chap1_X射线的物理特性.doc

第一篇 X射线衍射分析 n 1910年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴因X射线的发现而获得 第一个诺贝尔物理学奖。 ?1895年伦琴在研究真 空管中的高压放电现象 时，发现了X射线。 ?几个月后，医学界将 之运用于诊断及医疗， ?后来人们又用它进行 金属材料及机械零件的 探伤。 “X射线透射学” 伦琴夫人手指的X射线照 1912年在伦琴的两名研究生的帮助下，劳厄进行了第 一次X射线衍射实验，发现了X射线在晶体中的衍射现象， 提出了一组衍射方程。 第一次X射线衍射实验所用的仪器。所用的晶体是硫 酸铜。 劳厄法X射线 衍射实验的基 本装置与所拍 的照片 ?它一箭双雕地证实了X射线的本质（波动性）和晶体结构的周期性 这两个重要的物理学问题。 ?爱因期坦称，劳厄的实验是“ 物理学最美的实验”。 为研究物质的微观世界提供了崭新的方法。后来发展成为： “X射线衍射学”或“X射线晶体学” 劳埃方程使用不够方便，布拉格父子提出了晶面 “反射”X射线的概念，并推导出简单实用，至今被广 泛应用的布拉格方程。 1914年，莫塞莱发现不同材料的同名特征谱线的 波长和原子序数有定量的对应关系，利用这一原理对 材料的成分进行快速无损检测。 “X射线光谱学” 三个学科分支： （1）物相分析 n X射线透射学 n X射线光谱学 鉴定待测样的物相 n X射线衍射学 （2）精细结构研究 材料的晶格参数、残余应力 （3）晶体取向的测定 单晶体取向，多晶体织构 X射线衍射部分的主要内容或主要用途是： 用X射线照射物质（晶体），通过X射线与物质的反映，了解/理 解物质的结构信息。第一章 X射线的物理特性 n 1.1 X射线的产生及其性质 n 1.2 X射线谱 n 1.3 X射线与物质的相互作用 n 1.4 X射线的衰减规律 第一章 X射线的物理特性 X射线衍射的主要用途是： 用X射线照射物质（晶体），通过X射线与物质的反映，了解/理 解物质的结构信息。 通过本章的学习，理解： 如何产生X射线？对产生的X射线有什么要求？X射线与物质如何 反应？我们要探测它的哪种信号？？ 此外，也需要了解如何更好的选择X射线衍射的实验条件和实验 参数。 靶材的选择、滤片的选择。。。n 1.1 X射线的产生及其性质 n 1.2 X射线谱 n 1.3 X射线与物质的相互作用 n 1.4 X射线的衰减规律 第一节 Ｘ射线的产生极其性质 一、X射线的产生 X射线管包括阴 极、高压、靶材 1%左右的动能转变 为X射线能 一般是纯金属（Cu, Cr, Fe, Co…) 铍玻璃窗口 图1-1 X射线管的结构示意图二、X射线的本质 X射线是一种电磁波，横波，波长短（0.01-10nm） “硬”X射线，“软”X射线 三、X射线的性质 ? 穿过不同媒质时，几乎毫不偏折地直线传播，在电磁场中也不 发生偏斜 ? 波长短，肉眼看不到。通常靠使荧光物质发光、使照相底片感 光、使气体产生电离现象观察检测 ? 穿透能力大，特别是硬X射线(wavelength0.1nm)，在工业上 用来进行无损探伤 ? 软X射线的波长与晶体中原子间距比较接近，照射到物质上会 产生散射、衍射现象，用来做X射线衍射分析(0.25-0.05nm) ? 对有机质是有害的，需要加上铅制品保护。 第二节 X射线谱 一、连续谱 X射线强度随波长λ而变化的 关系曲线，即X射线谱。 丘包状曲线为连续谱 竖直尖峰为特征谱 对应两种X射线辐射的物理过 程。 连续谱：大量高速运动的电 子与靶材碰撞时而减速，不同 能量损失转化成不同波长的X射 线，并按统计规律分布。 图1-2 两种X射线谱示意图 短波限λo： hc 1 ε υ ν = eU = h = = m max 动 λ 2 o 2 hc K λ = = o eU U K=1.24nm·kV，短波限只与管 电压有关。 连续X射线总强度： I αiZU 连 = 2 实验公式 α值约为（1.1-1.4）×10-9 图1-2 两种X射线谱示意图 X射线管发射连续X射线的效率η为： 连续 射线总强度 X αiZU 2 η = = =αZU X射线管功率 iU 当用钨阳极（Z=74），管电压为100kV时，η≈1%， 可见效率是很低的。 ? 为提高发射效率，就要选用重金属靶，并施以高压。 ? 实验时为获得强的连续辐射，选用钨靶X射线管，在 60-80kV高压下工作。二、特征（标识）X射线谱 与阳极物质的原子结构有 关。 原子内层电子造成空位是 产生特征辐射的前提。 hυ =W - W = hυ - hυ K K L K L α 临界激发电压： 阳极物质原子序数愈大， 所需临界激发电压值也愈 高。 图1-3 特征X射线产生示意图 不同靶材的同名特征谱线，