X光总评.doc

概述 1、什么是X射线？ 1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时偶然发现了一种新射线，因当时不知道它的性质和本质，在代数上常用X代表未知数，故命名为X射线。 2、什么是X射线学？ X射线学是利用X射线与物质的相互作用，去研究物质的成分、缺陷、组织、结构和结构变化有关的问题的一门科学。 X射线衍射术是一种应用于材料分析的高科技无损检测方法，可以采用这种方法进行分析研究的材料范围非常广泛，包括金属、矿物、聚合物、催化剂、塑料、药物、薄膜镀层、陶瓷和半导体等。X射线衍射方法的应用遍及工业和科研院所，现已成为一种不可缺少的材料研究表征和质量控制手段。具体应用范围包括定性和定量相分析、结晶学分析、结构解析、织构和残余应力分析、受控样品环境、微区衍射、纳米材料、实验和过程的自动控制等。 X射线衍射的主要应用——X射线衍射仪是对物质和材料的组成和原子级结构进行研究和鉴定的基本手段。其最常用的目的如下： ①确定物质和材料中的各种化合物的各种原子是怎么排列的，研究材料和物质的一些特殊性质与其原子排列的关系；②确定物质和材料含有哪些化合物(物相)；③确定各种化合物(物相)的百分比；④测定纳米材料的晶粒大小；⑤材料中的应力、织构、取向度、结晶度等等；⑥薄膜的表面和界面的粗超度、薄膜的厚度。 第一章 X射线的物理学基础 X射线的性质： X射线的本质——波长极短的电磁波； X射线的波动性：以一定的波长和频率在空间传播； X射线的粒子性：特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量。 X射线的强度Ｉ随波长λ而变化的关系曲线称之为X射线谱。由X射线管发射出来的X射线可以分为两种类型：其一是含有从某一短波限λ0开始，直到波长等于无穷大λ∞的一系列波长所构成的连续X射线谱，它和可见光的白光相似，故也称白色X射线。另一种是在连续谱的基础上叠加若干条具有一定波长的谱线，构成标识(特征)X射线，它和可见光中的单色光相似，故也可称为单色X射线。短波限(上式中波长用?，管压用KV表示) 上式清楚地表明，每个管电压值对应一定的短波限，并且短波限只与管电压有关，与管电流i和靶的原子序数Z无关，所得理论结果与实验规律完全符合。 特征X射线谱：特征X射线谱是在连续谱的基础上产生的，如果当管电压超过某一临界值后，在某些特定波长位置上，出现强度很高、非常狭窄的谱线叠加在连续谱强度分布曲线上。改变管流、管压，这些谱线只改变强度，而波长固定不变，这就是特征X射线辐射过程所产生的特征X射线谱。 通常情况下，在特征谱中，Kα1、Kα2、Kβ的强度分布为 IKα1:IKα2＝2:1，IKα:IKβ=5:1； 由于Kα1、Kα2的波长很接近，所以在很多情况下，都是按二者的加权平均值作为Kα射线的波长，计算方法如下：λKα=(2λKα1 +λKα2)/3 至于Kβ射线，因其波长差异较大，必须设法去掉和消弱其强度。 比如Cu，λKα1 ＝1.5405?，λKα2 ＝1.5443?，另外其β射线λKβ ＝1.3921? 在X射线管中，高速电子轰击阳极时，阳极物质的原子被轰击为激发状态，即可能把原子的内层电子打到能级较高的未饱和的电子层去，或打到原子外面去，这时原子的能量增高处于激发状态，为恢复原来正常状态，能量较高的外层电子会向内层跃迁来填充内层空位，此时就以辐射形式放出能量，因为原子的能量是量子化的，因此形成线谱，而且原子中各电子壳层有一定能量。因此电子在各层之间跳跃时可释放能量也是一定的，这意味着原子由激发状态恢复到正常状态可发出的电磁辐射具有一定的波长，各种元素的电子壳层结构不同，因此各元素有自己特有的标识谱。 所以X射线的产生是由于原子内层电子能级间的跃迁而产生的。 莫塞莱定律：标识X射线谱的频率和波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，是物质的固有特性。标识X射线谱的波长λ与原子序数Z关系为： X射线管的效率η为: 式中x为穿透物质的厚度，I0为入射时X射线的强度，I为穿过x厚物质后的X射线的强度。 通常将衰减后的强度与入射强度比I/ I0称为穿透系数。 X射线与物质的相互作用 一、相干散射（经典散射）：相干散射通常是X射线和束缚力较大的电子（如重原子的内层电子）相作用而产生的。电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动。每个受迫振动的电子便成为新的电磁波源向空间各个方向辐射电磁波，其辐射波即为散射波。由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上，各散射波符合相干条件，故称为相干散射，又由于经典电动力学理论可很好地解释这种电子散射现象及其定量关系，因而又称为经典散射，相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的理论基础。 实际上，相干散射并不损失射线的能量，而只是改变了它的传播方向，但对入射线方向来说，却起到了强度衰减的作用。 二、非相干散射（康普顿散射）：X