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第一篇 X射线衍射分析任课教师：陆静 第一章 X射线物理基础 X射线的性质 X射线的产生及X射线谱 X射线与物质的相互作用 1.1 引言 X射线的发现是19世纪末20世纪初物理学的三大发现（X射线1895年、放射线1896年、电子1897年）之一，这一发现标志着现代物理学的产生。  发现X射线 1894年11月8日，德国物理学家伦琴在研究阴极射线管的高压放电现象时，发现了能使荧光屏发光的一种新射线。 1895年12月22日，伦琴和他夫人拍下了第一张X射线照片。 图为2001年3月27日，在澳大利亚悉尼大学，一名工作人员在审视手中的X射线照片。 1901年授予W.K.伦琴的第一张诺贝尔物理学奖奖状 X射线的性质 X射线的主要特征： 肉眼不可见 具有与可见光类似的性质（沿直线传播、使胶片感光、使荧光物质发光） 自身特点（很高的穿透能力、可被物质吸收和减弱、可使空气电离、对生物细胞有杀伤作用等） 1.2 X射线的本质 一、X射线的本质 X射线与可见光、紫外线、宇宙射线一样也是电磁波的一种，具有波粒二象性，波长在10－8cm左右，与晶格常数为同一数量级。 二、电磁波谱 X射线的波长在10－6cm~10－10cm 之间，在电磁波谱中与紫外线和γ射线相搭接。 二、电磁波谱 软X射线：波长较长，用于医学透视 硬X射线：波长较短，用于材料分析 三、X射线的波粒二象性 波动性：X射线以一定的波长和频率在空间传播，反映了物质运动的连续性。 粒子性：X射线以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量、能量和动量，反映了物质运动的分立性。 ——λ越小，p和ε越大，X射线穿透能力越强。 波粒二象性的表现： 波粒二象性是X射线的客观属性，在一定条件下，可能只有某一方面的属性表现得比较明显，而当条件改变时，另一方面的属性表现得比较明显。 例如，当X射线在空间传播过程中发生干涉、衍射现象，就突出地表现出它的波动性；而在与物质相互作用交换能量时，就突出地表现出它的粒子性。 1.3 X射线的产生及X射线管 一、X射线产生的基本条件 X射线是由高速运动着的带电粒子（电子）与某种物质撞击突然被阻止时，伴随电子动能的消失或转化而产生的。 产生自由电子 热阴极 基本条件： 使电子作定向高速运动 加速电场 在电子运动路径上设置障碍物 阳极(靶) 二、X射线管 1、X射线管 即X射线的发生装置，是有阴阳极的真空封闭管。 2、X射线管的结构： 阴极（灯丝）：钨丝制成，通电加热后热辐射电子 阳极（靶）：金属制成，使电子突然减速发射X射线 窗口：金属铍制成，是X射线射出的通道，要求既要由足够的强度维持高真空，又要对X射线吸收小。通常由四个或两个窗口。 3、X射线管工作原理 4、X射线管的焦点 焦点是阳极靶表面被电子束轰击的一块面积，X射线就从这块面积上发出。焦点的形状和尺寸是X射线管的重要特性之一。 焦点的形状取决于灯丝形状，螺线形灯丝产生长方形焦点。 为提高X射线衍射的分辨本领，要求焦点小、强度高。 1.4 X射线谱 X射线谱：用适当的方法测量X射线管发出的X射线的波长和强度，在强度—波长坐标上得到X射线强度随波长的变化曲线即X射线谱。 连续X射线谱 特征（标识）X射线谱 一、连续X射线谱 1. 定义 在一定的管电压（如20KV）以下，X射线强度随波长连续变化，称这种谱线为连续X射线谱，即连续谱。 2. 连续谱的特点 在短波方向上有短波限λ0 每条谱线都有一个强度最大值，最大值出现在1.5λ0处 随管电压增大，强度相应增高，谱线的短波限和强度最大值均向短波方向移动 3. 分析解释 X射线光子的产生 量子力学概念，当能量为eV的电子与靶原子碰撞时，电子失去能量，其中一部分以光子形式辐射出去。每碰撞一次，产生一个能量为hν的光子。 连续谱的形成 大量的电子到达靶面的时间、条件均不同，而且有多次碰撞，因而产生不同能量不同强度的光子序列，即形成连续谱。 关于短波限 极限情况下，能量为ev的电子在碰撞中一次把能量全部转给光子，那么该光子获得最高能量并具有最短波长，即短波限λ0 ——短波限