第一章 X射线物理基础课件.ppt

X射线衍射分析谭红琳 1、X射线物理基础 2、X射线运动学衍射原理 3、多晶体的X射线衍射分析 4、X射线衍射方法的实际应用 5、宏观应力测定 物质的性质、材料的性能决定于它们的组成和微观结构。 如果你有一双X射线的眼睛，就能把物质的微观结构看个清清楚楚明明白白！ X射线衍射将会有助于你探究为何成份相同的材料，其性能有时会差异极大. X射线衍射将会有助于你找到获得预想性能的途径 第一章 X射线物理学基础 内容提要： 第一节 X射线的性质 第二节 X射线的产生 第三节 X射线谱 第四节 X射线与物质的相互作用 第五节 X射线的衰减规律 第六节 吸收限的应用 引言—X射线学的发展及分支 ① 1895年德国物理学家“伦琴”发现X射线。 ②1912年，德国物理学家“劳埃”发现了X射线在晶体中的衍射现象。 （两方面意义：肯定了X射线的本质；证实了晶体结构的猜想。） 获1914年的诺贝尔物理学奖。 获1915年的诺贝尔物理学奖。 之后发展了X射线学的另一分支：“X射线衍射学”（或“X射线晶体学” ）。 ③ 1914年，莫塞莱发现不同元素的同名特征X谱线的波长和原子序数有定量的对应关系。 发展了第三个分支 “X射线光谱学”。（即根据X射线光谱，研究物质的原子结构和成分。） 第一节 X射线的性质 X射线的波长范围：10-3～10nm。 一、 X射线的性质 ① 不可见，但它能使一些气体或其他物质电离，使照相底片感光，使荧光物质发光。 ② 穿透性强，并可被物质吸收和散射。 软X射线: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。 硬X射线：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。 常用于金属零件的探伤和医学上的透视分析。 ③折射率≈1 X射线穿过不同媒质时，呈直线传播，在电场和磁场中也不发生偏转，因此不能用常规方法使X射线会聚或发散。 ④ 对生物细胞有很强的杀伤作用。 二、 X射线的本质 1、X射线的本质 也是电磁波，即也是一种无静止质量并以光速运动的光子。 2、X射线的波粒二象性 波动性的表现：以一定的频率和波长在空间传播，例如以晶体作衍射光栅时观察到的X射线的衍射现象； 描述波动性的物理量：频率ν、波长λ 粒子性的表现：以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量、能量和动量，如光电效应等。 描述粒子性的物理量：能量E、动量P 表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电效应；二次电子等。 波动性和粒子性之间存在下述关系： 相关习题： 1.试计算波长0.71A（Mo-Kα）和1.54A（Cu- Kα）的X射线束，其频率和每个量子的能量？ 第二节 X射线的产生 一、X射线产生原理 实验证明：高速运动的带电的基本粒子突然受阻时，随着能量的消失和转化，就会产生X射线。 实际用于获得X射线的带电粒子是电子。 电子式X射线管产生X射线的条件： (1)?? 产生电子的电子源；灯丝+高真空 (2)?? 使电子作定向高速运动；高电压 (3)?? 在高速电子流的运动路径上设置障碍物，使电子突然受阻。阳极靶 (4)?? 封闭在高真空中，真空度高于10-3Pa。 二、 X射线管 1、封闭电子式X射线管的结构 封闭电子式X射线管与其结构示意图 (1)??阴极：钨丝；加热钨丝发射热电子； (2)??阳极/靶：使电子突然减速并发射X射线的地方。 不同的靶面材料用于获得不同波长的X射线。 (3) ?阴极和阳极之间的高压使电子作定向高速运动； (4)??阴、阳极都密封在高真空管中，真空度10-3Pa。 其他组成部分：金属聚焦罩、冷却水、铍窗口。 高速运动的电子与物质碰撞时被突然减速或停止运动，其大部分动能（~99%）转变为热能使物体升温，而一小部分动能（~1%）则转变为光能以X射线形式向外界释放。 封闭电子式X射线管的功率有限，为500～3000W。 2、旋转阳极? 大功率X射线源需要用旋转阳极。 因阳极不断旋转，电子束轰击部位不断改变，故提高功率也不会烧熔靶面。 目前有100kW的旋转阳极。 第三节 X射线谱 X射线谱：X射线强度随波长变化的关系曲线。 X射线的强度 X射线的强度：单位时间内，通过与X射线传播方向垂直的单位面积上的X射线光量子的能量总和。用I表示。 常用单位：J/cm2·s。 强度为光子流密度和每个光子的能量的乘积。(光子流密度：单位时间内通过单位截面的光量子数目。) 即X射线的强度（I）是由光量子的能量（hν）及它的数目（n） 决定，I= n hν。 由热阴极X射线管发出的X射线分为两种类型： (1)连续X射线谱； (2)特征X射线谱（又称标识X射线谱）。 它们对应两种X射线辐射的物理过程。 一、连续X射线谱 1、定义 X射线谱中，强度随波长连续变