在高速電子流的運動路徑上設置障礙物，使電子突然受阻。陽極靶(4)

封閉在高真空中，真空度高于10-3Pa。第一章X射線物理學基礎(chǔ)二、X射線管1、封閉電子式X射線管的結(jié)構(gòu)封閉電子式X射線管與其結(jié)構(gòu)示意圖第一章X射線物理學基礎(chǔ)(1)

陰極：鎢絲；加熱鎢絲發(fā)射熱電子；(2)

陽極/靶：使電子突然減速并發(fā)射X射線的地方。不同的靶面材料用于獲得不同波長的X射線。

(3)

陰極和陽極之間的高壓使電子作定向高速運動；(4)

陰、陽極都密封在高真空管中，真空度>10-3Pa。其他組成部分：金屬聚焦罩、冷卻水、鈹窗口。第一章X射線物理學基礎(chǔ)高速運動的電子與物質(zhì)碰撞時被突然減速或停止運動，其大部分動能（~99%）轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁刮矬w升溫，而一小部分動能（~1%）則轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽芤訶射線形式向外界釋放。封閉電子式X射線管的功率有限，為500～3000W。第一章X射線物理學基礎(chǔ)2、旋轉(zhuǎn)陽極

大功率X射線源需要用旋轉(zhuǎn)陽極。因陽極不斷旋轉(zhuǎn)，電子束轟擊部位不斷改變，故提高功率也不會燒熔靶面。目前有100kW的旋轉(zhuǎn)陽極。

第一章X射線物理學基礎(chǔ)第三節(jié)X射線譜X射線譜：X射線強度隨波長變化的關(guān)系曲線。X射線的強度X射線的強度：單位時間內(nèi)，通過與X射線傳播方向垂直的單位面積上的X射線光量子的能量總和。用I表示。常用單位：J/cm2·s。強度為光子流密度和每個光子的能量的乘積。(光子流密度：單位時間內(nèi)通過單位截面的光量子數(shù)目。)即X射線的強度（I）是由光量子的能量（hν）及它的數(shù)目（n）決定，I=nhν。第一章X射線物理學基礎(chǔ)由熱陰極X射線管發(fā)出的X射線分為兩種類型：(1)連續(xù)X射線譜；(2)特征X射線譜（又稱標識X射線譜）。它們對應兩種X射線輻射的物理過程。第一章X射線物理學基礎(chǔ)一、連續(xù)X射線譜1、定義X射線譜中，強度隨波長連續(xù)變化的部分，稱為連續(xù)X射線譜，簡稱連續(xù)譜。2、連續(xù)譜的特點①不同管壓下，連續(xù)譜在短波方向都有一個突然截止的波長極限值，稱為短波限，用λ0表示。②X射線波長由大于λ0的所有輻射組成；③強度存在一最大值（約1.5λ0處，用λm表示）。④對同一靶材，不同管壓、管流下的連續(xù)譜的變化規(guī)律。第一章X射線物理學基礎(chǔ)3、連續(xù)X射線譜的解釋①連續(xù)譜的產(chǎn)生量子理論：當能量為eV的電子與靶的原子整體碰撞時，電子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式輻射出去，每碰撞一次，產(chǎn)生一個能量為hv的光子。由于大量電子射到陽極上的時間和條件不盡相同，僅有一少部分電子能產(chǎn)生極限能量交換，絕大多數(shù)電子經(jīng)多次碰撞完成能量交換，而輻射出波長大于λ0

的不同波長的X射線，形成連續(xù)譜。第一章X射線物理學基礎(chǔ)產(chǎn)生機理能量為eV的電子與陽極靶的原子碰撞時，電子失去自己的能量，其中部分以光子的形式輻射，碰撞一次產(chǎn)生一個能量為hv的光子，這樣的光子流即為X射線。單位時間內(nèi)到達陽極靶面的電子數(shù)目是極大量的，絕大多數(shù)電子要經(jīng)歷多次碰撞，產(chǎn)生能量各不相同的輻射，因此出現(xiàn)連續(xù)X射線譜第一章X射線物理學基礎(chǔ)連續(xù)X射線譜的總強度（能量）λλIIi1i2i3管流i3>i2>

i1MoAgW不同陽極第一章X射線物理學基礎(chǔ)管電壓和靶材一定，提高管電流，各波長X射線強度都提高，但λmin和λmax不變管電流和靶材一定，提高管電壓，各波長X射線強度都提高，λmin和λmax減小管電壓和管電流一定，靶材的原子序數(shù)z越高，連續(xù)譜強度越高，但λmin和λmax相同影響因素第一章X射線物理學基礎(chǔ)②短波限極限情況下，能量為eV的電子在一次碰撞中將其在電場中加速得到的全部動能轉(zhuǎn)給一個光子，則此光子的能量最大，波長最短，相當于短波限λ0的X射線。表明：λ0只與管電壓有關(guān)，不受其它因素的影響；隨管電壓增加，λ0向短波方向移動。第一章X射線物理學基礎(chǔ)③強度最大值位于1.5λ0附近X射線強度由每個光子的能量hv和單位時間通過單位面積的光子數(shù)目n兩個因素決定,即I=nhv。在碰撞過程中，能產(chǎn)生極限能量交換的電子僅占一少部分，而其他大量電子會產(chǎn)生多次碰撞完成能量交換，因此雖然短波限對應的光子能量最大，但光子數(shù)目不多，故強度的極大值不在λ0處，而位于1.5λ0附近。第一章X射線物理學基礎(chǔ)④對同一靶材，不同管壓、管流下的連續(xù)譜的變化規(guī)律。U管升高，各輻射強度升高，λ0和λmax

（最大輻射時的波長）均減小；解釋：當加大管壓時，擊靶電子的動能、電子與靶材原子的碰撞次數(shù)和輻射出來的X射線光子的能量都會增加，因此隨管壓的增加，各波長X射線的強度均增加。管電壓不變時，隨管電流的升高，各輻射強度均升高，但λ0和λmax保持不變。不同的靶面物質(zhì)發(fā)射的連續(xù)譜具有相似的特征第一章X射線物理學基礎(chǔ)二、特征X射線譜1、定義當U管超過某臨界值后，疊加在連續(xù)譜上的強度很高且具有一定波長的X射線譜，稱為特征X射線譜，簡稱特征譜。如鉬靶X射線管，當管電壓等于或高于20kV時，則除連續(xù)譜外，位于一定波長處（0.063nm和0.071nm）,疊加有少數(shù)強譜線。第一章X射線物理學基礎(chǔ)2、特點①產(chǎn)生特征X射線的條件：管電壓超過與靶材相應的某一特定值UK；②對一定的靶材，特征X射線波長為一定值。③λKα>λKβ,且同一元素對應譜線的強度比大約為5：1。第一章X射線物理學基礎(chǔ)3、對特征譜的解釋①特征譜的產(chǎn)生以及特征X射線波長為一定值的原因從原子結(jié)構(gòu)觀點解釋。原子系統(tǒng)中的電子不連續(xù)地分布在K、L、M、N…等不同能級的殼層上，各殼層的能量由里到外逐漸增加：EK<EL<EM…。第一章X射線物理學基礎(chǔ)特征X射線的命名：同一輻射線系還有區(qū)別。對跨越1、2、3個能級所引起的輻射分別以下角標α、β、γ等表示。例如：Kα、Kβ譜線；Lα、Lβ譜線。K系激發(fā)：K層電子被擊出的過程叫K系激發(fā)，隨之的電子躍遷所引起的輻射叫K系輻射（輻射出特征X射線）。依此類推，有L系激發(fā)、L系輻射等。第一章X射線物理學基礎(chǔ)K系激發(fā)機理K層電子被擊出時，原子系統(tǒng)能量由基態(tài)升到K激發(fā)態(tài)，高能級電子向K層空位填充時產(chǎn)生K系輻射。L層電子填充空位時，產(chǎn)生Kα輻射；M層電子填充空位時產(chǎn)生Kβ輻射Kβ輻射的光子能量大于Kα的能量，但K層與L層為相鄰能級，故L層電子填充幾率大，Kα的強度約為Kβ的5倍。第一章X射線物理學基礎(chǔ)高能電子撞擊陽極靶時，會將陽極物質(zhì)原子中K層電子撞出電子殼層，在K殼層中形成空位，原子系統(tǒng)能量升高，使體系處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，按能量最低原理，L、M、N一層中的電子會躍入K層的空位，為保持體系能量平衡，在躍遷的同時，這些電子會將多余的能量以X射線光量子的形式釋放。第一章X射線物理學基礎(chǔ)K系標識X射線：對于從L，M，N…殼層中的電子躍入K殼層空位時所釋放的X射線，分別稱之為K

、

K

、

K…譜線，共同構(gòu)成K系標識X射線。第一章X射線物理學基礎(chǔ)Kα和KβIβ:Iα=1:5IKα1:IKα2=2:1λKα=1/3(2λKα1+λKα2)第一章X射線物理學基礎(chǔ)例如，產(chǎn)生K輻射時，特征X射線光子的能量為電子躍遷前后兩能級的能量差：輻射的能量為多少？物質(zhì)一定，輻射出的X射線波長一定，代表了該元素的特征，故稱之為特征X射線。特征X射線的波長僅與靶材的原子序數(shù)有關(guān)；改變管電壓、管電流，只改變特征X射線的強度而波長不變。第一章X射線物理學基礎(chǔ)

②激發(fā)電壓激發(fā)電壓—激發(fā)靶材輻射出某特征X射線所需的管電壓的臨界值，稱為該靶面物質(zhì)的該系激發(fā)電壓。按被激發(fā)系列標以UK、UL、

UM

…等。UK＞UL＞UM…；解釋：以K系輻射為例：欲擊出靶材原子內(nèi)層電子，比如K層電子，必須滿足：臨界條件：第一章X射線物理學基礎(chǔ)

陽極靶材的原子序數(shù)越大，同一輻射的激發(fā)電壓越高！適宜工作電壓第一章X射線物理學基礎(chǔ)③，且K系特征X射線一般由Kα、Kβ二譜線構(gòu)成。Kα輻射是由L→K層電子躍遷產(chǎn)生，Kβ輻射是由M→K層電子躍遷產(chǎn)生，后者兩能級之差大于前者，故

；特征X射線強度還與光子的數(shù)目有關(guān)，根據(jù)量子躍遷幾率，相鄰電子殼層躍遷幾率(L→K層躍遷)大于非相鄰電子殼層躍遷幾率(M→K躍遷),且前者比后者大五倍左右，故

。第一章X射線物理學基礎(chǔ)

K系特征X射線中Kα是由Kα1和Kα2雙線組成。有：λKα2＞λKα1＞λKβ第一章X射線物理學基礎(chǔ)4、莫塞萊定律特征X射線譜的波長（或頻率）是物質(zhì)的固有特性。莫塞萊定律——特征譜波長和陽極靶原子序數(shù)Z之間的關(guān)系：

式中，K和都是常數(shù)。隨譜線的系別和線號而異。用途：是X射線光譜分析的基本依據(jù)。即將實驗測得的未知元素的特征X射線譜線波長，與已知元素的波長相比較，就可以確定它是何元素。第一章X射線物理學基礎(chǔ)靶材料特征X射線波長元素序數(shù)KKCr242.29072.0849Fe261.93731.7566Ni281.65921.5001Cu291.54181.3922Mo420.71070.6323W740.21060.1844

特征X射線波長與靶材料原子序數(shù)有關(guān)第一章X射線物理學基礎(chǔ)特征X射線主要用于：1）物質(zhì)結(jié)構(gòu)：確定物質(zhì)內(nèi)部原子的分布情況；2）相分析：研究單相或多相物質(zhì)的相構(gòu)成；3）微觀組織特征：如晶粒尺寸、宏微觀應力等；4）確定物質(zhì)：通過測定特征X射線波長，可確定物質(zhì)的原子序數(shù)；5）X射線熒光化學成分分析、電子探針成分分析的基礎(chǔ)。第一章X射線物理學基礎(chǔ)X射線譜小結(jié)產(chǎn)生機理譜圖特征與衍射分析的關(guān)系連續(xù)譜高速運動的帶電粒子能量轉(zhuǎn)換成的電磁波強度隨波長連續(xù)變化形成衍射分析的背底;特征譜高能級電子回跳到低能級時,多余能量轉(zhuǎn)換成的電磁波僅在特定波長處有特別強的強度峰衍射分析采用第一章X射線物理學基礎(chǔ)習題1.試計算波長0.71?（Mo-Kα）和1.54?（Cu-Kα）的X射線束，其頻率和每個量子的能量？（光速c=2.998*108m/s;h=6.626*10-34J.s）2.試計算用50千伏操作時，X射線管中的電子在撞擊靶時的速度和動能，所發(fā)射的X射線短波限為多少？(電子電荷e=1.6*10-19C；電子靜止質(zhì)量m=9.109*10-31kg)第一章X射線物理學基礎(chǔ)第一章X射線物理學基礎(chǔ)第四節(jié)X射線與物質(zhì)的相互作用一束X射線通過物質(zhì)時，它的能量可分為三部分：

(1)一部分被散射;(2)一部分被吸收;(3)一部分透過物質(zhì)繼續(xù)沿原來的方向傳播。透過物質(zhì)后的X射線束由于散射和吸收的影響，強度被衰減，并且吸收是造成強度衰減的主要原因。第一章X射線物理學基礎(chǔ)一、X射線的散射入射X射線與物質(zhì)作用，使一部分X射線穿過物質(zhì)后偏離原來的入射方向，即發(fā)生了X射線的散射。兩種散射現(xiàn)象：第一章X射線物理學基礎(chǔ)1、相干散射(彈性散射、經(jīng)典散射)相干散射：散射線與入射線的波長和頻率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干條件，這種散射稱為相干散射。經(jīng)典物理學理論解釋：入射X射線光子與原子內(nèi)受核束縛較緊的電子(如原子內(nèi)層電子)發(fā)生碰撞，入射光子的能量不足以使電子擺脫原子核的束縛，但電子在入射X射線交變電場作用下產(chǎn)生與入射波頻率相同的受迫振動，向周圍輻射與入射X射線波長相同的電磁波；第一章X射線物理學基礎(chǔ)發(fā)生上述散射時，光子的方向改變了，但能量幾乎沒有損失，散射線波長與入射波相同，有可能相互干涉。晶體中的原子，在入射X射線的作用下都產(chǎn)生這種散射，且原子的規(guī)則排列使散射線之間有確定的相位關(guān)系，于是在空間形成了相干散射。相干散射的意義：相干散射是X射線在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的物理基礎(chǔ)。第一章X射線物理學基礎(chǔ)2、非相干散射（康普頓散射、非彈性散射）

在偏離原射束方向上，不僅有與原射線波長相同的相干散射波，還有波長變長的的非相干散射波。非相干散射：散射X射線的波長隨散射方向不同而改變，分布于各個方向的散射線，波長各不相等，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。這種散射稱為非相干散射。第一章X射線物理學基礎(chǔ)量子理論解釋：X射線光子與原子中受核束縛較弱的電子或自由電子發(fā)生碰撞時，X射線光子把部分能量給予電子，使其動量提高，成為反沖電子，而X射線朝著散射角為α的方向被散射，且能量減少，即波長變長。

第一章X射線物理學基礎(chǔ)上式表明：①非相干散射波長的變化與入射波長和原子序數(shù)無關(guān)，只隨散射角而變化；②不同方向上散射線波長各不相同，這種散射線位相與入射線無確定關(guān)系。非相干散射的結(jié)果:散射線之間不能發(fā)生干涉作用，在衍射花樣中形成背底。第一章X射線物理學基礎(chǔ)一般來說，在一定的激發(fā)能量下，當樣品或散射體的原子序數(shù)比較小時，非相干散射較明顯；當樣品或散射體的原子序數(shù)較大時，相干散射會增強。第一章X射線物理學基礎(chǔ)二、X射線的吸收

X射線的吸收：指X射線穿過物質(zhì)時，其能量被轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，X射線的強度隨之衰減。物質(zhì)對X射線的吸收主要是物質(zhì)對入射X射線產(chǎn)生的熱效應、光電效應和俄歇效應，使入射X射線的能量分別轉(zhuǎn)變成熱量、光電子、熒光X射線和俄歇電子的能量，從而使X射線強度被衰減。第一章X射線物理學基礎(chǔ)1、光電效應X射線與物質(zhì)相互作用可以看作是X射線光子和物質(zhì)中的原子相互碰撞。當一個具有足夠能量的X射線光子從原子內(nèi)部擊出一個K層電子時，同樣也會發(fā)生象電子激發(fā)原子時類似的輻射過程。第一章X射線物理學基礎(chǔ)光電效應：由X射線光子激發(fā)原子所發(fā)生的輻射過程，稱為光電效應；光電子：光電效應中，被X射線光子擊出的電子稱為光電子；（光電子具有元素的特征能量，是X射線光電子能譜儀的檢測信號）熒光X射線：由入射X射線激發(fā)原子所輻射出的次級特征X射線稱熒光X射線(或二次特征X射線)。第一章X射線物理學基礎(chǔ)產(chǎn)生光電效應的條件：

欲激發(fā)原子產(chǎn)生K、L、M等線系的熒光輻射，入射X射線光量子的能量hν必須等于或略大于K、L、M層電子的結(jié)合能EK、EL、EM。如產(chǎn)生K系熒光輻射，入射光子的波長等于或略小于λK（或頻率等于或略大于νK）。λK—激發(fā)物質(zhì)產(chǎn)生K系熒光輻射，入射X射線須具有的臨界波長值，稱為激發(fā)限。第一章X射線物理學基礎(chǔ)一旦產(chǎn)生光電效應，入射X射線光子能量被大量吸收，表現(xiàn)為吸收系數(shù)突增。熒光X射線在不同分析方法中的作用：①在X射線衍射分析中，X射線熒光輻射是有害的，它增加衍射花樣的背底；②在元素分析中，它又是X射線熒光分析的基礎(chǔ)。第一章X射線物理學基礎(chǔ)2、俄歇效應俄歇效應：原子的內(nèi)層電子被激發(fā)后，隨之發(fā)生的一個空位被兩個空位所代替的現(xiàn)象稱為俄歇效應。俄歇效應是一種無輻射的躍遷過程。電子躍遷釋放的能量被電子吸收而激發(fā)出原子的電子稱為俄歇電子（Auger電子）。如KLL俄歇電子。第一章X射線物理學基礎(chǔ)俄歇電子的特點：①具有元素的特征能量。俄歇電子的能量能反映電子所屬原子和原子的結(jié)構(gòu)狀態(tài)特征，所以，可以利用俄歇電子能譜作樣品的成分分析。俄歇電子是俄歇電子能譜儀的檢測信號。②俄歇電子的能量很低，一般為幾百eV，平均自由程短，因此，檢測到的俄歇電子只來源于表面2～3個原子層。用途：俄歇電子能譜儀是研究物質(zhì)表面微區(qū)成分的有力工具之一。第一章X射線物理學基礎(chǔ)第一章X射線物理學基礎(chǔ)光電子被X射線擊出殼層的電子即光電子,它帶有殼層的特征能量(如XPS)熒光X射線高能級的電子回跳,多余能量以X射線形式發(fā)出。這個二次X射線就是熒光X射線（也稱熒光輻射），帶有殼層的特征能量。俄歇電子高能級的電子回跳,多余能量將同能級的另一個電子激發(fā)出去,這個被激發(fā)出去的電子就是俄歇電子，同樣帶有殼層的特征能量第一章X射線物理學基礎(chǔ)散射和吸收的比較散射散射無能量損失或損失相對較小相干散射是X射線衍射基礎(chǔ),只有相干散射才能產(chǎn)生衍射。散射是進行材料晶體結(jié)構(gòu)分析的工具吸收吸收是能量的大幅度轉(zhuǎn)換,多數(shù)在原子殼層上進行,從而帶有殼層的特征能量,因此是揭示材料成分的因素吸收是進行材料成分分析的工具還可以在分析成分的同時告訴你元素價態(tài)第一章X射線物理學基礎(chǔ)第五節(jié)X射線的衰減規(guī)律

一、X射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律與線吸收系數(shù)1、透射X射線的強度衰減規(guī)律透射X射線的強度第一章X射線物理學基礎(chǔ)上式中，μ稱為物質(zhì)的線吸收系數(shù)（或線衰減系數(shù)），單位為cm-1。2、線吸收系數(shù)μ的物理意義：μ＝－1n（IH/I0）/H，表示沿穿越方向上，厚度為1cm的物質(zhì)對X射線強度的吸收程度。特點：①對于一定波長和一定狀態(tài)下的物質(zhì)，μ為常數(shù)。②μ與物質(zhì)的密度ρ成正比，即與物質(zhì)的物理狀態(tài)有關(guān)。第一章X射線物理學基礎(chǔ)二、

質(zhì)量吸收系數(shù)1、質(zhì)量吸收系數(shù)μm＝μ/ρ，稱為質(zhì)量吸收系數(shù)，單位為cm2／g。

μm的物理意義：表示單位質(zhì)量物質(zhì)對X射線的衰減程度。第一章X射線物理學基礎(chǔ)μm的特點：①對一定波長的X射線和一定的物質(zhì)來說，μm為固定值。②μm與物質(zhì)的物理狀態(tài)無關(guān)。即與物質(zhì)的氣態(tài)、液態(tài)、粉末、塊樣、化合物、混合物等均無關(guān)。2、復雜物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)ωi、μmi分別為各組元的質(zhì)量百分數(shù)和質(zhì)量吸收系數(shù)。第一章X射線物理學基礎(chǔ)3、μm與波長λ和原子序數(shù)Z的關(guān)系一般X射線強度減弱主要由吸收作用造成，而散射作用極小。物質(zhì)對X射線的吸收可以近似用質(zhì)量吸收系數(shù)μm的大小來表示。μm與λ和Z存在如下函數(shù)關(guān)系：系數(shù)K在兩個吸收限之間為常數(shù)，不同吸收限之間的K值不同，且每一元素都有一組K。公式討論：①物質(zhì)的原子序越大，對x射線的吸收能力越強；②對一定的吸收體，x射線的波長越短，穿透能力越強，表現(xiàn)為吸收系數(shù)μm的下降。但隨波長的降低，在某些波長位置上出現(xiàn)吸收限。第一章X射線物理學基礎(chǔ)4、吸收限μm～λ關(guān)系曲線：當波長減小到某幾個值時，μm驟增，將曲線分割為幾個明顯不同的連續(xù)部分。吸收限：在μm～λ關(guān)系曲線中，質(zhì)量吸收系數(shù)隨著入射X射線波長的變化產(chǎn)生突變，突變處對應的波長稱為吸收限。第一章X射線物理學基礎(chǔ)為什么存在吸收限？入射光子能量大于吸收體某層電子結(jié)合能時，很容易被電子吸收，內(nèi)層電子溢出而產(chǎn)生光電效應。此效應消耗大量能量，表現(xiàn)為吸收系數(shù)突變。如存在λK、λL等

。λK值決定于吸收物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)。不同元素的吸收限值不同。原子序數(shù)愈大，同名吸收限波長值愈短。對同一物質(zhì)而言，第一章X射線物理學基礎(chǔ)利用陽極靶材的吸收限（激發(fā)限）λK，可以計算的靶材的激發(fā)電壓UK：式中，UK以V為單位。第一章X射線物理學基礎(chǔ)第一章X射線物理學基礎(chǔ)第六節(jié)吸收限的應用

吸收限的應用主要有兩個：選濾波片和選靶材。一、選濾波片

1、濾波片的作用在一些衍射分析工作中，我們需要盡可能接近單色的X射線。獲得單色X射線的方法之一是濾波，即在混合X射線出射的路徑上放置一定厚度的濾波片，簡便地將Kβ和連續(xù)X射線衰減到可以忽略的程度，使X射線單色化