《现代仪器分析课件-X射线物理学基础》.ppt

仪器分析 --X射线多晶粉末衍射仪 所负责仪器 1.扫描电子显微镜（S-3000N） (Scanning electron microscope, 简写SEM) (Field emission scanning electron microscope,FE-SEM) 2.高分辨透射电子显微镜（JEM 2100） (High-resolution transmission electron microscopy, HRTEM) 3.粉末X射线衍射仪（D8 Advance） (x-ray diffaraction,XRD) 主要内容 一、X射线物理学基础 二、晶体学基础知识及X射线的衍射方向 三、X射线衍射仪应用 第一章 X射线物理基础 1.X射线的性质,本质和X射线的产生 2.X射线谱---连续谱,特征谱 3.X射线的探测与防护 X射线的发现 伟大的物理学家，X射线发现者------伦琴 X射线的产生 1895年，伦琴在研究阴极射线管时，他发现一块涂有氰亚铂酸钡的荧光屏发出荧光，他试着用各种物质挡，都挡不住。伦琴意识到这可能是某种特殊的从来没有观察到的射线，它具有特别强的穿透力。 X射线的发现时19世纪末20世纪初物理学的三大发现（X射线、放射线、电子）之一，这一发现标志着现代物理学的产生。 X射线照片 1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、传播、穿透力等大部分性质。 1901年伦琴获第一届诺贝尔物理学奖。 X射线最早的应用 在X射线发现后几个月医生就用它来为病人服务（X光片） 右图是纪念伦琴发现X射线100周年发行的纪念邮票 X射线的性质 人的肉眼看不见X射线，但X射线能使气体电离，使照相底片感光，能穿过不透明的物体，还能使荧光物质发出荧光。 X射线呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转；当穿过物体时仅部分被散射。 X射线对动物有机体（其中包括对人体）能产生巨大的生理上的影响，能杀伤生物细胞。 X射线的本质 X射线的本质 X射线的本质 他因此项成果于1914年获得诺贝尔奖。 X射线和可见光一样属于电磁波，仅是波长短而已，介于紫外线与γ射线之间，因此具有波粒二像性。既有波动性，又有粒子性。 在x射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反映在传播过程中发生干涉、衍射作用。 波动性 它以一定的波长和频率在空间传播。 ｖ＝ｃ／λ X射线的波长范围： 0.1~100 ? 表现形式：在晶体作衍射光栅观察到的X射线的衍射现象，即证明了X射线的波动性。 硬X射线（0.005-0.1nm）：波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。 软X射线（0.1-1nm）：波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱，可用于分析非金属的分析。 X射线波长的度量单位常用埃（?）表示；通用的国际计量单位中用纳米（nm）表示，它们之间的换算关系为：1nm=10?=10-9m 粒子性 相关习题： 1.试计算波长0.71?（Mo-Kα）和1.54?（Cu- Kα）的X射线束，其频率和每个光子的能量？ X射线的产生原理及X射线管 X射线的产生原理： 高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体温度升高。 产生条件 1.产生自由电子； 2.使电子作定向的高速运动; 3.在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。 X射线管的结构为： X射线管 （1） 阴极——发射电子。一般由钨丝制成，通电加热后释放出热辐射电子。 （2）?阳极——靶，使电子突然减速并发出X射线。 （3）?窗口——X射线出射通道。既能让X射线出射，又能使管密封。窗口材料用金属铍或硼酸铍锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成3-6°的斜角，以减少靶面对出射X射线的阻碍。 X射线管 （4）????焦点——阳极靶表面被电子轰击的一块面积，X射线就是从这块面积上发射出来的。焦点的尺寸和形状是X射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯丝的形状，螺形灯丝产生长方形焦点 2 X射线谱 由X射线管发射出来的X射线可以分为两种类型： (1)连续X射线（多色或白色X射线）； (2)特征X射线(单色X射线)。 X射线谱--------?连续X射线谱 具有连续波长的X射线，构成连续X射线谱，它和可见光相似，亦称多色X射线或白色X射线。 在管压很低时，小于20kv的曲线是连续变化的，故称之连续X射线谱，即连续谱。 产生机理 能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为hv的光子，这样的光子流即为X射线。单位时间内到达阳极靶面的电