1第一章 射线粉晶射分析1.ppt

参考文献 第一章X射线粉晶衍射分析第一节X射线的发生与性质 X射线管由阳极靶和阴极灯丝组成，两者之间作用有高电压，并置于玻璃金属管壳内。阴极是电子发射装置，受热后激发出热电子；阳极是产生X射线的部位，当高速运动的热电子碰撞到阳极靶上突然动能消失时，电子动能将转化成X射线。 封闭式X射线管 当一个外来电子将K层的一个电子击出成为自由电子（二次电子），这时原子就处于高能的不稳定状态，必然自发地向稳态过渡。此时位于较外层较高能量的L层电子可以跃迁到K层。这个能量差ΔE=EL-EK=hν将以电磁波的形式放射出去，其波长λ＝h/ΔE必然是个仅仅取决于原子序数的常数。 这种由L→K的跃迁产生的X射线我们称为Kα辐射，同理还有Kβ辐射，Kγ辐射。 离开原子核越远的轨道产生跃迁的几率越小，所以由K系到L系到M系辐射的强度也将越来越小。 特征（标识）X射线产生的根本原因是原子内层电子的跃迁。 （1）不同Z，有不同特征X射线，Kα、Kβ也不同。 （2）若V低于激发电压Vk，则无Kα、Kβ产生。 同步辐射X射线源 在电子同步加速器或电子储存环中，高能电子在强大的磁偏转力的作用下作轨道运动时，会发射出一种极强的光辐射，称为同步辐射，其波长范围在0.1—400?左右的连续的各个波长的X射线。 其特点是强度高，比通常的X射线管所发出的X射线约大105倍左右。 1. 3 X射线与物质的相互作用  X射线与物质的作用分为散射、吸收、透射。 1、 散射 X射线被物质散射时可以产生两种散射现象，即相干散射和非相干散射。 （1）相干散射 入射光子与电子刚性碰撞，其辐射出电磁波的波长和频率与入射波完全相同，新的散射波之间将可以发生相互干涉-----相干散射。 (2）非相干散射 当物质中的电子与原子之间的束缚力较小（如原子的外层电子）时，电子可能被X光子撞离原子成为反冲电子。因反冲电子将带走一部分能量，使得光子能量减少，从而使随后的散射波波长发生改变，成为非相干散射。 2 吸收 除了被散射和透射掉一部分外，X射线能量主要将被物质吸收，这种能量转换包括光电效应和俄歇效应。 (1)光电效应 当入射X光子的能量足够大时，还可以将原子内层电子击出使其成为光电子，同时辐射出波长严格一定的特征X射线。为区别于电子击靶时产生的特征辐射，由X射线发出的特征辐射称为二次特征辐射，也称为荧光辐射。(荧光光谱分析原理是光电效应) (2)俄歇效应 如果原子K层电子被击出，L层电子向K层跃迁，其能量差不是以产生K系X射线光量子的形式释放，而是被邻近电子所吸收，使这个电子受激发而逸出原子成为自由电子-----俄歇电子(Auger electrons)。这种现象叫做俄歇效应。 3 透射与衰减 X射线的能量衰减符合指数规律，即 I=I0e-μmρx 其中， I-----透射束的强度，I0------入射束的强度，μm-----质量吸收系数，表示单位时间内单位体积物质对X射线的吸收量，ρ为物质密度，x------物质的厚度 质量吸收系数μm与波长? 和原子序数Z存在如下关系：μm=K ? 3Z3 这表明，当吸收物质一定时，X射线的波长越长越容易被吸收; X射线的波长固定时,吸收体的原子序数越高，X射线越容易被吸收。 I=I0/eK ? 3Z3ρx 由图可见，整个曲线并非像上式那样随?的减小而单调下降。当波长?减小到某几个值时， ?m会突然增加，于是出现若干个跳跃台阶。 ?m突增的原因是在这几个波长时产生了光电效应，使X射线被大量吸收，这个相应的波长称为吸收限? k 。 利用这一原理，可以合理地选用滤波材料，使Ka和Kb两条特征谱线中去掉一条，实现单色的特征辐射。 练习Exercise 1)???为何X射线管的窗口由Be制成，而其屏蔽装置由Pb制成？请用计算数据说明你的论点。 Why is the windows of X-ray tube made in Be, and protection shield in Pb? use data to explain the reason. 2)???铜靶X射线应用什么元素做滤波片？如你选择Al和Fe, 会出现什么后果？ What kind of filter should be chose for X-ray tube with Cu target? If you chose Al and Fe as filter, what hap