X射線衍射基本原理.pptVIP

X射线衍射基本原理;一、X射线的产生和性质;(二)、X射线特性;粒子性： X射线在空间传播具有粒子性，或者说X射线是由大量以光速运动的粒子组成的不连续的粒子流，这些粒子叫光量子，每个光量子具有能量： 每个光量子的能量是X射线的最小能量单位。当它和其他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被原子或电子吸收。 ;(三)、X射线谱;(2) X射线特征谱 对X射线强度按波长的分布曲线与管电压大小间关系的研究指出，当管电压超过某一临界值V激后(对Mo靶为20kV， 对W靶为69.5 kV)，在连续X射线谱某几个特定波长的地方强度突然明显地增加。由于它们的波长反映了靶材料的特征，故称之为特征X射线。;X射线特征谱有以下特点： (1) 产生特征谱所需的最低电压(临界激发电压V激)对不同靶元素是不同的，随原子序数Z???增加而增加； (2) 特征谱的波长随靶元素原子序数Z的增加而变短； (3) 当管电压达到V激后再进一步升高时，特征谱的波长不变，但强度按所超过电压的n次方增加。;按量子理论原子是由原于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、0、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，可能将原子内层的某些电于逐出，使原子电离而处于激发态，空位将被较高能量壳层的电子来填充，能量差则以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。 如果是K完层的电子按逐出，接着由其它较高能级的外层电子填充而产生的X射线称为K系射线， 由L层电子填充者称为K?。射线，由M层电子填充音称为K?射线等等。同理，因L层电子被逐出而产生的X射线称为L系射线，其它类推。;原子间各壳层的能量差随原子序数的增加而增加，故特征辐射的波长随原子序数的增加而变短，这一关系遵循所谓莫塞莱(Moseley)定律： 这是成分分析的基础;(四)、X射线与物质交互作用;(2) 非相干散射 当X射线光量子冲击束缚力较小的电子或自由电子时，产生一种反冲电子，而入射X射线光置于自身则偏离入射方向(散射角为?)。散射X射线光量子的能量固部分转化为反冲电子的动能而降低波长增大。散射波的位向与入射波的位相之间不存在固定关及故这种散射波是不相干的，故称之为非相干散射或称康普顿－吴有训散射。;(3) 荧光辐射 当X射线光量子具有足够高的能量时，可以将被照射物质原子中的内层电子激发出来，使原子处于激发状态，通过原子中壳层上的电子跃迁辐射出X射线特征谱线。这种利用X射线激发作用而产生的新特征谱线称为二次特征辐射也称为荧光辐射。 入射X射线光量子的能量加必须等于或大于特此原子某一壳层的电子激发出所需要的脱出功。即： h?K=hc/?K?eVK 式中 VK为K系辐照的激发电压， ?K为产生K系激发的最长波长，称为K系特征辐射的激发限。;(4) X射线的衰减 X射线穿透过物质时，其强度要衰减。衰减的程度随所穿过物质厚度的增加按指数规律减弱，即： I=I0e- ?lx 式中 I0和I分别为入射X射线强度和穿透过厚度为x的物质后的X射线强度；?l为衰减系数也称线吸收系数。 对于同一物质，线吸收系数正比于它的密度，为此引入质量吸收系数?m， ?m= ?l/?。 ; 质量吸收系数 很大程度上取决于物质的化学成分和被吸收的入射x射线波长。 当波长变化到?K时，质量吸收系数产生了一个突变，这是由于入射X射线的光量子能量达到激发该物质元素的K层电子的数值，而被吸收并引起二次特征辐射。; 当X射线透过多种元素组成的物质时，X射线的衰减情况受到组成该物质的所有元素的共同影响，由被照射物质原子本身的性质决定，而与这些原子间的结合方式无关。多种元素组成物质的质量吸收系数由下式表示： 式中 (?m)i为第i 种元素的质量吸收系数，wi为各元素的重量百分比，N表示该物质是由N 种元素组成的。;X射线与物质的交互作用;二、X射线衍射几何学－布拉格定律;(1) 在单一原子面情况 当一束平行的X射线以?角投射到一个原子面上时，其中任意两个原子A、B的散射波在原子面反射方向上的光程差为： ?=CB-AD=ABcos ? -