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X射线物理学 目录 什么是X射线？ X射线的产生 X射线的性质 什么是X射线？ X射线是一种波长较短的电磁辐射： 波长0.01 ~ 10nm；能量：124 keV - 0.124 keV 什么是X射线？ X射线的产生 X射线是由高能量粒子（电子）轰击原子所产生的电磁辐射 连续谱或韧致辐射 特征X射线。 X射线的产生 连续谱或韧致辐射：高速电子在阳极原子核场中运动受阻，能量迅速损失而产生宽带连续X射线谱。 特征X射线：当化学元素受高能光子或粒子照射，如内层电子被激发，将产生空穴，当外层电子跃迁时，就会放射出特征X射线。 X射线的产生 典型的光谱图 连续谱 连续谱的表征 最短波长?0，其数值 最大峰值波长?max?3/2 ?0 连续谱的强度分布 连续谱的强度分布可用下式近似表示 Kramers公式 连续谱与电流、电压和靶材的关系 电流 电压 靶材 特征辐射的产生 当一束高能光子与原子相互作用时，其能量?原子某一轨道电子的结合能时，即可将该轨道电子逐出，形成空穴。 发生电子跃迁的两电子壳层的能量差将以特征X射线逸出原子。这种跃迁必须符合量子力学理论 特征辐射-原子能级间的电子跃迁与光发射 特征辐射 受激元素辐射出的能量与该特定元素的轨道能级差直接相关，其与原子序数的关系为 1/λ=ν=k(Z-σ)2 此即Moseley定律。 特征辐射-各线系光谱线间的相对强度关系 K 系谱线的相对强度为：  K?1 ：K?2 ：K? ：K?1：K?2 100 ：50 ：150 ：15 ：5L 系谱线的相对强度为：  L?1 ：L?2 ：L?1 ：L?2 ：L?3 ：L?4 ：L?1 ：L? ：L?  100 ：10 ：70 ：30 ： 10 ： 5 ：10 ：3 ： 1M 系谱线的相对强度为:  M?1 ： M?2 ： M?1 ： M?1  100 ： 10 ： 50 ： 5 这里必须说明：K? 线的波长为： ? K? = (2 ? K?? + ? K?2 ) / 3 。 X 射 线 的产生-XRF谱仪内的X射线源 x-ray 光管 光管灯丝电子激发产生射线。 X射线管产生的X射线光谱，被称作原级X射线谱，由连续谱和特征谱组成。 样品 光管射线对样品的激发，产生样品内元素的特征谱线，称作二次发射特征谱线，或X射线荧光光谱 X射线与物质的相互作用 吸收（光电吸收效应——X射线荧光和俄歇吸收 散射 （相干散射和非相干散射） 衍射现象 透射 吸收 I = I0 exp ( -?ρx) (比耳－朗伯定律) ? ? －质量衰减系数[cm2/g] ρ－ 密度[g/cm3] x－ 辐射通过吸收体的光路[cm] ?ρ － 线性衰减系数[1/cm] 吸收-俄歇效应 俄歇效应：原子在L至K壳层电子跃迁过程中引起的光子未能逸出原子被吸收转而发射高层电子的现象，称为俄歇效应，也称?内转换。 吸收-荧光产额 荧光产额ω是指在某一能级谱系下从受激原子有效发射出的次级光子数（nk）与在该能级上受原级Ｘ射线激发产生的光子总数（Nk）之比，代表了某一谱线光子脱离原子而不被原子自身吸收的概率。 吸收-荧光产额 荧光产额与原子序数有关 一些典型元素的荧光产额 散射 除光电吸收，入射光子还可与原子碰撞，在各个方向发生散射。 X射线与物质的散射是由于X射线与电子的相互作用而产生。 散射作用分为两种，相干散射和非相干散射。 如果被散射光子能量与入射光子能量相同，则称为相干散射或弹性散射。相干散射与光干涉现象相互作用的结果可产生X射线衍射，X射线衍射图与晶格排列等密切相关，故可被用于研究物质结构，即X射线衍射分析。相干散射又称为Rayleigh散射，没有能量损失。 非相干散射又称为Compton散射，会出现能量变化或损失 X射线的散射-康普顿散射的特点 散射 相干散射是光谱仪晶体分光的工作基础，在测角仪中扫描的元素的分析线角，就是光谱线的位置。因此，相干散射也是光谱分析的基础。 2. 非相干散射(康普顿散射)对于分析有两种作用： (1)散射构成光谱背景，特别是对于微量分析有害，降低分析灵敏度； (2)散射靶线或散射背景可作为内标线使用。 散射 设入射光子的波长为λ，能量为E，出射角为?，计算Compton散射峰波长公式如下c：