第二章电磁辐射与材料的相互作用预案.ppt

1912年 劳厄发现X射线衍射，由此确定了X射线的波动性，于1914年获得诺贝尔物理学奖。 1913年 劳伦斯·布拉格提出X射线衍射公式，亨利·布拉格创建X射线分光仪，他们父子两人共获1915年诺贝尔物理学奖。 1913年 莫塞莱确立X射线标识谱线的规律性，他不幸于1915年牺牲于欧洲战场。 1917年 康普顿开始研究X射线散射，直至1923年才对康普顿效应作出明确的结论，1927年获得诺贝尔物理学奖。 1923年 卡尔·西格班发表《伦琴射线谱学》，对X射线标识谱作了详尽的探讨，1924年获得诺贝尔物理学奖。 1935年 策尼克发明相衬显微镜，为此获得了1953年诺贝尔物理学奖。 1937年 鲁斯卡研制商品电子显微镜，1986年获得诺贝尔物理学奖。 1956年 凯·西格班开始发表X射线光电子能谱学的成果，1981年获得诺贝尔物理学奖。 1982年 宾尼和罗雷尔发明扫描隧道显微镜，他们两人与鲁斯卡分享1986年诺贝尔物理学奖。 1990年 美国IBM公司的科学家首次用扫描隧道显微镜移动金属表面的原子。 X射线是由高能量粒子（电子）轰击原子所产生的电磁辐射，包括： 连续谱(或韧致辐射) 特征X射线 阴级 阳级 + - 一、X射线的产生与X射线谱 1.源X射线的产生 连续X射线和特征X射线 X射线管(原理示意图) 高压下，阴极发射电子，向阳极运动 阳极靶，有固定靶和转靶 阴极射线 阳极在高速电子的作用下产生X射线 X射线产生的另一方式：同步辐射 2. 连续X射线谱 连续X射线谱及管电压(V)对连续谱的影响(钨靶) 短波限 ?0 实际已含非X射线谱域的辐射 V增加，则?0减小，I(?)曲线上移，i增加，则I(?)上移，但?0不变；靶材原子序数(Z)增加，也使I(?)上移，且?0不变。 常称为韧致辐射 (1)为什么会出现连续X射线谱呢？ 我们假设管电流强度为10mA，即0.01C/s，电子电荷为1.6×10-19C，则一秒钟时间内到达阳极靶上的电子数目为 n=0.01/1.6×10-19=6.25×1016 这么大数目的电子到达靶上的时间和条件不会相同，并且大多数电子要经过多次碰撞，能量逐步损失掉，故出现连续变化的波长谱。 (2)为什么会出现短波限?0？ 对于能量为eV的电子与原子碰撞产生相应频率的X射线光子，由于所产生的光子的能量至多等于那个碰撞电子的能量eV，即光子能量hv永远小于或等于eV，即hvmax=eV,而我们知道vmax=c/?min，所以 ?min=hc/eV （2-23） 此时所产生的X射线光子具有最高的能量，最大的频率和最短的波长， ?0 (nm)= 1.24/V(kV) 3. 特征X射线谱 特征X射线的产生 较外层电子将向内层跃迁产生辐射即特征X射线或产生俄歇电子 。 管电压增至某一临界值(称激发电压) 使撞击靶材的电子具有足够能量时，可使靶原子内层产生空位 h?L?K=EL-EK 在某些特定波长位置出现的叠加在连续谱上的高而狭窄的谱线。 X射线谱系 若K层产生空位，其外层电子向K层跃迁产生的X射线统称为K系特征辐射。 由L层或M层或更外层电子跃迁产生的K系特征辐射分别顺序称为K?，K?，…射线。 距K层越远的能级，电子向K层跃迁几率越小，相应产生的辐射光子数越少，故通常除K?、K?外，忽略其它辐射。 若L层产生空位，其外M，N，…层电子向其跃迁产生的谱线分别顺序称为L?，L?，…射线，并统称为L系特征辐射。 M系等依此类推。 依据特征X射线的产生机理： K，L，…系谱线激发电压VK，VL，…不同，有VK＞VL＞…； 同系各谱线按?，?…波长顺序减少，如?K??K ?等。 特征X射线谱及管电压对特征谱的影响 (钼钯K系) 20kV 25kV 35kV 特征谱线的位置只与靶材的原子序数Z有关，而与V和I无关 ?K??K ? 特征谱线位置(波长?)仅与靶材(Z)有关而与V无关(VV激发，继续增加V，仅使谱线强度增加)。 ?与Z的关系由莫塞菜(Mose1ey)定律表述 (2-26) c与?——与线系有关的常数。 特征X射线的产生遵从光谱选律。 莫塞菜(Moseley)定律 电子探针和X荧光光谱元素定性分析的基本公式 特征X射线的多重线系 K?射线的双重线K?1与K?2(钼靶) K? 1：L2 ?K K? 2：L3 ?K 二、X射线与物质相互作用及据此建立的主要分析方法 X射线与固体物质的相互作用 医学上透视 X射线荧光光谱 X射线光电子能谱 X射线衍射 X射线激发俄歇电子能谱 若X射线照射(气态)自由原子，原子内层电子吸收