第二章_X射线衍射分析2.1.ppt

第一节 X射线的发生与性质 伟大的物理学家,X射线发现者-----伦琴 X射线：未知数 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 右图是纪念伦琴发现X射线100周年发行的纪念封 伦 琴 1.1 引 言 1895年德国物理学家---“伦琴”发现X射线 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年伦琴获诺贝尔奖（第一人） 1912年劳埃进行了晶体的X射线衍射实验，第一次将X射线和晶体结构联系起来。一方面证明了X射线是一种波，另一方面开创了用X射线研究晶体结构的新领域。 1912年，英国物理学家布拉格父子利用X射线衍射方法测定了NaCl晶体结构，并推导出布拉格方程，开始了X射线晶体结构分析的历史； 1916年，德拜（Debye）、谢乐（Scherrer）提出“粉末法”； 1928年，盖革（Geiger）首先用记录器来记录X射线，导致X射线衍射仪的产生； 目前X射线广泛地应用于医学、工程、材料、宇航事业上。例如：可进行人体探伤，晶体结构分析、无损探伤等。 历史上影响最大的10个实验 X射线的系列实验 1.2 X射线的本质 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射线具有波粒二相性 X射线的本质是电磁辐射，与可见光完全相同，仅是波长短而已，因此其同样具有波粒二象性。 波动性 X射线的波长范围(图1-1) 10~0.001nm 用于晶体结构分析 0.25~0.05nm 用于金属探伤 0.1~0.005用于光刻 5~0.4nm 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。 软X射线：波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱，可用于非金属的分析。 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 ? 粒子性 特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量。 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。 X射线的频率?、波长λ及其光子的能量ε、动量p之间存在如下关系： 式中h——普朗克常数，等于6.625× J.s; c——X射线的速度，等于3.0× m/s. 相关习题： 1.试计算波长0.71 ? （Mo-Kα）和1.54 ? （Cu- Kα）的X射线束，其频率和每个量子的能量？ 解答 习题解答 1.3 X射线的产生及X射线管 X射线的产生： 由于 X-Ray是高能电磁波，必由高能过程产生。 X射线是高速运动的粒子（一般用电子）与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。 1.3 X射线的产生及X射线管 (1)产生原理 (2)产生条件 (3) X射线管 (4)过程演示 1-4 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（白色）X射线 (2)特征（标识）X射线 连续辐射，特征辐射 (1) 连续X射线 由具有从某个最短波长（短波极限λ0）开始的连续的各种波长的X射线的集合（即：波长范围为λ0 ~λ∝）。 。 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子数目是很多的，绝大多数电子要经历多次碰撞，逐渐地损耗自身的能力，即产生多次辐射，由于多次辐射中光子的能量不同，因此出现不同波长的X射线，构成连续X射线谱。 短波限 连续X射线谱在短波方向有一个波长极限，称为短波限λ0。它是由电子一次碰撞就耗尽能量所产生的X射线，此光子能量最大波长最短。它只与管电压有关，不受其它因素的影响。 光子能量为