现代材料分析与测试技术第1章X射线物理学基础(870KB).ppt

表1－1 衍射分析中常用阳极靶的数据 元 素 原子 序数 波长×10－2nm K吸收限 λK×10－2 激发 电压 适用 电压 Kα1 Kα2 Kα Kβ1 Vk/kV kV nm Ag 47 5.5941 5.638 0 5.6084 4.9709 4.859 25.52 55—60 Mo 42 7.0930 7，135 9 7.107 3 6.322 9 6.198 20.00 50～55 Cu 29 15.4056 15.4439 15.418 4 13.922 2 13.806 8.98 35—40 Ni 28 16.5791 16.617 5 15.6919 15.0014 14.881 8.33 30～35 Co 27 17.889 7 17.928 5 17.9026 16.207 9 16.082 7.71 30 Fe 26 19.3604 19.3998 19.373 5 17.5661 17.435 7.11 25～30 Cr 24 22.8971 22.9361 22.910 0 20.8487 20.702 5.99 20～25 * 特征X射线的强度特征 管电流I与管电压V的增加只能增强特征X射线的强度，而不改变波长。它的规律为 I特＝cI(V-V激)n 式中，c为比例常数；V激为阳极靶元素特征 X射线激发电压；n值对 K系谱线取1.5，对L系取2。 当I特/I连最大，工作电压为K系激发电压的3~5倍时，连续谱造成的衍射背影最小。 * 莫塞莱定律 特征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。 莫塞莱定律：特征X射线谱的波长λ与原子序数Z关系为： * 式中：λ为特征谱线的波长； K和σ均为常数； Z为阳极物质的原子序数。 1.3 X射线与物质相互作用 X射线与物质相互作用时，产生各种不同的和复杂的过程。就其能量转换而言，一束X射线通过物质时，可分为三部分：一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过物质继续沿原来的方向传播。 X射线的散射 ； X射线的吸收 ； X射线的衰减规律； 吸收限的应用； 总结 。 * 1.3.1X射线的散射 X射线被物质散射时，产生两种现象： 相干散射； 非相干散射。 * 相干散射 定义 X射线是一种电磁波，当它通过物质时，在入射电场的作用下，物质原子中的电子将被迫围绕其平衡位置振动，同时向四周辐射出与入射X射线波长相同的散射X射线，称之为经典散射。 由于散射波与入射波的频率或波长相同，位相差恒定，在同一方向上各散射波符合相干条件，又称为相干散射。 * 强度 按电动力学理论，当一束非偏振的X射线照射到质量为m、电荷为e的电子上时，在与入射线呈2θ角度方向上距离为R处的某点，由电子引起的散射X射线的强度为:(即汤姆逊(Thomson)公式，它表示一个电子散射 X射线的强度) * 上式中 e2/mc2 称为电子散射因子； (1＋cos22θ)/2称为极化因子或偏振因子，它是由入射波非偏振化引起的。 如将电子的电荷e，电子的质量m和光速c数值代入上式，可得 * 由此式可见： 1)在各方向上散射波的强度不同，在2θ＝0°处即入射方向上强度最强，而在入射线垂直方向2θ＝90°处强度最弱。 2)散射波的强度与入射波频率无关。 * 3)散射强度与 R2 成反比，如 R＝1cm，散射波的强度仅为原强度的 10－26，这表明实测散射强度只能是大量电子散射波干涉的结果。 4)散射强度与电子的质量平方的倒数成正比，可见，重粒子如原子核散射的强度与电子散射强度相比是少得可以忽略不计。 因为晶体中散射的基本单元是电子，X射线在空间散射强度的分布直接反映了电子在空间的分布。 在结构分析中，任何物质的散射因子就定义为相当于汤姆逊公式散射的电子数(绝对单位)。 * 非相干散射 当X射线光量子冲击束缚较松的电子或自由电子，会产生一种反冲电子，这种新的散射现象是由康普顿(A.H·Compton)及我国物理学家吴有训等首先发现的，故称之为康普顿散射或康普顿－吴有训散射。 hν2hν1 * 散射辐射的波长λ2 应略较入射光束的波长λ1为长，其变化根据能量及动量守恒定律有 Δλ＝λ2－λ1＝0.00243(1－cosa) (nm) 波长的增量Δλ取决于散射角a，散射位相与入射波位相之间不存在固定关系，故这种散射是不相干的，称之为非相干散射。X射线光子离开原来方向，波长增加，能量减少。 非相干散射不能参与衍射，也无法避免产生，从而使衍射图像背景底变黑，给衍射工作带来不利影响。 * 1.3.2 X射线的吸收 物质对X射线的吸收指的是X射线能量在通过物质