课件：X射线的产生及其物理作用.ppt

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 过程演示 （任意键） 由能级知Kβ辐射光子能量大于Kα光子，但因K层与L层为相邻能级，L填充几率大，故实际Kα强度约为Kβ强度的5倍。 同理，L层电子被激发而产生的特征X射线称为L系辐射或L系射线，L层内不同亚能级电子向K层跃迁所发射的Kα1和Kα2的关系是 λ Kα1＜λKα2， IKα1≈2IKα2 对于多重线系，如L2及L3层电子向K层跃迁，形成的λKα有如下关系 λKα＝2/3λKα1+1/3λKα2 二、X射线的产生及X射线谱 4）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。 莫塞莱定律：标识X射线谱的波长λ与原子序数Z的关 系为： C及σ为与线系有关的常数。 二、X射线的产生及X射线谱 5）X射线管工作电压的选择 在多晶材料的衍射分析中，总是希望应用以特征谱为主的单 色光源，即I特／I连尽可能高。为了使K系谱线突出，x射线管 适宜的工作电压一般比K系激发电 压高3～5倍，即：V工作=（3～ 5）V临界（即VK）；下表给出常用x射线管的适宜工作电压及特 征谱波长等数据。 6）标识谱的强度(I特)随管电压(V)和管电流〔i〕的提高而增大 其关系的实验公式为： I特＝Ki（V工作－Vn）m K—常数 m—常数，K系m＝1.5，L系m＝2 Vn——标识谱的激发电压，对K系，Vn＝VK 二、X射线的产生及X射线谱 二、X射线的产生及X射线谱 X射线与物质发生相互作用后，内容和过程复杂，然就其能量转换而言，一束X光通过物质时，分为三部分：散射、吸收、透过。 俄歇电子 热能 透射X射线衰减后的强度I0 散射X射线 电子 荧光X射线 相干的 非相干 的 反冲电子 光电子 康普顿效应 俄歇效应 光电效应 三、X射线与物质的相互作用 1．X射线的散射 X射线被物质散射时，产生相干散射和非相干散射。 （1）相干散射：物质中电子在X射线作用下振动，产生的新电磁波 波长和频率相同，位相差恒定，产生干涉现象，发生相干散射。 （2）非相干散射特征： ① X射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子发生非弹 性碰撞使波长增大； ②电子获得能量成为反冲电子； ③位向差不恒定，无干涉发生。 三、X射线与物质的相互作用 2．X射线的吸收 X射线通过物质时发生能量损失，吸收的能量引发物质中原 子内部的电子跃迁，发生X射线的光电效应和俄歇效应。 （1）二次特征辐射 当入射x射线光子能量达到某一阈值可击出物质原子内层电子时，产生光电效应形成二次特征辐射。与此能量阈值相应的波长称为物质的吸收限, 亦称为K系特征辐射的激发限，用λK代表。 产生光电效应的条件：X射线光子波长必须小于吸收限λk。 辐射条件：激发限λK≦1.24/VK （nm） VK——把原子中K壳层电子击出原轨道所需要的最小激发电压； 三、X射线与物质的相互作用 λK在讨论光电效应产生的条件时叫做K系激发限；若讨论x射线被 物质吸收(光电吸收)时，又可把λK叫吸收限。 推倒: 为产生K系荧光辐射，入射光子的能量hγ必须大于或等于K层 电子的逸出功WK，即hγ＝hc/λ≥eVK λ≤hc/eVK=1.24/VK=λK 说明：当入射x射线波长刚好小于等于λK时，可发生此种物质对波 长为λk的X射线的强烈吸收，而且正好在λ＝λK＝1．24／VK时吸收最 为严重，形成所谓的吸收边，此时荧光散射也最严重。 三、X射线与物质的相互作用 吸收限的应用： ①可利用λK = 1.24/VK计算激发电压 ②滤波片的选择 a、使滤片吸收限位于辐射源的Kα和Kβ间尽量靠近Kα，强烈吸收Kβ； b、因滤片厚对Kα吸收增大，Kα强度减小到一半时，Kβ/Kα将由滤前 1/5→1/500,故尽量将Kα吸收一半； c、实验确定：Z靶＜40时，Z片＝Z靶－1 Z靶＞40时，Z片＝Z靶－2 三、X射线与物质的相互作用 ③阳极靶的选择：阳极靶波长稍大于试样的K吸收限，Z靶≦Z试样＋1 此时：入射X射线不在试样上产生荧光X射线，吸收又最小，减轻衍 射花样的背底强度。 三、X射线与物质的相互作用 （2）X射线的吸收 X射线透过