X射线衍射学1,X射线物理学报告.ppt

标识X射线谱的产生相理与阳极物质的原子内部结构紧密相关的。原子系统内的电子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各个能级。在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激发态。较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，并以光子的形式辐射出标识X射线谱。 * * K 层电子被击出时，原子系统能量由基态升到K激发态，高能级电子向K 层空位填充时产生K 系辐射。L 层电子填充空位时，产生Kα 辐射； M层电子填充空位时产生Kβ 辐射。 * 由能级可知K β 辐射的光子能量大于K α 的能量，但K层与L层为相邻能级，故L层电子填充几率大，所以K α 的强度约为K β 的5倍。 产生K系激发要阴极电子的能量eVk 至少等于击出一个K层电子所作的功Wk 。Vk就是激发电压。 * 标识X射线谱的频率和波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，是物质的固有特性。 即莫塞莱定律。该发现是原子知识进展的一个里程碑。 莫塞莱的主要业绩是：用实验证明元素的主要特性由其原子序数决定，而不是由原子量决定，确立了原子序数与原子核电荷之间的关系。 * X射线与物质相互作用时，产生各种不同和复杂的过程。就其能量转换而言，一束X 射线通过物质时，可分为三部分： 一部分被散射， 一部分被吸收， 一部分透过物质继续沿原来的方向传播。 * X射线被物质散射时，产生两种现象： § 相干散射：物质中的电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动。这样每个电子在各方向产生与入射X射线同频率的电磁波。新的散射波之间发生的干涉现象称为相干散射。 § 非相干散射。 * 物质中的电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动。这样每个电子在各方向产生与入射X射线同频率的电磁波。由于散射线与入射线的频率和波长一致，位相固定，在相同的方向上各个散射波符合干涉条件，因此称为相干散射。 干涉条件： 1，频率相同 2，相位差固定 3，振动方向一致 * 相干散射并未损失X射线的能量（频率或者波长没变），而只是改变了它的传播方向。因此相干散射又称为弹性散射。 相干散射是X射线在晶体中产生衍射的基础。 * 李先锋 材料科学与工程学院 * 材料近代分析测试方法 联系方式：科研大楼B108，email: xianfengli022@ X射线衍射1-X射线物理学(1,2) X射线衍射2-晶体学基础(3,4) X射线衍射3-衍射原理(5-6) X射线衍射4-实验方法及应用(7-8) XPS原理及应用- (9,10) * 2.1 X射线简介 2.2 X射线及其本质； 2.3 X射线的产生； 2.4 X射线谱； 2.5 X射线与物质相互作用； 2.6 X射线的探测与防护； * * 2.1 X射线简介 1836年，英国科学家迈克尔.法拉第(Michael Faraday)，阴极射线； 1861年，英国科学家威廉.克鲁克斯（William Crookes，1832-1919）发现通电的阴极射线管在放电时会产生亮光；胶卷曝光； 1890年美国科学家古德斯柏德，偶然洗出了一张X射线的透视底片； 1895年11月8日，克鲁克斯管，氰亚铂酸钡屏 1895年12月28日，论文《一种新射线-初步报告》X射线。为世纪之交物理学三大发现之一 X射线在晶体结构分析，人体疾病透视检查治疗方面有广泛应用，此而获得1901年诺贝尔物理奖。 * 1901年获诺贝尔物理奖 (W.C. Roentgen 1845-1923) 生活：体检透视、安全检查。 生产：海关验货、工业探伤等。 科研：XRD，XPS，XRF等 * 1895年，德国，伦琴（W.C.Rontgen)，发现，第一个诺贝尔物理奖； 1912年，德国，劳埃(M.von Laue)，第一张X射线衍射花样，晶体结构，电磁波，原子间距，劳埃方程，1914年诺物奖； 1913-1914年，英国，布拉格父子(Henry Bragg, Lawrence Bragg)，布拉格方程，晶体结构分析，1915年诺物奖； 1916年，德拜、谢乐，粉末法，多晶体结构分析，1936年诺化奖； 1917年，巴克拉（C.G.Barkla),元素特征X射线，1917年诺物奖； 1928年，盖格，弥勒，计数管，X射线衍射线强度，衍射仪。 * * 1，晶体结构分析：人类研究物质微观结构的第一种方法。 2，物相定性分析 3，物相定量分析 4，晶粒大小分析结晶度分析 5， 非晶态结构分析， 6，宏观应力与微观应力分析 7，择优取向分析 * * 材料结构分析方法是建立在材料的各种物理化学效应基础上，包括： （1）物理方法：光束、X射线束