第一篇衍射分析

第一篇衍射分析第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一第一章X射線衍射分析X射線物理學(xué)基礎(chǔ)X射線運(yùn)動(dòng)學(xué)衍射理論（衍射方向）X射線運(yùn)動(dòng)學(xué)衍射理論（衍射強(qiáng)度）X射線衍射方法X射線衍射分析的應(yīng)用第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一§1X射線的產(chǎn)生及本質(zhì)第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一一、X射線衍射學(xué)的發(fā)展簡史1895年，德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線幾個(gè)月后醫(yī)學(xué)界用它診斷治病X射線工程上用于金屬材料、機(jī)械零件探傷透射學(xué)1912年，德國物理學(xué)家勞埃發(fā)現(xiàn)了X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象，揭示X射線的本質(zhì)仍是電磁波，同時(shí)證實(shí)了晶體的結(jié)構(gòu)，開始了X射線衍射學(xué)方面的應(yīng)用。第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一二、X射線的產(chǎn)生

凡是高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子被突然減速時(shí)便產(chǎn)生X射線。常用粒子是電子。

X射線管產(chǎn)生X射線的裝置：第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一三、X射線的本質(zhì)X射線的本質(zhì)是電磁波，又稱電磁輻射。具有波動(dòng)性，用參量描述：波長λ或波數(shù)σ、頻率υ、相位ф；具有微粒性，用參量描述：光子能量Ε和光子動(dòng)量Ρ。波動(dòng)性和粒子性是統(tǒng)一的，統(tǒng)一在關(guān)系式：

Ε＝hυΡ＝h/λX射線在電磁波譜中的位置：長波部分：射頻波（無線電波）和微波。中波部分：紫外線、可見光和紅外線。短波部分：X射線、和γ射線以及宇宙射線。

第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一§2X射線譜第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一一、連續(xù)輻射及連續(xù)X射線譜連續(xù)輻射：經(jīng)典電磁理論認(rèn)為高速運(yùn)動(dòng)的電子與靶材相撞獲得很大的負(fù)加速度，周圍產(chǎn)生急劇變化的電磁場，即電磁輻射。極大數(shù)量的電子與靶材隨機(jī)碰撞，碰撞過程、條件、能量等千變?nèi)f化，產(chǎn)生波長不同呈統(tǒng)計(jì)規(guī)律連續(xù)分布的X射線。稱此X射線為連續(xù)X射線，又稱白色X射線。第8頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一連續(xù)X射線譜：（強(qiáng)度I—波長λ關(guān)系曲線）

每一連續(xù)譜線都有一短波限λ0

整個(gè)連續(xù)譜線的強(qiáng)度第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一二、特征輻射及特征X射線譜特征輻射：輻射出的X射線的光量子的能量和波長為：對Z一定的原子，是一確定值，故輻射出的X射線的能量與波長也具有特征值，稱特征輻射，此X射線稱特征X射線，又稱單色X射線。第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一幾個(gè)概念：K系特征輻射，射線M系特征輻射，射線L系特征輻射，射線產(chǎn)生K，L，M……系特征輻射對應(yīng)的加速電壓不同，同系各譜線按波長順序減少如特征譜線波長與物質(zhì)原子序數(shù)遵循莫塞萊定律：第11頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一特征X射線譜：特征X射線是在某些特定波長位置出現(xiàn)的疊加在連續(xù)譜上的高而窄的譜線。第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一§3X射線與物質(zhì)的相互作用第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一一、X射線的散射X射線的散射：沿一定方向運(yùn)動(dòng)的X射線光子流與物質(zhì)的電子相互碰撞后，向周圍彈射的現(xiàn)象。相干散射：X射線光子與受原子核束縛很緊的電子發(fā)生碰撞而彈射，光子的方向改變了，但能量幾乎沒損失，產(chǎn)生波長不變的散射線。相干散射是X射線衍射分析的技術(shù)基礎(chǔ)。非相干散射：X射線光子與原子中受原子核束縛較弱的電子發(fā)生碰撞，電子被撞離原子并帶走光子的一部分能量而成為反沖電子，因損失能量而波長變長的光子也被撞偏一角度2θ，散射波與入射波波長不同，2θ也不存在確定的關(guān)系，不能相互干涉，稱非相干散射。第14頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一二、X射線的真吸收物質(zhì)對X射線的吸收指X射線能量在通過物質(zhì)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰俊?、光電效應(yīng)當(dāng)入射X射線光子能量達(dá)到某一閾值可擊出物質(zhì)內(nèi)層電子時(shí)，產(chǎn)生光電效應(yīng)。與此能量閾值相應(yīng)的波長稱為物質(zhì)的吸收限。第15頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2、俄歇效應(yīng)與熒光輻射

熒光輻射：入射X光子將原子內(nèi)層電子擊出，外層電子向內(nèi)層躍遷，原子系統(tǒng)降低的能量以X光子的形式輻射出來，輻射出的X光子仍帶有特征能量、特征波長，稱二次特征輻射，又熒光輻射。熒光輻射是X射線熒光分析方法的技術(shù)基礎(chǔ)，產(chǎn)生機(jī)理、特征波長與Z關(guān)系均同特征輻射。

俄歇效應(yīng)：入射X光子將原子內(nèi)層電子擊出，外層電子向內(nèi)層躍遷，原子系統(tǒng)降低的能量被同層鄰近電子或更外層電子獲得，并使這個(gè)電子受激發(fā)而逸出原子成為自由電子，即俄歇電子，稱俄歇效應(yīng)，是X射線激發(fā)俄歇能譜分析方法的技術(shù)基礎(chǔ)。俄歇電子能量低，作表層化學(xué)成分分析。第16頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一三、X射線的衰減因X射線與物