材料分析方法X射线物理学基础.pptVIP

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连续X射线谱的短波限计算 : ◆连续X射线 ●将所有常数代入上式,可得: 上式计算结果单位为A(1nm=10A) 上式表明:短波限只与管电压有关 特征谱与连续谱图示 : 。 ? ◆连续谱与特征谱 X射线谱强度 ◆ X射线的强度是指行垂直X射线传播方向的单位面积上在单位时间内所通过的光子数目的能量总和。 常用的单位是J/cm2.s ◆ X射线的强度I是由光子能量hv和它的数目n两个因素决定的,即I=nhv.连续X射线强度最大值在1.5λ0,而不在λ0处 : X射线管的效率 : ◆连续X射线谱中每条曲线下的面积表示连续X射线的总强度。也是阳极靶发射出的X射线的总能量 ◆实验证明,I与管电流、管电压、阳极靶的原子序数存在如下关系: X射线管的效率为 ◆标识X射线 ●是在连续谱的基础上叠加若干条具有一定波长的谱线,它和可见光中的单色相似,亦称单色X射线 ●特征:当电压增加到临界电压时,标识谱线的波长不再变,强度随电压增加。如钼靶K系标识X射线有两个强度高峰为Kα和Kβ,波长分别为0.71?和0.63 ? : 标识X射线谱的产生机理 ◆产生机理 标识X射线谱的产生机理与阳极物质的原子内部结构紧密相关的。原子系统内的电子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各个能级。在电子轰击阳极的过程中,当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时,于是在低能级上出现空位,系统能量升高,处于不稳定激发态。较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁,并以光子的形式辐射出标识X射线谱 : 标识X射线谱的产生机理 ◆产生机理 : 标识X射线谱生产过程 : K态(击走K电子) L态(击走L电子) M态(击走M电子) N态(击走N电子) 击走价电子 中性原子 Wk Wl Wm Wn 0 原子的能量 标识X射线产生过程 K激发 L激发 Ka辐射 K?辐射 L辐射 K系辐射的产生 ◆K系激发机理 K层电子被击出时,原子系统能量由基态升到K激发态,高能级电子向K层空位填充时产生K系辐射。L层电子填充空位时,产生Kα辐射;M层电子填充空位时产生Kβ辐射 : K系X射线的产生机理 ◆K系激发机理 ●由能级可知Kβ辐射的光子能量大于Kα的能量,但K层与L层为相邻能级,故L层电子填充几率大,所以Kα的强度约为Kβ的5倍 ●产生K系激发必须阴极电子的能量eVk至少等于击出一个K层电子所作的功Wk。Vk就是激发电压 : 莫塞来定律 : ●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。且存在如下关系 ●莫塞莱定律:标识X射线谱的波长λ与原子序数Z关系为 C,σ为常数 X射线谱 : ◆ K系标识X射线的强度与管电压、管电流的关系为 ◆当I标/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 不同的阳极材料使用的适宜工作电压不同 X射线谱 : a: 某一特征Kα线的最大发射强度 b: Kα线与连续谱线强度比 X射线管发射强度与管工作电压的关系 * 第一章 X射线物理学基础 本 章内 容 ◆X射线的本质 ◆X射线的产生 ◆X射线谱 ◆X射线与物质的相互作用 ◆X射线的探测与防护 X射线的发现 ◆ 1895年,德国物理学家伦琴 研究阴极射线时发现,由于对 其本质不了解,称为X射线, 亦称伦琴射线 Roentgen X射线的发现 劳厄(1879~1960) 德国物理学家 1912年发现了X射线通过晶体时产生的衍射现象,从而导致了X射线衍射技术的诞生,它成为研究晶体内部结构的重要技术手段。他因此项成果于1914年获奖。 X射线的发现 L.布拉格(1890~1971) H.布拉格(1862~1942) 布拉格父子于1913年借助X射线成功地测出金刚石的晶体结构,并提出了“布拉格公式”,为最终建立现代晶体学打下了基础,于1915年获奖。当时,小布拉格年仅25岁,是至今为止最年轻的诺贝尔奖获得者 X射线的发现 X射线的发现是19世纪末20世纪初物理学的三大发现(X射线1895年、放射线1896年、电子1897年)之一,这一发现标志着现代物理学的产生。   19世纪末,阴极射线是物理学研究课题,许多物理实验室都开展了这方面的研究。1894年11月8日,德国物理学家伦琴将阴极射线管放在一个黑纸袋中,关闭了实验室灯源,他发现当开启放电线圈电源时,一块涂有氰亚铂酸钡的荧光屏发出荧光。用一本厚书,2-3厘米厚的木板或几厘米厚的硬橡胶插在放电管和荧光屏之间,仍能看到荧光。他又用盛有水、二硫化碳或其他液体进行实验,实验结果表明它们也是“透明的”,铜、银、金、铂、铝等金属也能让这种射线透过,只要它们不太厚。伦琴意识到这可能是某种特殊的从来没有观察到的射线,它具有特别强的穿透力。他一

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