X射线物理基础详解.pptx

X射线衍射学刘福生课程考核考核方式：开卷考试Tel-mail:fsliu@百度网盘：xrdszu@163.comszuxrd本课程学习的意义X射线衍射分析是材料研究的最常用手段加深对晶体结构的理解掌握衍射谱分析的步骤与细节认真听课勤记笔记善于思考及时总结主要内容X射线物理学基础X射线晶体学基础X射线衍射方向X射线衍射强度X射线衍射方法MDIJade与物相定性分析粉末衍射定量分析衍射图谱的指标化晶粒细化与显微畸变点阵常数的精确测定Rietveld精修基础理论应用第一章：X射线物理学基础主要内容1、X射线历史及其本质2、X射线的产生3、X射线与物质的相互作用4、X射线的吸收5、X射线吸收的应用1、X射线发现及本质1895年11月8日，德国物理学家伦琴（W.Röntgen）在研究真空管高压放电现象时偶然发现涂有氰亚铂酸钡硬纸板发出浅绿色荧光，试着木块、硬橡胶等挡也挡不住，甚至可透过人的骨骸!当时对此射线本质尚无了解，故取名X射线（伦琴射线）。这一伟大发现，伦琴于1901年第一位诺贝尔奖获得者。威廉·康拉德·伦琴（1845－1923）摄于1896年伦琴夫人的手1895年12月22日，他邀请夫人来到实验室，用光电管照射15分钟，拍下第一张人手X射线照片。伦琴发现X射线后，一个月内发表了《一种新射线》的文章，引起社会各界强烈的反应，各国竞相开展试验研究。ANewTypeofRays,The SocietyforPhysicsandMedicineX射线透视学虽未了解此现象本质，但其有强大穿透力，能透过人体显示骨骼，迅速被医学界广泛利用，成为透视人体、检查伤病的有力工具，产生了X射线透视学。后来又用于金属探伤，对工业技术也有很大促进作用。X射线最初医疗诊断－1896.2.3美国Dr.EdwinFrost(1866-1935)X射线的本质X射线衍射现象发现：1、肯定了X射线的本质。即是一种电磁波，有波动性。2、证实了晶体结构的周期性，为晶体微观结构研究提供了崭新的方法。晶体结构认识：从微米→纳米级，有更接近本质的认识。用X射线研究晶体结构工作－X射线晶体学或X射线衍射学。光的干涉与衍射干涉(interference)为两波重叠时组成新合成波的现象。两波交会后的波形和行进速度，不会因为曾经重叠而发生变化。衍射（Diffraction）又称为绕射，光线照射到物体边沿后通过散射继续在空间发射的现象。关系：如果采用单色平行光，则衍射后将产生干涉结果。相干波在空间某处相遇后，因位相不同，相互之间产生干涉作用，引起相互加强或减弱的物理现象。产生明显衍射的条件，（1）是相干波（点光源发出的波），（2）与波长相等或更小的光栅。衍射的结果是产生明暗相间的衍射花纹，代表着衍射方向（角度）和强度。衍射的最终图像是由多束相干散射光相互干涉造成。X射线衍射现象的发现1912年，德国物理学家劳埃（M.VonLaue）利用晶体作为天然光栅成功观察到了X射线衍射现象。他用CuSO4·5H2O进行实验，获得了第一张X射线衍射照片。1914年，获诺贝尔物理学奖。MaxvonLaue马克斯•冯•劳埃(1879-1960)CuSO4·5H2O衍射照片世界上第一张X射线衍射照片X射线波长法定单位为：nm，以前也常用埃（Å）。（1nm=10-9m＝10Å）X射线波长范围：0.001～10nm（或10-8～10-12m）两边与紫外线及γ射线重叠。晶体结构分析：波长在0.25～0.05nm，金属探伤：波长约为0.1～0.005nm或更短，波长较短的X射线，习惯上称为“硬X射线”。波长较长的X射线称为“软X射线。X射线在电磁波谱中的位置X射线的强度X射线强度－－用波动性观点描述：单位时间内通过垂直于传播方向的单位截面上的能量大小，强度与波振幅A2成正比。X射线强度－－用粒子性观点描述：单位时间内通过与传播方向相垂直的单位截面的光量子数目（CPS，Counts）。绝对强度单位是J／(m2·s)，但难以测定，常用相对强度，如：底片相对黑度、探测器（计数管）计数值等。2、X射线的产生与X射线谱（1）、X射线产生：高速运动带电粒子（电子）与某物质相撞击后突然减速或被阻止，与该物质中内层电子相互作用而产生的。X射线产生条件：1）产生并发射自由电子（加热W灯丝发射热电子）；2）在真空中迫使电子作定向的高速运动（加速电子）；3）在电子运动路经上设障碍，使其突然减速或停止（靶）据此，就可理解X射线发生器的构造原理了。连续X射线谱1.对X光管施不同电压，再测X射线强度和波长，得强度与波长关系曲线，称为X射线谱。Mo阳极靶不同管压下连续X光谱2.如：Mo靶V≤20kV时，曲线连续变化，称连续X射线谱（或白色X射线）。原理：电子与物质外层电子相互作用而减速，其损失的能量以X射线的形式释