材料分析常铁军考试复习重点.docx

第一章 X射线基本特性1. X射线本质：极强穿透能力电磁波或电磁辐射；具有波粒二相性。X射线波长范围：0.001-10nm；0.05-0.25nm 衍射分析(晶体结构分析)；0.005-0.1nm 材料探伤；1-10nm医学特性：不可见，沿直线传播；不带电荷，经过电、磁场时不发生偏转；具有干涉、漫反射等现象；使照相胶片感光，使气体电离；能产生生物效应，杀伤有生命的细胞；穿过物质时可以被吸收而使其强度衰减结构、产生：①阴极：发射电子的地方，由绕成螺线形的钨丝制成；②阳极（靶）：使电子突然减速和发射X射线的地方；③阳极靶、焦点、铍窗口、阴极灯丝电流；④焦点：阳极靶面被电子束轰击的区域；⑤铍窗口：X射线从阳极靶向外射出的地方；⑥管电压：施加在X射线管阴极和阳极之间的高压；⑦管电流：X射线管阴极和阳极之间高速定向运动的电子流；分类：①连续X射线谱：由从λ0开始，直到波长等于λ的一系列波所构成。短波限λ0：光子具有的最高能量对应的最短波长。 特点：①强度随波长而连续变化，每条曲线都对应有一个最短的波长（短波限λ0）和一个强度的最大值。最大值一般在1.5λ0地方。 ②λ0只与管压有关，与管流和靶材无关。λ0=1.24/V (nm)，随着管压的增大，λ0向短波方向移动。③连续X射线的强度不仅与管压有关，还与管流和靶材有关；当需要连续X射线时，一般采用重元素的靶能得到较强的连续X射线机理：按量子理论，当高速的电子撞击靶中的原子时，电子失去自己的能量，其中大部分转化为热能，一部分以光子（X射线）的形式幅射出。光子的能量为h?，由于单位时间内到达靶表面的电子数量很多，各个电子的能量各不相同，产生的X射线的波长也就不同，故产生连续的X射线谱。②特征X射线谱：具有一定波长的若干特强的X射线叠加在强度连续光滑变化的连续X射线谱上。机理：K系激发：K层电子被激出的过程；K系辐射：外层电子跃迁到K层上所辐射出的特征X射线。K、K谱线：电子由LK，MK所引起的K系辐射产生：①按量子理论原子是由原子核及绕核运动的电子组成的，电子分布在不同能级的壳层(轨道)上，即，K、L、M、N、O、P等层，能量逐渐增高。两相邻层间的能量差依K、L、M、N……的次序减小。当具有足够能量的电子(大于或等于壳层电子的结合能)轰击阳极靶时，会将阳极靶物质中原子K层电子撞出，在K壳层中形成空位，使原子电离而处于激发态，按能量最低原理， L、M、N…层中的电子会跃入K层空位，为保持体系能量的平衡，在跃迁的同时，这些电子会将多余的能量以X射线光子的形式辐射出来，结果得到具有固定能量、固定频率或固定波长的X射线。对于从L、M、N…壳层中的电子跃入K壳层空位时所释放出的X射线分别称为K，K …谱线，共同构成K系特征X射线。K波长强度大于K特征X射线产生存在一个临界激发电压；WK：K层电子的逸出功；VK：阴极电子击出靶材原子K电子所需的临界激发电压2. 散射波定义：当入射X射线的光子与原子的内层电子相遇，电子在入射X射线电场作用下，产生强迫振动，每个受迫振动的电子成为新的电磁波源向空间各个方向辐射与入射波同频率的电磁波。3. 相干散射(Thomson散射)定义：散射波的波长与频率与入射波相同，新的散射波之间可以发生干涉作用。 特征：相干散射不损失X射线的能量，但改变了传播方向。4. 非相干散射(Compton散射, 吴有训散射)定义：X射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞时，光子离开原来的方向，且能量减小，波长增加电子获得一部分动能成为反冲电子。特征：散射波之间无明确的相位关系, 不能采用叠加原理, 只提供衍射图形背底。5. X射线的衰减定义：X射线穿透厚度为X的物质时的射线强度 比例系数l：线吸收系数，质量吸收系数m=l/ [cm2/g]；：物质密度；m物理意义：单位重量物质对X射线的衰减量。K：常数 ；Z：原子序数。6. X射线的吸收定义：X射线能量在通过物质时转变为其它形式的能量 --- 光电效应、俄歇效应。原因：吸收主要由原子内部的电子跃迁引起。7. 光电效应定义：当一个具有足够能量的X射线光子碰撞到物质的原子时，也可以击出原子内层(如K层)的电子而产生电子空位，且高能级的电子填充该空位发生电子跃迁时，同样会产生辐射，即产生特征X射线。这种以X射线光子激发物质原子所发生的激发和辐射的过程称为光电效应。被击出的电子被称为X射线光电子，所辐射的特征X射线称为次级（或二次）X射线，或称为荧光X射线。产生条件：产生光电效应，X射线光子波长必须小于吸收限λk。当X光子激发K系（电子）产生光电效应时，光子的能量必须大于击出一个K层电子所做的功（临界值）。从激发光电效应角度讲，称?K为激发限波长，即只有波长小于λk的X光子才能激发K系产生X光电效应而使X射线的能量被吸收。8. 俄歇效应原子在