东南大学《材料分析技术》1.1X射线物理基础.pptVIP

* 光电效应-荧光X射线 伴随光电效应： 荧光X射线: 当外层电子向空穴跃迁时，多余能量以X射线的形式放出 X射线荧光分析（XRF） * 光电效应-俄歇电子 伴随光电效应 俄歇电子：外层电子向内层空位跃迁时，多余的能量传递给其它外层电子，使之脱离原子而成为俄歇电子 俄歇电子能谱分析（AUS） * 电子对生成 作用对象： X-射线与物质原子在原子 区相互作用 过程： X-射线光子的能量 1.02 MeV 产生电子对（一个电子和一个正电子） 二者静止质量所对应于的能量各为： 二种粒子的质量均转变为能量产生二能量均为0.511Mev 的光子（射线），方向相反。 * X射线的吸收 宏观强度衰减规律 I＝I0e－?lx ?l－线吸收系数： 表示单位厚度的物质对X射线的吸收； ?l ＝? ?m， ?m－质量吸收系数： 表示单位质量物质对X射线的吸收 与吸收体的原子序数及X射线波长有关，与吸收体的密度（疏密，比如气体还是固体）无关 * 不同原子序数、不同光子能量下，衰减系数各成分所占的主要区段 * 质量吸收系数 元素对不同波长X射线的 可查表，也可计算求得，一般情况下，光电效应为主： 式中：K—常数 Z—吸收体的原子序数 λ—X射线波长 吸收系数随着原子序数和波长剧烈变化 * 吸收系数影响因素 * 质量吸收系数的加和性 化合物、陶瓷、合金等物质的 是按组分元素 的加权平均求得： —吸收体中各元素质量百分数 Wi — 吸收体中各元素的质量吸收系数 * 吸收限 产生突变。 不连续处称为 吸收限。 相应的波长为 吸收限波长λK， λL等。 * 吸收限 吸收限是由光电效应引起的。 X射线的λ ≤λK时，X射线光子被吸收，光子的能量转变为光电子、俄歇电子和荧光X射线的能量，使 发生突然↑。 吸收限两侧随着λ的变化基本遵循经验公式，只是K值各不相同。 * 滤波片 利用特征X射线进行物相分析时，只用单色Kα谱线，将Kβ等滤掉，需使用滤波片。 滤波片是利用吸收限两边吸收系数相差悬殊的特点。 滤波片的厚度对滤波质量影响很大，应选择适当的厚度。 滤波片材料根据阳极靶元素而定，满足下列关系 ： λKα(靶)＞λK(片)＞λKβ(靶) Z靶＜40时，Z滤波片=Z靶－1 Z靶＞40时，Z滤波片=Z靶－2 * X射线与物质相互作用小结 宏观效应--X射线强度衰减，是X射线成像（X-CT）分析的物理基础 微观机制--X射线被散射,吸收 散射：无能量损失或损失相对较小，只有相干散射才能产生衍射，相干散射是进行材料XRD分析的物理基础 吸收：能量大幅度转换, 带有壳层的特征能量,是揭示材料成分的因素。特征能量是进行材料成分分析的工具（X射线方谱分析，电子能谱等） XRD XCT X射线光谱分析 X射线光电子能谱分析 * X射线探测器 气体电离室 正比计数器 G-M计数管 闪烁探测器 非晶硅（硒）平板探测器 半导体探测器 影像板（image plate） X射线CCD 微多道板 胶片，荧光屏 * 气体电离室 X射线光子 电离 高压气体电离雪崩 电信号 高压 发生雪崩的阈值电场：E ~106V/m * 正比计数器和G-M计数管 两者都是以气体电离为基础的。每个X射线光子进入计数管产生一次电子雪崩，继而产生一个易于探测的电压脉冲。 当电压一定时，正比计数器所产生的脉冲大小与被吸收的X射线光子的能量呈正比。如：吸收一个CuKα光子（hv=9000ev）产生一个1.0 mV的电压脉冲。吸收一个MoKα光（hv=20000ev）产生一个2.2 mV的电压脉冲；正比计数器的电压脉冲为mV量级。 盖革计数器由盖革(Geiger)和弥勒(Mueller)发明，制造简单、价格便宜、使用方便；死时间长，仅能用于计数。 * 闪烁探测器（NaI） 闪烁探测器是利用射线在某些物质中产生的可见光来探测X射线的 闪烁体 光电倍增管(打拿极) 反射层 管座 分压器 高压 多道或单道 光阴极 阳极 荧光光子 光电子 暗盒 窗 前置放大器 优点：闪烁晶体(NaI)能吸收所有的入射光，吸收效率接近100％。 缺点：本底脉冲过高，即使在没有X射线入射时仍会产生“无照明电流”的脉冲。 * 非晶硅（硒）平板探测器 X射线光子 闪烁体 可见光 光电二极管 电荷信号 非晶硅薄膜 模拟电信号