X射线物理基础（参考）.ppt

* 比 较 内 容 连续谱 特征谱 谱 线 特 征 谱 线 形 态 I沿λ连续分布 有λo、λm I不连续分布 有λKα、λKβ 电 压 变 化 V↗ ， λo、λm↙ λ不变 电 流 变 化 i↗ ， λo、λm不变 λ不变 靶材料原子序数变化 λ变 λ变 机 理 原子核刹车辐射 电子跃迁辐射 X射线谱小结 * X射线与物质的相互作用 I0 I 散射X射线 电子 荧光X射线 热能 相干散射 非相干散射 光电子 俄歇电子 电子对 入射X-射线通过物质时，光子渐渐损失掉，在入射方向，射线愈来愈弱，衰减。 衰减的过程主要有三种：散射，光电吸收和 电子对生成。 * X射线相干散射 X射线光子与原子内束缚紧的电子相碰撞时（弹性碰撞），光子能量可认为不受损失，只改变方向。然而对入射线方向来说，强度衰减 同一方向上各散射波如果符合相干条件，相互干涉后，能量集中在某些方向，得到一定的花样。相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础 * X射线非相干散射：康普顿散射 作用对象：X射线与物质原子的外层电子或自由电子相互作用。入射X射线光子把一部分能量传给电子。波长变长。 电子沿一角度反冲弹出，动能通过电离和激发过程最后变成热消耗掉； 光子并不消失，但能量减小（从而它的频率降低，方向改变，这个光子称散射光子； 能量守恒、动量守恒推导出波长改变取决于方向 X射线粒子性的直接实验验证。 * 1922年10月， 美国芝加哥大学 康普顿-吴有训效应 1927年 提供15种元素散射谱线作为佐证 * 光电效应 电子被光子击出：“光电子”产生。光子本身消失了 物质的原子被电离，原壳层处留下空位 “光电子”继续撞击物质中的其它原子，它的动能以热的形式消耗在附近晶格中；但有部分光电子逃逸出表面 利用光电效应产生的光电子可以进行X射线光电子能谱分析(XPS) 1921年 * 光电效应-荧光X射线 伴随光电效应： 荧光X射线: 当外层电子向空穴跃迁时，多余能量以X射线的形式放出 X射线荧光分析（XRF） * 俄歇效应 伴随光电效应 俄歇电子：外层电子向内层空位跃迁时，多余的能量传递给其它外层电子，使之脱离原子而成为俄歇电子 俄歇电子能谱分析（AES） * 电子对生成 作用对象： X-射线与物质原子在原子区相互作用 过程： X-射线光子的能量 1.02 MeV 产生电子对（一个电子和一个正电子） 二者静止质量所对应于的能量各为： 二种粒子的质量均转变为能量产生二能量均为0.511Mev 的光子（射线），方向相反。 * 不同原子序数、不同光子能量下，衰减系数各成分所占的主要区段 * X射线的吸收 宏观强度衰减规律 I＝I0e－?lx ?l－线吸收系数：表示单位厚度的物质对X射线的吸收； --- 与X射线的波长，吸收物质，吸收物质的物理状态有关。 ?l ＝? ?m， ?m－质量吸收系数：表示单位质量物质对X射线的吸收 --- 与吸收体的原子序数及X射线波长有关， --- 与吸收体的密度（疏密，比如气体还是固体）无关 * 质量吸收系数 元素对不同波长X射线的 可查表，也可计算求得，一般情况下，光电效应为主： 式中：K—常数 Z—吸收体的原子序数 λ—X射线波长 吸收系数随着原子序数和波长剧烈变化 * 吸收系数影响因素 * 质量吸收系数的加和性 化合物、陶瓷、合金等物质的 是按组分元素 的加权平均求得： —吸收体中各元素质量百分数 — 吸收体中各元素的质量吸收系数 * 当X射线的λ 由大变小逼近λK时因入射X射线光子能量(与波长有关)恰好能激发某元素原子能级，X射线能量被大量吸收 产生突变。 不连续处：吸收限 相应的吸收限 波长为λK， λL等。 * 吸收限 (Absorption edge) 吸收限是由光电效应引起的。 X射线的λ ?λK时，产生光电效应 X射线光子被吸收，光子的能量转变为光电子、俄歇电子和荧光X射线的能量，使 发生突然↑。故λK称为吸收限。 吸收限两侧随着λ的变化基本遵循经验公式 ， 只是k值各不相同。 * 滤波片 利用特征X射线进行物相分析时，只用单色Kα谱线，须将Kβ等滤掉，需使用滤波片。 滤波片材料根据阳极靶元素而定，满足下列