第一章X射线物理学基础资料.ppt

第一章 X射线物理学基础;第一节 X射线简介;一、X射线发展史;与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单;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;;三、X射线的性质;2、分类：;4、波粒二象性 X射线的客观属性; 描述波动性参量：频率ν、波长λ 描述粒子性参量：能量ε、动量Ρ 关系： 普朗克常数h=6.625×10-34J.s 当X射线与其它元素的原子或电子交换能量时只能一份一份地以最小能量单位（hν）被原子或电子吸收。;四、X射线的产生;2、产生条件;;五、X射线管;结构示意图;电子式X射线管实质上是一个真空二极管（10-3～10-4Pa），其结构为：;窗口：X射线从管内出射的地方，常开设2或4个。 窗口材料要有足够强度并尽可能少地吸收X射线，常用铍或硼酸铍锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成6o的???角。 X射线管中发出的X射线在各个方向不同，越接近与电子束垂直的方向，强度越高。对于直角靶面，最好沿靶面方向接收。但靶面不可能绝对光滑平整，大部分X射线将被吸收而减弱，故常在与靶面成6o的方向接收。 ; 上述常用X射线管的功率为500～3000W。目前还有旋转阳极X射线管、细聚焦X射线管和闪光X射线管。 因阳极不断旋转，电子束轰击部位不断改变，故提高功率也不会烧熔靶面。目前有100kW的旋转阳极，其功率比普通X射线管大数十倍。 ;第二节 X射线谱;一、连续X射线谱;1、实验规律;;2、产生机理;3、短波限;短波限只与管电压有关，不受其它因素的影响。 当固定管电压、增加管电流或增大阳极靶材原子序数时，λ0不变，仅使各波长X射线强度增高。;4、X射线的强度;连续谱中，每条曲线下的面积表示各种波长X射线的强度总和，也就是阳极靶发射出的X射线的总能量。 I连与管电压、管电流、阳极靶的原子序数存在如下关系： Z为阳极靶的原子序数，U为管电压（千伏）， i 为管电流（毫安）， K=(1.1~1.5)×10-9。 ;5、X射线管的效率;二、特征X射线谱; 特征X射线谱由一定波长的若干X射线叠加在连续X射线谱上构成，它和单色的可见光相似，具有一定的波长，故称单色X射线。每种元素只能发出一定波长的单色X射线，它是元素的标志，故也称为标识X射线。;1、特征X射线谱的特征;特征X射线谱的产生机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。;由不同外层上的电子跃迁至同一内层上来而辐射的特征谱线属于同一线系，并按电子跃迁所跨越的电子能级数目多少的顺序，将这同一线系的谱线分别标以α、β、γ等符号。 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层空位跃迁时产生K系辐射。L→K填充空位时，产生Kα辐射；M →K填充空位时产生Kβ辐射。L系辐射：M →L,产生Lα辐射；N →L,产生Lβ辐射。M系辐射。。。;K系谱线：;△l＝±1；△j＝0， ±1;K系谱线：;Kβ光子的能量大于Kα光子的能量；但K层与L层为相邻能级，故L层电子向K层跃迁的几率远大于M层跃迁的几率，所以Kα谱线的强度约为Kβ的五倍。 电子跃迁选择定则：△l＝±1；△j＝0， ±1 Kα双线系电子分别由LⅢ和LⅡ两个亚层跃迁到K层时产生的辐射， LⅢ亚层上四个电子跃迁至K层几率比LⅡ上二个电子跃迁几率大一倍，故Kα1谱线的强度约为Kα2的两倍。 双线的波长相差很小，一般情况下分辨不开，统称为Kα线。 ;3、莫塞莱定律;4、特征谱的强度;多晶材料的衍射分析中希望应用以特征谱为主的单色光源，即尽可能高的I特/I连。 U/UK=4时，I特/I连最大，此时连续谱造成的衍射背影最小。 X射线管适宜的工作电压： U≈（3～5）UK;5、阳极靶选择;第三节 X射线与物质的相互作用;一、X射线的散射 二、X射线的吸收 三、吸收限的应用 四、X射线的衰减规律 五、X射线与物质相互作用总结;一、X射线的散射;2、非相干散射（量子散射）;1923年康普顿发现并用量子理论解释这一现象，故称康普顿效应或量子散射。 非相干散射的波长变化为： 非相干散射不能参与晶体对X射线的衍射，但也无法防止，它分布于各个方向，强度随sinθ/λ的增加而增大。在衍射分析中形成背底，给衍射图象带来不利影响，特别对轻元素（电子受核的束缚弱）。;二、X射线