X-ray工作原理.doc

X-RAY 的工作原理 石英晶体是各向异性之晶体, 石英晶片的切割方位稍有不同, 温度特性就有很大的差别。X光定向就是目前準確測定晶片方位的最佳方法. X射线的产生原理: X射线管中的阴板(灯丝)所发射的电子快速轰击阳板(靶面), 使阳极中的原子受到轰击后, K层电子脱离轨道转移到能量较高的外层(或者将电子层中的电子轰出该原子系统, 从而产生电离)。同时, 外层电子跃入内层空位, 跃迁中能量转化具有一定波长和频率的光子, 这种射线称为X射线。 对于不同材料的阳极(靶子), 其射线波长是不同的。如表: 靶子元素 原子序數 Ka1(埃) Ka2(埃) Ka*(埃) Kβ (埃) λk (埃) Vk(千伏) 適宜的工作電壓(千伏) 被強烈吸收射元素 Ka Kβ Cr 24 2.28962 2.29351 2.2909 2.08480 2.0701 5.98 20-25 Ti Sc Ca V Fe 26 1.93597 1.93991 1.9373 1.75653 1.7433 7.10 25-30 Cr V Ti Mn Co 27 1.78892 1.79278 1.7902 1.62075 1.6081 7.71 30 Mn Cr V Fe Ni 28 1.65784 1.66169 1.6591 1.50010 1.4880 8.29 30-35 Fe Mn Cr Co Cu 29 1.54051 1.54433 1.5418 1.39217 1.3804 8.26 35-40 Co Fe Nb Ni Mo 42 0.70926 0.71354 0.7107 0.63225 0.6198 20.0 50-55 Y Sr Ru Nb,Zr Ag 47 0.55941 0.56381 0.5609 0.49701 0.4855 25.5 55-60 Ru Mo Nb Pb,Rh 因此, 我们在为X光机高压时, 需要暖机30分钟, 其作用就是让X射线管中产生一定量的光子, 这样才会保證X射线在晶体中的衍射强度。我们通常采用铜靶X光管。銅靶所产生的特征X射线有Kα和Kβ两种, 而Kα又有 Kα1与Kα2 两种, 它们波长分别为: λKα1=1.53748A0 λKα2=1.5412A0 λKβ=1.3892A0 三种射线强度比为: Kα1: Kα2: Kβ=50:100:22 所以, 我们又习惯称之为X光反射。 入射光即入射X射线, 反射线即衍射光, 界面即相应的原子面。為了提高定向的精準度和消除Kβ射線的影響,可在X光管的窗口加一個濾光片,銅靶的濾光片采用為0.021mm的鎳片 . X射线管在使用的过程中, 会产生高温, 因此在使用之前一定要检查排风扇的使用状况。. X射线在晶体中的衍射状况 X射线进入晶体后, 即引起晶体中原子周圍的电子产生振动(跃迁), 随着振動就产生X射线(稱為次X射線), 它的频率和波长与原X射线相同, 而强度甚弱. 单一原子产生的X射线是微不足到的,但晶體中的原子呈週期性重复排列,因此,所發生的X射線会发生干涉现象,其干涉结果是X射线的互相重叠而加强, 或互相抵消而减弱.晶体中各原子所放出的X射线在不同的方位上, 其行程也不同, 只有当某个方向行程差等于波长整数时, 各原子所产生的X射线将形成一系列的球面波, (如图) 沿着这些波面作公切线, 其法线方向即为散射波相互叠加的方向, 从而在该方向产生衍射.平行於原子排列的公切線稱為0級, 衍射束的波前順次相差一個波長的球面波公切線為一級衍射, 按射線束波前依此類推可以得到1,2,3……級衍射, 隨著衍射级別的升高, 其衍射角增大, 而衍射強度減弱。故在晶體定向時,盡可能選用一級衍射. 布拉格定律: 產生”反射”的條件是相鄰網面所反射的X射線的行程差等於波長的整數倍. nλ=2dsinθ n:1,2,3,…衍射級次 λ:X射線波長 d:原子面間距 θ:x射線與原子面間夾角 3.衍射强度的大小取决于以下几点: (1)X光机的电流的大小. X光机的电流越大, 电子轰击铜靶所产生的光就会越多, 光子越多, 对晶体内部的原子层反射强度就会大, 从而衍射强度就会越大. (2) 衍射强度同时还会与网面中原子密度有关, 网面中原子密度越大, 其衍射强度就会越大. 网面原子密度越小, 其衍射强度就会越弱