《材料科学基础教学资料》许乾慰x射线在材料中的应用.ppt

2.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射线也是电磁波的一种，波长在10－8cm左右 旋转阳极 常用X射线管的功率为500～3000W。目前还有旋转阳极X射线管、细聚焦X射线管和闪光X射线管。 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，其功率比普通X射线管大数十倍。 X射线谱------连续X射线谱 X射线强度与波长的关系曲线，称之X射线谱。 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。 X射线谱--------? 特征X射线谱 当管电压超过某临界值时，特征谱才会出现，该临界电压称激发电压。当管电压增加时，连续谱和特征谱强度都增加，而特征谱对应的波长保持不变。 钼靶X射线管当管电压等于或高于20KV时，则除连续X射线谱外，位于一定波长处还叠加有少数强谱线，它们即特征X射线谱。 钼靶X射线管在35KV电压下的谱线，其特征x射线分别位于0.63?和0.71?处，后者的强度约为前者强度的五倍。这两条谱线称钼的K系 特征X射线的命名方法 同样当K空位被M层电子填充时，则产生Kβ辐射。M能级与K能级之差大于L能级与K能级之差，即一个Kβ光子的能量大于一个Kα光子的能量； 但因L→K层跃迁的几率比M→K跃迁几率大，故Kα辐射强度比Kβ辐射强度大五倍左右。 显然， 当L层电子填充K层后，原子由K激发状态变成L激发状态，此时更外层如M、N……层的电子将填充L层空位，产生L系辐射。因此，当原子受到K激发时，除产生K系辐射外，还将伴生L、M……等系的辐射。除K系辐射因波长短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波长长而被吸收。 4.X射线与物质的相互作用 X射线与物质的相互作用，是一个比较复杂的物理过程。 一束X射线通过物体后，其强度将被衰减，它是被散射和吸收的结果，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。 布拉格定律的推证 x射线有强的穿透能力，在x射线作用下晶体的散射线来自若干层原子面，除同一层原子面的散射线互相干涉外，各原子面的散射线之间还要互相干涉。这里只讨论两相邻原子面的散射波的干涉。过D点分别向入射线和反射线作垂线，则AD之前和CD之后两束射线的光程相同，当光程差等于波长的整数倍时，相邻原子面散射波干涉加强，即干涉加强条件为： 布拉格定律的讨论----（1） 选择反射 Ⅹ射线在晶体中的衍射，实质上是晶体中各原子相干散射波之间互相干涉的结果。但因衍射线的方向恰好相当于原子面对入射线的反射，故可用布拉格定律代表反射规律来描述衍射线束的方向。 常用“反射”这个术语描述衍射问题，或者将“反射”和“衍射”作为同义词混合使用。 但应强调指出，x射线从原子面的反射和可见光的镜面反射不同，前者是有选择地反射，其选择条件为布拉格定律；而一束可见光以任意角度投射到镜面上时都可以产生反射，即反射不受条件限制。 因此，将x射线的晶面反射称为选择反射，反射之所以有选择性，是晶体内若干原子面反射线干涉的结果。 布拉格定律的讨论------（2） 衍射的限制条件 由布拉格公式2dsinθ=nλ可知，sinθ=nλ/2d，因sinθ1，故nλ/2d 1。 为使物理意义更清楚， 现考虑n＝1（即1级反射）的情况，此时λ/2d， 这就是能产生衍射的限制性条件。 说明用波长为λ的x射线照射晶体时，晶体中只有面间距dλ/2的晶面才能产生衍射。 例如:一组晶面间距从大到小的顺序：2.02?，1.43?，1.17?，1.01 ?，0.90 ?，0.83 ?，0.76 ?……当用波长为λkα=1.94?的铁靶照射时，因λkα/2=0.97?，只有四个d大于它，故产生衍射的晶面组有四个。如改用铜靶进行照射， 因λkα/2=0.77?， 故前六个晶面组都能产生衍射。 布拉格定律的讨论------（3） 干涉面 为了使用方便， 常将布拉格公式改写成。 如令 ，则 这样由（hkl）晶面的n级反射，可以看成由面间距为的（HKL）晶面的1级反射，（hkl）与（HKL）面互相平行。不一定是晶体中的原子面，而是为了简化布拉格公式而引入的反射面，常将它称为干涉面。 布拉格定律的讨论------（4） 衍射线方向与晶体结构的关系 从 看出，波长选定之后，衍射线束的方向（用 表示）是晶面间距d的函数。如将立方、正方、斜方晶系的面间距公式代入布拉格公式，并进行平方后