x射線(xiàn)性質(zhì)實(shí)用教案

1、 本章主要(zhyo)學(xué)習(xí)的內(nèi)容: 1.X射線(xiàn)的性質(zhì),本質(zhì)和產(chǎn)生 2.X射線(xiàn)譜-連續(xù)譜,特征譜 3.X射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用第1頁(yè)/共81頁(yè)第一頁(yè)，共82頁(yè)。lX射線(xiàn)是1895年11月8日由德國(guó)物理學(xué)家倫琴（W.C. Rntgen）在研究真空管高壓放電(fng din)現(xiàn)象時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)的。1895-1897年倫琴搞清楚了X射線(xiàn)的產(chǎn)生、傳播、穿透力等大部分性質(zhì)(xngzh).1901年倫琴獲諾貝爾獎(jiǎng)1912年勞埃進(jìn)行了晶體的X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)第2頁(yè)/共81頁(yè)第二頁(yè)，共82頁(yè)。 研究真空高壓放電效應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)凳子上的鍍有氰亞研究真空高壓放電效應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)凳子上的鍍有氰亞鉑酸鋇的硬紙板發(fā)出熒光。分析認(rèn)為可能是存

2、在一鉑酸鋇的硬紙板發(fā)出熒光。分析認(rèn)為可能是存在一種不同于可見(jiàn)光的射線(xiàn)，且可能是由真空管加上高種不同于可見(jiàn)光的射線(xiàn)，且可能是由真空管加上高電壓時(shí)引起的，他試著用黑紙擋、用木塊擋都擋不電壓時(shí)引起的，他試著用黑紙擋、用木塊擋都擋不住，甚至住，甚至(shnzh)(shnzh)可以透過(guò)人的骨骼！可以透過(guò)人的骨骼！ 由于當(dāng)時(shí)對(duì)這種射線(xiàn)的本質(zhì)和特性尚無(wú)了解，故取由于當(dāng)時(shí)對(duì)這種射線(xiàn)的本質(zhì)和特性尚無(wú)了解，故取名為名為X X射線(xiàn)，后人也叫倫琴射線(xiàn)。射線(xiàn)，后人也叫倫琴射線(xiàn)。第3頁(yè)/共81頁(yè)第三頁(yè)，共82頁(yè)。二、應(yīng)用二、應(yīng)用(yngyng) 在X射線(xiàn)發(fā)現(xiàn)后幾個(gè)月醫(yī)生就用它來(lái)為病人服務(wù) 右圖是紀(jì)念(jnin)倫琴發(fā)現(xiàn)X

3、射線(xiàn)100周年發(fā)行的紀(jì)念(jnin)封第4頁(yè)/共81頁(yè)第四頁(yè)，共82頁(yè)。與與X X射線(xiàn)及晶體衍射射線(xiàn)及晶體衍射(ynsh)(ynsh)有關(guān)的部分諾貝爾獎(jiǎng)獲得者名單有關(guān)的部分諾貝爾獎(jiǎng)獲得者名單 第5頁(yè)/共81頁(yè)第五頁(yè)，共82頁(yè)。 物質(zhì)的性質(zhì)、材料的性能決定于它們的組成和微物質(zhì)的性質(zhì)、材料的性能決定于它們的組成和微觀結(jié)構(gòu)。觀結(jié)構(gòu)。 如果如果(rgu)(rgu)你有一雙你有一雙X X射線(xiàn)的眼睛，就能把物質(zhì)射線(xiàn)的眼睛，就能把物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)看個(gè)清清楚楚明明白白！的微觀結(jié)構(gòu)看個(gè)清清楚楚明明白白！ X X射線(xiàn)衍射將會(huì)有助于你探究為何成份相同的材料，射線(xiàn)衍射將會(huì)有助于你探究為何成份相同的材料，其性能有時(shí)會(huì)差異

4、極大其性能有時(shí)會(huì)差異極大. . X X射線(xiàn)衍射將會(huì)有助于你找到獲得預(yù)想性能的途徑。射線(xiàn)衍射將會(huì)有助于你找到獲得預(yù)想性能的途徑。第6頁(yè)/共81頁(yè)第六頁(yè)，共82頁(yè)。鋼鐵中的碳化物、夾雜物、殘余奧氏體的定性分析鋼鐵中的碳化物、夾雜物、殘余奧氏體的定性分析(dngxngfnx)與定量分析、化學(xué)熱處理的表面相分析、與定量分析、化學(xué)熱處理的表面相分析、表面堆焊、噴焊物相的分析。表面堆焊、噴焊物相的分析。 1、物相分析、物相分析(fnx) 可以確定可以確定固溶體的類(lèi)型固溶體的類(lèi)型（例如：體心立方）、固溶體（例如：體心立方）、固溶體中中溶質(zhì)組元的含量溶質(zhì)組元的含量（如（如M體中的含碳量）。體中的含碳量）。2、

5、固溶體分析、固溶體分析 第7頁(yè)/共81頁(yè)第七頁(yè)，共82頁(yè)。測(cè)定測(cè)定(cdng)粗晶粒的平均大小、微晶粒的平均晶粒粗晶粒的平均大小、微晶粒的平均晶粒度等。度等。3、晶粒大小的測(cè)定、晶粒大小的測(cè)定(cdng)可以測(cè)定材料的宏觀可以測(cè)定材料的宏觀(hnggun)、顯微內(nèi)應(yīng)力、顯微內(nèi)應(yīng)力. 4、應(yīng)力測(cè)定、應(yīng)力測(cè)定半導(dǎo)體材料、激光材料、磁性材料單晶體，其取半導(dǎo)體材料、激光材料、磁性材料單晶體，其取向可用向可用X射線(xiàn)法測(cè)定射線(xiàn)法測(cè)定 5、晶體取向的測(cè)定、晶體取向的測(cè)定 第8頁(yè)/共81頁(yè)第八頁(yè)，共82頁(yè)。 人的肉眼看不見(jiàn)人的肉眼看不見(jiàn)X X射線(xiàn)，但射線(xiàn)，但X X射線(xiàn)能使氣體電離，射線(xiàn)能使氣體電離，使照相底片

6、感光，能穿過(guò)不透明的物體，還能使熒使照相底片感光，能穿過(guò)不透明的物體，還能使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光。光物質(zhì)發(fā)出熒光。 X X射線(xiàn)呈直線(xiàn)傳播，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；射線(xiàn)呈直線(xiàn)傳播，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)穿過(guò)物體時(shí)僅部分被散射。當(dāng)穿過(guò)物體時(shí)僅部分被散射。 X X射線(xiàn)對(duì)動(dòng)物有機(jī)體（其中包括射線(xiàn)對(duì)動(dòng)物有機(jī)體（其中包括(boku)(boku)對(duì)人體）對(duì)人體）能產(chǎn)生巨大的生理上的影響，能殺傷生物細(xì)胞。能產(chǎn)生巨大的生理上的影響，能殺傷生物細(xì)胞。第9頁(yè)/共81頁(yè)第九頁(yè)，共82頁(yè)。X射線(xiàn)的本質(zhì)*電磁波的一種(y zhn)，波長(zhǎng)約108cm左右*X射線(xiàn)具有波粒二相性（de Broglie）第10頁(yè)/共81頁(yè)第

7、十頁(yè)，共82頁(yè)。(1) X射線(xiàn)是一種本質(zhì)與可見(jiàn)光完全相同的電磁波（或射線(xiàn)是一種本質(zhì)與可見(jiàn)光完全相同的電磁波（或電磁輻射）。電磁輻射）。(2) X射線(xiàn)以光速傳播，傳播速度射線(xiàn)以光速傳播，傳播速度2.9981010厘米厘米/秒。秒。(3) X射線(xiàn)波長(zhǎng)常用射線(xiàn)波長(zhǎng)常用(chn yn)的單位是埃的單位是埃()、1 =10-8cm。1nm=10(4) X射線(xiàn)的波長(zhǎng)范圍為射線(xiàn)的波長(zhǎng)范圍為1000.01?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)范?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)范圍圍40007000。 第11頁(yè)/共81頁(yè)第十一頁(yè)，共82頁(yè)。X X射線(xiàn)兩邊射線(xiàn)兩邊(lingbin)(lingbin)分別與分別與紫外線(xiàn)及紫外線(xiàn)及射線(xiàn)相重疊。在電射線(xiàn)相重疊。

8、在電磁波譜中，其位置如圖。磁波譜中，其位置如圖。#一般把短波長(zhǎng)的X射線(xiàn)稱(chēng)為硬X射線(xiàn)，反之則為軟X射線(xiàn)。硬軟程度(chngd)表示它的穿透能力的強(qiáng)弱。#用于金屬探傷的X射線(xiàn)波長(zhǎng)約為10.05。第12頁(yè)/共81頁(yè)第十二頁(yè)，共82頁(yè)。(1) X(1) X射線(xiàn)是波長(zhǎng)較短的電磁波。波動(dòng)理論對(duì)射線(xiàn)是波長(zhǎng)較短的電磁波。波動(dòng)理論對(duì)X X射線(xiàn)光電射線(xiàn)光電效應(yīng)、熒光輻射現(xiàn)象無(wú)法解釋。說(shuō)明波動(dòng)性只是反映了效應(yīng)、熒光輻射現(xiàn)象無(wú)法解釋。說(shuō)明波動(dòng)性只是反映了X X射線(xiàn)本性的一個(gè)方面。射線(xiàn)本性的一個(gè)方面。(2) (2) 在大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，人們又認(rèn)識(shí)到在大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，人們又認(rèn)識(shí)到X X射線(xiàn)本性的射線(xiàn)本性的另一個(gè)方面

9、另一個(gè)方面粒子性（或微粒性）。粒子性（或微粒性）。X X射線(xiàn)是由大量以射線(xiàn)是由大量以光速運(yùn)動(dòng)的粒子組成的不連續(xù)粒子流。這些粒子叫做光光速運(yùn)動(dòng)的粒子組成的不連續(xù)粒子流。這些粒子叫做光子子(gungz)(gungz)（或光量子），每個(gè)光子（或光量子），每個(gè)光子(gungz)(gungz)具有的具有的能量為能量為=hv=hv。( (硬硬X X射線(xiàn)穿透能力強(qiáng)，還是軟射線(xiàn)穿透能力強(qiáng)，還是軟X X射線(xiàn)穿透能力強(qiáng)？射線(xiàn)穿透能力強(qiáng)？) )第13頁(yè)/共81頁(yè)第十三頁(yè)，共82頁(yè)。其中其中vx射線(xiàn)的頻率，射線(xiàn)的頻率，h普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)(chngsh)。h=6.2610-34焦焦秒秒=6.2610-27爾格爾格秒

10、秒對(duì)不同頻率的對(duì)不同頻率的X射線(xiàn)，光子的能量是不同的。頻率越高，射線(xiàn)，光子的能量是不同的。頻率越高，光子的能量就越大。光子的能量就越大。(3)波動(dòng)性與粒子性相并存稱(chēng)為波動(dòng)性與粒子性相并存稱(chēng)為X射線(xiàn)的波粒二象性。射線(xiàn)的波粒二象性。那么，那么，X射線(xiàn)的波長(zhǎng)為什么會(huì)在那么一個(gè)范圍之內(nèi)，它的射線(xiàn)的波長(zhǎng)為什么會(huì)在那么一個(gè)范圍之內(nèi)，它的強(qiáng)度又與哪些因素有關(guān)呢？強(qiáng)度又與哪些因素有關(guān)呢？第14頁(yè)/共81頁(yè)第十四頁(yè)，共82頁(yè)。實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)驗(yàn)證明，X X射線(xiàn)是高速運(yùn)動(dòng)的粒子射線(xiàn)是高速運(yùn)動(dòng)的粒子(lz)(lz)與某種與某種物質(zhì)相撞擊后猝然減速，且與該物質(zhì)中的內(nèi)層電子相物質(zhì)相撞擊后猝然減速，且與該物質(zhì)中的內(nèi)層電子相互

11、作用而產(chǎn)生的?；プ饔枚a(chǎn)生的。X X射線(xiàn)產(chǎn)生的幾個(gè)基本條件：射線(xiàn)產(chǎn)生的幾個(gè)基本條件：第15頁(yè)/共81頁(yè)第十五頁(yè)，共82頁(yè)。產(chǎn)生并發(fā)射自由電子（加熱鎢燈絲）。產(chǎn)生并發(fā)射自由電子（加熱鎢燈絲）。在真空中（一般為在真空中（一般為10-610-6毫米汞柱）迫使自由電子朝毫米汞柱）迫使自由電子朝一定方向高速運(yùn)動(dòng)（加一很高的管電壓）。一定方向高速運(yùn)動(dòng)（加一很高的管電壓）。在高速電子流的運(yùn)動(dòng)路程上設(shè)置一障礙物（陽(yáng)極在高速電子流的運(yùn)動(dòng)路程上設(shè)置一障礙物（陽(yáng)極靶），使高速運(yùn)動(dòng)的電子突然靶），使高速運(yùn)動(dòng)的電子突然(trn)(trn)受阻。受阻。第16頁(yè)/共81頁(yè)第十六頁(yè)，共82頁(yè)。 X X射線(xiàn)管的結(jié)構(gòu)射線(xiàn)管的結(jié)構(gòu)

12、(jigu)(jigu)第17頁(yè)/共81頁(yè)第十七頁(yè)，共82頁(yè)。 陰極陰極- -發(fā)射電子。一般由發(fā)射電子。一般由鎢絲鎢絲(w s)(w s)制成，通電制成，通電加熱后釋放出熱輻射電子。加熱后釋放出熱輻射電子。 陽(yáng)極陽(yáng)極- -靶，使電子突然減靶，使電子突然減速并發(fā)出速并發(fā)出X X射線(xiàn)。射線(xiàn)。窗口-X射線(xiàn)出射通道。既能讓X射線(xiàn)出射，又能使管密封。窗口材料用金屬鈹或硼酸鈹鋰構(gòu)成的林德曼玻璃(b l)。窗口與靶面常成3-6的斜角，以減少靶面對(duì)出射X射線(xiàn)的阻礙。第18頁(yè)/共81頁(yè)第十八頁(yè)，共82頁(yè)。 高速電子轉(zhuǎn)換成高速電子轉(zhuǎn)換成X X射線(xiàn)的效率只有射線(xiàn)的效率只有1%1%，其余，其余99%99%都都作為熱而

13、散發(fā)。所以作為熱而散發(fā)。所以(suy)(suy)靶材料要導(dǎo)熱性能靶材料要導(dǎo)熱性能好，常用黃銅或紫銅制作，還需要循環(huán)水冷卻。好，常用黃銅或紫銅制作，還需要循環(huán)水冷卻。因此因此X X射線(xiàn)管的功率有限，大功率需要用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極射線(xiàn)管的功率有限，大功率需要用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極. . 焦點(diǎn)焦點(diǎn)-陽(yáng)極靶表面被電子轟擊的一塊面積，陽(yáng)極靶表面被電子轟擊的一塊面積，X X射線(xiàn)射線(xiàn)就是從這塊面積上發(fā)射出來(lái)的。焦點(diǎn)的尺寸和形就是從這塊面積上發(fā)射出來(lái)的。焦點(diǎn)的尺寸和形狀是狀是X X射線(xiàn)管的重要特性之一。焦點(diǎn)的形狀取決于射線(xiàn)管的重要特性之一。焦點(diǎn)的形狀取決于燈絲的形狀，螺形燈絲產(chǎn)生長(zhǎng)方形焦點(diǎn)燈絲的形狀，螺形燈絲產(chǎn)生長(zhǎng)方形焦點(diǎn). .

14、X X射線(xiàn)衍射工作中希望細(xì)焦點(diǎn)和高強(qiáng)度；細(xì)焦點(diǎn)可射線(xiàn)衍射工作中希望細(xì)焦點(diǎn)和高強(qiáng)度；細(xì)焦點(diǎn)可提高分辨率；高強(qiáng)度則可縮短暴光時(shí)間提高分辨率；高強(qiáng)度則可縮短暴光時(shí)間. .第19頁(yè)/共81頁(yè)第十九頁(yè)，共82頁(yè)。 旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線(xiàn)管、細(xì)聚焦X射線(xiàn)管和閃光X射線(xiàn)管。 陽(yáng)極不斷旋轉(zhuǎn)，電子束轟擊部位不斷改變，故提高功率也不會(huì)燒熔靶面。目前有100kW的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，功率比普通(ptng)X射線(xiàn)管大數(shù)十倍(常用X射線(xiàn)管的功率為5003000W)。 旋轉(zhuǎn)(xunzhun)陽(yáng)極第20頁(yè)/共81頁(yè)第二十頁(yè)，共82頁(yè)。旋轉(zhuǎn)(xunzhun)陽(yáng)極第21頁(yè)/共81頁(yè)第二十一頁(yè)，共82頁(yè)。X X射線(xiàn)強(qiáng)度射線(xiàn)強(qiáng)度() () 隨波長(zhǎng)隨

15、波長(zhǎng)()()而變化的關(guān)系曲線(xiàn)而變化的關(guān)系曲線(xiàn)(qxin)(qxin)，稱(chēng)為，稱(chēng)為X X射線(xiàn)譜。射線(xiàn)譜。X X射線(xiàn)譜由兩部分組成，即射線(xiàn)譜由兩部分組成，即: : 連續(xù)X射線(xiàn)譜 X射線(xiàn)譜 特征（標(biāo)識(shí)）X射線(xiàn)譜第22頁(yè)/共81頁(yè)第二十二頁(yè)，共82頁(yè)。l從某一短波(dunb)限（ 。）開(kāi)始，直到波長(zhǎng)等于無(wú)窮大 的一系列波長(zhǎng)所構(gòu)成的X射線(xiàn)譜。二、連續(xù)二、連續(xù)(linx)X射線(xiàn)譜的定義射線(xiàn)譜的定義 第23頁(yè)/共81頁(yè)第二十三頁(yè)，共82頁(yè)。1 1、( (見(jiàn)圖）管壓很見(jiàn)圖）管壓很低時(shí)，小于低時(shí)，小于20kv20kv的的曲線(xiàn)是連續(xù)變化的，曲線(xiàn)是連續(xù)變化的，故稱(chēng)之連續(xù)故稱(chēng)之連續(xù)X X譜，即譜，即連續(xù)譜。連續(xù)譜。

16、2 2、當(dāng)逐步增加、當(dāng)逐步增加X(jué) X射射線(xiàn)管的管電壓線(xiàn)管的管電壓(diny)(diny)時(shí)，連續(xù)時(shí)，連續(xù)X X射線(xiàn)譜發(fā)生如下變射線(xiàn)譜發(fā)生如下變化?；５?4頁(yè)/共81頁(yè)第二十四頁(yè)，共82頁(yè)。l管電壓既影響連續(xù)管電壓既影響連續(xù)X射線(xiàn)譜射線(xiàn)譜強(qiáng)度，也影響其波長(zhǎng)范圍強(qiáng)度，也影響其波長(zhǎng)范圍,隨管電壓升高隨管電壓升高:l各種波長(zhǎng)的各種波長(zhǎng)的X射線(xiàn)的相對(duì)強(qiáng)射線(xiàn)的相對(duì)強(qiáng)度一致增高。度一致增高。l具有最高強(qiáng)度射線(xiàn)的波長(zhǎng)具有最高強(qiáng)度射線(xiàn)的波長(zhǎng)逐漸逐漸(zhjin)變小，曲線(xiàn)變小，曲線(xiàn)峰值向左方移動(dòng)。峰值向左方移動(dòng)。l短波限逐漸短波限逐漸(zhjin)變小變?。?向左方移動(dòng)），波譜向左方移動(dòng)），波譜變寬。變寬。第

17、25頁(yè)/共81頁(yè)第二十五頁(yè)，共82頁(yè)。1 1、經(jīng)典物理的電動(dòng)力學(xué)理論、經(jīng)典物理的電動(dòng)力學(xué)理論一個(gè)帶有負(fù)電荷的電子在受到這樣一種加速度時(shí)（指一個(gè)帶有負(fù)電荷的電子在受到這樣一種加速度時(shí)（指X X射線(xiàn)管中射線(xiàn)管中高速運(yùn)動(dòng)著的電子到達(dá)陽(yáng)極靶表面突然受到阻止時(shí)，產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)著的電子到達(dá)陽(yáng)極靶表面突然受到阻止時(shí)，產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)極大的負(fù)加速度），電子周?chē)碾姶艌?chǎng)將發(fā)生急劇極大的負(fù)加速度），電子周?chē)碾姶艌?chǎng)將發(fā)生急劇的變化，此時(shí)必然要產(chǎn)生的變化，此時(shí)必然要產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)一個(gè)電磁波，或至少一個(gè)一個(gè)電磁波，或至少一個(gè)電磁脈沖。由于極大數(shù)量的電子射到陽(yáng)極上的時(shí)間和

18、條件不可電磁脈沖。由于極大數(shù)量的電子射到陽(yáng)極上的時(shí)間和條件不可能相同，因而得到的電磁波將具有連續(xù)的各種波長(zhǎng)，形成連續(xù)能相同，因而得到的電磁波將具有連續(xù)的各種波長(zhǎng)，形成連續(xù)X X射線(xiàn)譜。射線(xiàn)譜。 第26頁(yè)/共81頁(yè)第二十六頁(yè)，共82頁(yè)。 q=0.01庫(kù)侖庫(kù)侖tqi 16191025.6106020.101.0n -（個(gè)）（個(gè)）也就是說(shuō)，也就是說(shuō)，1 1秒鐘內(nèi)有秒鐘內(nèi)有0.010.01庫(kù)侖的電量到達(dá)陽(yáng)極靶。庫(kù)侖的電量到達(dá)陽(yáng)極靶。電子電子(dinz)(dinz)的電荷的電荷e=1.6020e=1.602010-1910-19庫(kù)侖庫(kù)侖則則1 1秒鐘到達(dá)陽(yáng)極上的電子秒鐘到達(dá)陽(yáng)極上的電子(dinz)(di

19、nz)數(shù)數(shù): :第27頁(yè)/共81頁(yè)第二十七頁(yè)，共82頁(yè)。討論：討論： 如此大數(shù)量的電子射到陽(yáng)極靶上的條件如此大數(shù)量的電子射到陽(yáng)極靶上的條件和時(shí)間不可能是一樣和時(shí)間不可能是一樣(yyng)的；的；因而電磁脈沖也各不相同，從而形成了因而電磁脈沖也各不相同，從而形成了具有各種波長(zhǎng)的連續(xù)具有各種波長(zhǎng)的連續(xù)X射線(xiàn)譜。射線(xiàn)譜。第28頁(yè)/共81頁(yè)第二十八頁(yè)，共82頁(yè)。從燈絲發(fā)射出的電子經(jīng)高壓電場(chǎng)加速，使電場(chǎng)的位能從燈絲發(fā)射出的電子經(jīng)高壓電場(chǎng)加速，使電場(chǎng)的位能(winng)轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能。轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能。NoImageNoImageeVmv 221電子被陽(yáng)極突然阻止時(shí)，動(dòng)能的一部分將轉(zhuǎn)化為一個(gè)或幾個(gè)X射線(xiàn)

20、光子，其余(qy)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽ɑ蚬庾右莩觯?。?9頁(yè)/共81頁(yè)第二十九頁(yè)，共82頁(yè)。當(dāng)一個(gè)電子的動(dòng)能當(dāng)一個(gè)電子的動(dòng)能(dngnng)(dngnng)毫無(wú)損失地全部轉(zhuǎn)化為一個(gè)毫無(wú)損失地全部轉(zhuǎn)化為一個(gè)X X射線(xiàn)射線(xiàn)光子時(shí)，此光子的能量為：光子時(shí)，此光子的能量為：l0echhveV m最大221eVhc0l其中其中hh普朗克常數(shù)普朗克常數(shù), cX, cX射線(xiàn)速度射線(xiàn)速度, e, e電子電子(dinz)(dinz)電荷電荷V4.120l （埃）（埃） V千伏千伏第30頁(yè)/共81頁(yè)第三十頁(yè)，共82頁(yè)。討論：討論：（1 1）當(dāng)）當(dāng)V=20V=20、3030、4040、5050千伏時(shí)，千伏時(shí)，0=0.620

21、=0.62、0.410.41、 0.31 0.31、0.250.25。（2 2）短波限）短波限00與管電壓與管電壓(diny)(diny)成反比。成反比。（3 3）絕大多數(shù)高速電子與陽(yáng)極靶撞擊時(shí)，很大一）絕大多數(shù)高速電子與陽(yáng)極靶撞擊時(shí)，很大一部分能量部分能量P P消耗轉(zhuǎn)化為熱能、光電子逸出等情況。消耗轉(zhuǎn)化為熱能、光電子逸出等情況。即：即：peVhchvpm-l2210ll-peVhcl那么，連續(xù)那么，連續(xù)(linx)射線(xiàn)的強(qiáng)度與哪些因素有關(guān)呢？射線(xiàn)的強(qiáng)度與哪些因素有關(guān)呢？第31頁(yè)/共81頁(yè)第三十一頁(yè)，共82頁(yè)。 量子力學(xué)概念，當(dāng)能量為量子力學(xué)概念，當(dāng)能量為evev的電子與靶的原子整體碰的電子與

22、靶的原子整體碰撞時(shí)，電子失去自己的能量，其中一部分以光子的形撞時(shí)，電子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式輻射出去，每碰撞一次，產(chǎn)生式輻射出去，每碰撞一次，產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)一個(gè)能量一個(gè)能量為為hvhv的光子，即的光子，即“韌致輻射韌致輻射”。 大量的電子在到達(dá)靶面的時(shí)間、條件均不同，而且還大量的電子在到達(dá)靶面的時(shí)間、條件均不同，而且還有多次碰撞，因而產(chǎn)生有多次碰撞，因而產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)不同能量不同強(qiáng)度不同能量不同強(qiáng)度的光子序列，即形成連續(xù)譜。的光子序列，即形成連續(xù)譜。 極限情況下，能量為極限情況下，能量為evev的電子在碰撞中一下子把能量的電子

23、在碰撞中一下子把能量全部轉(zhuǎn)給光子，那么該光子獲得最高能量和具有最短全部轉(zhuǎn)給光子，那么該光子獲得最高能量和具有最短波長(zhǎng)，即短波限波長(zhǎng)，即短波限00。都有一個(gè)最短波長(zhǎng)，稱(chēng)之短波限。都有一個(gè)最短波長(zhǎng)，稱(chēng)之短波限00，強(qiáng)度的最大值在，強(qiáng)度的最大值在00的的1.51.5倍倍. .4. 量子理論(lln)連續(xù)X射線(xiàn)譜的解釋第32頁(yè)/共81頁(yè)第三十二頁(yè)，共82頁(yè)。* *垂直于垂直于X X射線(xiàn)傳播方向的單位面積上，在單位時(shí)間內(nèi)所射線(xiàn)傳播方向的單位面積上，在單位時(shí)間內(nèi)所通過(guò)的光子數(shù)目的能量總和。通過(guò)的光子數(shù)目的能量總和。* *常用單位是爾格常用單位是爾格/ /厘米厘米22秒秒* *絕對(duì)強(qiáng)度的測(cè)量比較困難，常采用

24、照相底片絕對(duì)強(qiáng)度的測(cè)量比較困難，常采用照相底片(dpin)(dpin)的黑度作為相對(duì)比較標(biāo)準(zhǔn)。的黑度作為相對(duì)比較標(biāo)準(zhǔn)。1 1、定義、定義(dngy)(dngy)： 第33頁(yè)/共81頁(yè)第三十三頁(yè)，共82頁(yè)。 常數(shù)常數(shù) z陽(yáng)級(jí)靶的原子序數(shù)陽(yáng)級(jí)靶的原子序數(shù) i管電流管電流(dinli)（毫安）（毫安） V管電壓（千伏）管電壓（千伏）?陽(yáng)極靶可以影響連續(xù)譜的強(qiáng)度，能不能影響連續(xù)譜波長(zhǎng)的分布陽(yáng)極靶可以影響連續(xù)譜的強(qiáng)度，能不能影響連續(xù)譜波長(zhǎng)的分布?答案是不能。答案是不能。第34頁(yè)/共81頁(yè)第三十四頁(yè)，共82頁(yè)。連續(xù)連續(xù)X X射線(xiàn)的效率射線(xiàn)的效率:指電子流能量指電子流能量(nngling)(nngling)

25、中用于中用于產(chǎn)生產(chǎn)生X X射線(xiàn)的百分?jǐn)?shù)，射線(xiàn)的百分?jǐn)?shù)， ZViViZVXXaah2射線(xiàn)管的功率射線(xiàn)總強(qiáng)度連續(xù)=ZV=ZV第35頁(yè)/共81頁(yè)第三十五頁(yè)，共82頁(yè)。討論：討論： 當(dāng)采用鎢陽(yáng)極當(dāng)采用鎢陽(yáng)極Z=74Z=74 V=100 V=100千伏，千伏，=1.1=1.11.51.510-610-61%1%$管中電子與陽(yáng)極撞擊時(shí)，絕大部分生成熱能管中電子與陽(yáng)極撞擊時(shí)，絕大部分生成熱能而損失掉。而損失掉。#這就是為什么要采用高熔點(diǎn)的鎢、鉬作陽(yáng)極，這就是為什么要采用高熔點(diǎn)的鎢、鉬作陽(yáng)極，或?qū)嵝院玫你y、銅作陽(yáng)極，并用或?qū)嵝院玫你y、銅作陽(yáng)極，并用(bn yn)(bn yn)冷卻水強(qiáng)烈地冷卻陽(yáng)極。冷卻水強(qiáng)

26、烈地冷卻陽(yáng)極。第36頁(yè)/共81頁(yè)第三十六頁(yè)，共82頁(yè)。1 1、特征、特征(tzhng)X(tzhng)X射線(xiàn)譜形成射線(xiàn)譜形成 *鉬靶X射線(xiàn)管當(dāng)管電壓等于或高于20KV時(shí)，除連續(xù)X射線(xiàn)譜外，位于一定波長(zhǎng)(bchng)處還疊加有少數(shù)強(qiáng)譜線(xiàn)，反映了靶材料的特征，稱(chēng)之為特征X射線(xiàn)，并由它們構(gòu)成特征X射線(xiàn)譜（見(jiàn)圖).第37頁(yè)/共81頁(yè)第三十七頁(yè)，共82頁(yè)。*當(dāng)管電壓超過(guò)(chogu)某臨界值時(shí)，特征譜才會(huì)出現(xiàn)，該臨界電壓稱(chēng)激發(fā)電壓。*當(dāng)管電壓增加時(shí)，連續(xù)譜和特征譜強(qiáng)度都增加，特征譜對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)保持不變。第38頁(yè)/共81頁(yè)第三十八頁(yè)，共82頁(yè)。鉬靶特征x射線(xiàn)分別為K、K,位于(wiy)0.71和0.63處.

27、K線(xiàn)又可細(xì)分為K1、K21-2=0.004*X射線(xiàn)衍射中，一般采用強(qiáng)度高的K1:2 2 1aaKKII1:5baKKII第39頁(yè)/共81頁(yè)第三十九頁(yè)，共82頁(yè)。1 1、產(chǎn)生特征、產(chǎn)生特征X X射線(xiàn)所需的最低管電壓（射線(xiàn)所需的最低管電壓（V V激），對(duì)不激），對(duì)不同同(b tn)(b tn)的陽(yáng)極靶是不同的陽(yáng)極靶是不同(b tn)(b tn)的，它由陽(yáng)的，它由陽(yáng)極靶的原子數(shù)極靶的原子數(shù)Z Z所決定。所決定。( (陽(yáng)極靶不同陽(yáng)極靶不同(b tn)(b tn)，所，所產(chǎn)生的特征產(chǎn)生的特征X X射線(xiàn)譜的波長(zhǎng)也不相同射線(xiàn)譜的波長(zhǎng)也不相同) )。2 2、當(dāng)管電壓超過(guò)、當(dāng)管電壓超過(guò)V V激后，管電壓進(jìn)一步升

28、高，特征激后，管電壓進(jìn)一步升高，特征X X射線(xiàn)射線(xiàn)不變。強(qiáng)度按不變。強(qiáng)度按n n次方的規(guī)律增大（次方的規(guī)律增大（n = 1.5n = 1.52 2 ）。）。3 3、當(dāng)、當(dāng)V/ VV/ V激激=3=35 5時(shí)時(shí), , 連特II最大最大第40頁(yè)/共81頁(yè)第四十頁(yè)，共82頁(yè)。原子是由帶正電的原子核和與繞核旋轉(zhuǎn)的電子原子是由帶正電的原子核和與繞核旋轉(zhuǎn)的電子(dinz)(dinz)組成。電子組成。電子(dinz)(dinz)分布在不同能級(jí)的電子分布在不同能級(jí)的電子(dinz)(dinz)殼層上。距核最近的第一層殼層上。距核最近的第一層電子電子(dinz)(dinz)的能量最低，稱(chēng)為的能量最低，稱(chēng)為K K

29、層，第二層為層，第二層為L(zhǎng) L層，依次為層，依次為M M、N N、O O、P P等層（圖），各層上電子等層（圖），各層上電子(dinz)(dinz)的能量為的能量為: :1、特征、特征(tzhng)X射線(xiàn)的產(chǎn)生射線(xiàn)的產(chǎn)生 22242)(2 p-znhmeEn第41頁(yè)/共81頁(yè)第四十一頁(yè)，共82頁(yè)。當(dāng)高速的陰極電子流沖擊陽(yáng)極靶時(shí)，可將陽(yáng)極靶內(nèi)當(dāng)高速的陰極電子流沖擊陽(yáng)極靶時(shí)，可將陽(yáng)極靶內(nèi)層層(ni cn)(ni cn)的某些電子擊出，轉(zhuǎn)移到能量較高的的某些電子擊出，轉(zhuǎn)移到能量較高的外部殼層上，或擊出原子系統(tǒng)之外而使原子電離，外部殼層上，或擊出原子系統(tǒng)之外而使原子電離，原子處于激發(fā)狀態(tài)，其能量高于正

30、常狀態(tài)，是不穩(wěn)原子處于激發(fā)狀態(tài)，其能量高于正常狀態(tài)，是不穩(wěn)定的。定的。假定假定K K層電子被激發(fā)后，由層電子被激發(fā)后，由L L層躍遷來(lái)一個(gè)補(bǔ)充電子，層躍遷來(lái)一個(gè)補(bǔ)充電子，其降低的能量其降低的能量 這就是這就是(jish)(jish)波長(zhǎng)一定的特征波長(zhǎng)一定的特征X X射線(xiàn)射線(xiàn),K X,K X射線(xiàn)。射線(xiàn)。lneechhKLKL-KLhceel-第42頁(yè)/共81頁(yè)第四十二頁(yè)，共82頁(yè)。K層電子被激發(fā)，其它高能級(jí)的外層電子躍入而產(chǎn)層電子被激發(fā)，其它高能級(jí)的外層電子躍入而產(chǎn)生生(chnshng)的特征的特征X射線(xiàn)為射線(xiàn)為K系系X射線(xiàn)。射線(xiàn)。2、K系系X射線(xiàn)射線(xiàn) 由由L層層K層躍遷產(chǎn)生層躍遷產(chǎn)生(chns

31、hng)的的X射線(xiàn)，稱(chēng)射線(xiàn)，稱(chēng)為為K射線(xiàn)。射線(xiàn)。由由M層層K層躍遷產(chǎn)生層躍遷產(chǎn)生(chnshng)的的X射線(xiàn)，稱(chēng)射線(xiàn)，稱(chēng)為為K射線(xiàn)。射線(xiàn)。 3、K、K 第43頁(yè)/共81頁(yè)第四十三頁(yè)，共82頁(yè)。要獲得要獲得K系射線(xiàn)，必須使高速電子的動(dòng)能系射線(xiàn)，必須使高速電子的動(dòng)能(dngnng)足以把原子中足以把原子中K層電子擊出。層電子擊出。即即evx k,x-未飽和的最外層能量未飽和的最外層能量 V激K是完全由陽(yáng)極靶決定的，每種陽(yáng)極靶有固定的激發(fā)(jf)電壓。K最短KV激 412.l最短最大kkkxehceheVlnee-第44頁(yè)/共81頁(yè)第四十四頁(yè)，共82頁(yè)。K K層電子被激發(fā)后，層電子被激發(fā)后，L L層

32、電子向?qū)与娮酉騅 K層躍遷層躍遷(yuqin)(yuqin)的的幾率要比幾率要比M M層層KK層躍遷層躍遷(yuqin)(yuqin)的幾率大很多倍，的幾率大很多倍，所以所以I / I 4I / I 45 5。 5、IK、IK 同一殼層上的電子并不處于同一殼層上的電子并不處于(chy)(chy)同一能量狀態(tài)，同一能量狀態(tài)，分屬于若干個(gè)亞能級(jí)。分屬于若干個(gè)亞能級(jí)。K1K1、 K 2 K 2 是是L L層中的兩層中的兩個(gè)亞能級(jí)電子向個(gè)亞能級(jí)電子向K K層躍遷，輻射出來(lái)的兩根譜線(xiàn)。層躍遷，輻射出來(lái)的兩根譜線(xiàn)。 6、K1、K 2： 第45頁(yè)/共81頁(yè)第四十五頁(yè)，共82頁(yè)。7.7.當(dāng)當(dāng)L L層電子填充層

33、電子填充K K層后，原子由層后，原子由K K激發(fā)狀態(tài)變成激發(fā)狀態(tài)變成L L激發(fā)狀態(tài)，此時(shí)更外層如激發(fā)狀態(tài)，此時(shí)更外層如M M、NN層的電子將填層的電子將填充充L L層空位，產(chǎn)生層空位，產(chǎn)生L L系輻射系輻射(fsh).(fsh).8.8.當(dāng)原子受到當(dāng)原子受到K K激發(fā)時(shí)，除產(chǎn)生激發(fā)時(shí)，除產(chǎn)生K K系輻射系輻射(fsh)(fsh)外，還將伴生外，還將伴生L L、MM等系的輻射等系的輻射(fsh)(fsh)。K K系輻射系輻射(fsh)(fsh)因波長(zhǎng)短而不被窗口完全吸收外，因波長(zhǎng)短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波長(zhǎng)長(zhǎng)被吸收。其余各系均因波長(zhǎng)長(zhǎng)被吸收。第46頁(yè)/共81頁(yè)第四十六頁(yè)，共82頁(yè)。小

34、結(jié)(xioji)連續(xù)譜連續(xù)譜(軟軟X射線(xiàn)射線(xiàn))高速運(yùn)動(dòng)的高速運(yùn)動(dòng)的粒子能量轉(zhuǎn)粒子能量轉(zhuǎn)換成電磁波換成電磁波譜圖特征譜圖特征: :強(qiáng)度隨波長(zhǎng)強(qiáng)度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化連續(xù)變化是衍射分析的是衍射分析的背底背底; ;醫(yī)學(xué)采用醫(yī)學(xué)采用特征譜特征譜(硬硬X射線(xiàn)射線(xiàn))高能級(jí)電子高能級(jí)電子回跳到低能回跳到低能級(jí)多余能量級(jí)多余能量轉(zhuǎn)換成電磁轉(zhuǎn)換成電磁波波僅在特定波僅在特定波長(zhǎng)處有特別長(zhǎng)處有特別強(qiáng)的強(qiáng)度峰強(qiáng)的強(qiáng)度峰 衍射分析采用衍射分析采用第47頁(yè)/共81頁(yè)第四十七頁(yè)，共82頁(yè)。l X射線(xiàn)照射到物質(zhì)射線(xiàn)照射到物質(zhì)(wzh)上與物質(zhì)上與物質(zhì)(wzh)相互相互作用是個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程?？蓺w結(jié)為三個(gè)能量轉(zhuǎn)換作用是個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程。

35、可歸結(jié)為三個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程：過(guò)程：lE1：散射能量；：散射能量；lE2：吸收能量，熱和光電效應(yīng)、俄歇效應(yīng)等，：吸收能量，熱和光電效應(yīng)、俄歇效應(yīng)等，lE3：透過(guò)物質(zhì)：透過(guò)物質(zhì)(wzh)能量。能量。第48頁(yè)/共81頁(yè)第四十八頁(yè)，共82頁(yè)。第49頁(yè)/共81頁(yè)第四十九頁(yè)，共82頁(yè)。 入射入射X射線(xiàn)射線(xiàn)散射散射相干散射相干散射非相干散射非相干散射+反沖電子反沖電子穿透穿透吸收吸收光電子光電子+二次特征輻射二次特征輻射二次電子二次電子+俄歇效應(yīng)俄歇效應(yīng)熱能熱能第50頁(yè)/共81頁(yè)第五十頁(yè)，共82頁(yè)。(1)(1)當(dāng)當(dāng)X X射線(xiàn)與原子中束縛較緊的內(nèi)層電子相撞時(shí)射線(xiàn)與原子中束縛較緊的內(nèi)層電子相撞時(shí), , 光子把能量

36、光子把能量全部轉(zhuǎn)給電子，電子受迫振動(dòng)全部轉(zhuǎn)給電子，電子受迫振動(dòng), ,其振動(dòng)的頻率與入射其振動(dòng)的頻率與入射X X射線(xiàn)的頻射線(xiàn)的頻率相同。率相同。(2)(2)任何帶電粒子作受迫振動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，向四周輻射任何帶電粒子作受迫振動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，向四周輻射電磁波，頻率與帶電粒子的振動(dòng)頻率相同。電磁波，頻率與帶電粒子的振動(dòng)頻率相同。(3)(3)由于散射線(xiàn)與入射線(xiàn)的波長(zhǎng)和頻率一致，位相固定，在相同由于散射線(xiàn)與入射線(xiàn)的波長(zhǎng)和頻率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干方向上各散射波符合相干(xinggn)(xinggn)條件，稱(chēng)為相干條件，稱(chēng)為相干(xinggn)(xinggn)散射。相干散射

37、。相干(xinggn)(xinggn)散射是散射是X X射線(xiàn)在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的基射線(xiàn)在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)。礎(chǔ)。一、 X射線(xiàn)的散射(snsh) 第51頁(yè)/共81頁(yè)第五十一頁(yè)，共82頁(yè)。2.不相干散射X射線(xiàn)經(jīng)束縛力不大的電子（如輕原子中的電子）或自由電子散射后，可以得到波長(zhǎng)比入射X射線(xiàn)長(zhǎng)的X射線(xiàn)，且波長(zhǎng)隨散射方向不同而改變。這種散射現(xiàn)象稱(chēng)為康普頓散射或康普頓一吳有訓(xùn)散射,也稱(chēng)之為不相干散射，是因散射線(xiàn)分布于各個(gè)方向，波長(zhǎng)各不相等(xingdng)，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。第52頁(yè)/共81頁(yè)第五十二頁(yè)，共82頁(yè)。 入射X射線(xiàn)遇到束縛力不大的電子時(shí)，將電子撞至一方，成為反沖電子。入射線(xiàn)的能量對(duì)電子

38、作功而消耗一部份后，剩余部份以X射線(xiàn)向外輻射。散射(snsh)X射線(xiàn)的波長(zhǎng)（）比入射x射線(xiàn)的波長(zhǎng)（）長(zhǎng)，其差值與角度之間存在如右關(guān)系：=-=0.0024(1-cos2)不相干散射在衍射(ynsh)圖相上成為連續(xù)的背底，其強(qiáng)度隨（sin/）的增加而增大，在底片中心處（射線(xiàn)與底片相交處）強(qiáng)度最小，越大，強(qiáng)度越大。 第53頁(yè)/共81頁(yè)第五十三頁(yè)，共82頁(yè)。二 X射線(xiàn)的吸收(xshu) 物質(zhì)對(duì)X射線(xiàn)的吸收，是指X射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)光子的能量變成了其他形式時(shí)能量。有時(shí)將X射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)造成的能量損失稱(chēng)為(chn wi)真吸收。 X射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的光電效應(yīng)和俄歇效應(yīng)，使入射X射線(xiàn)的能量變成光電子、俄歇電子

39、和熒光X射線(xiàn)的能量，使X射線(xiàn)強(qiáng)度被衰減，是物質(zhì)對(duì)X射線(xiàn)的真吸收過(guò)程。第54頁(yè)/共81頁(yè)第五十四頁(yè)，共82頁(yè)。2.1 光電效應(yīng)(un din xio yng)當(dāng)激發(fā)二次特征(tzhng)輻射時(shí)，原入射X射線(xiàn)光子的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮拥哪芰?，使電子逸出原子之外。這種電子稱(chēng)為光電子，這一過(guò)程稱(chēng)為光電效應(yīng)。第55頁(yè)/共81頁(yè)第五十五頁(yè)，共82頁(yè)。入射的入射的X射線(xiàn)光子的能量射線(xiàn)光子的能量(nngling)必須等于或大于將必須等于或大于將K層電子擊出所需的能量層電子擊出所需的能量(nngling)。 hv激激KeV激激K 入激入激K產(chǎn)生產(chǎn)生K系激發(fā)的最長(zhǎng)波長(zhǎng)系激發(fā)的最長(zhǎng)波長(zhǎng),又稱(chēng)為又稱(chēng)為K系特征輻射的激系特征

40、輻射的激發(fā)限。從發(fā)限。從X射線(xiàn)激發(fā)光電效應(yīng)射線(xiàn)激發(fā)光電效應(yīng)(un din xio yng)的角度，的角度，稱(chēng)稱(chēng)K為激發(fā)限；從為激發(fā)限；從X射線(xiàn)被物質(zhì)吸收的角度，則稱(chēng)射線(xiàn)被物質(zhì)吸收的角度，則稱(chēng)K為吸收為吸收限。限。eV激激KKch激l （） K激lKKVevhc激激4 .12KKV激激4 .12l第56頁(yè)/共81頁(yè)第五十六頁(yè)，共82頁(yè)。2. 熒光(ynggung)X射線(xiàn)當(dāng)入射光量子能量足夠大時(shí),擊出原子內(nèi)部電子(dinz)(如K層電子(dinz)），所擊出的電子(dinz)即為光電子(dinz)同時(shí)原子的外層電子(dinz)要向內(nèi)層的空位躍遷，輻射出波長(zhǎng)一定的特征X射線(xiàn)，這種由X射線(xiàn)激發(fā)所產(chǎn)生的

41、特征X射線(xiàn)即為二次特征X射線(xiàn)或熒光X射線(xiàn)第57頁(yè)/共81頁(yè)第五十七頁(yè)，共82頁(yè)。 俄歇（Auger，M.P.）在1925年發(fā)現(xiàn)，原子(yunz)中K層的一個(gè)電子被打出后處于K激發(fā)態(tài)，能量為EK。如果一個(gè)L層電子來(lái)填充這個(gè)空位，K電離就變成L電離，能量由EK變成EL，此時(shí)將釋放EK-EL的能量。 釋放出的能量，可能產(chǎn)生熒光X射線(xiàn)，也可能給予L層的電子，使其脫離原子(yunz)產(chǎn)生二次電離。即K層的一個(gè)空位被L層的兩個(gè)空位所代替，這種現(xiàn)象稱(chēng)俄歇效應(yīng).俄歇效應(yīng)(xioyng)第58頁(yè)/共81頁(yè)第五十八頁(yè)，共82頁(yè)。 從L層跳出原子的電子稱(chēng)KLL俄歇電子。每種原子的俄歇電子均具有一定的能量，測(cè)定俄歇電

42、子的能量，即可確定該種原子的種類(lèi)，可以利用俄歇電子能譜作元素的成分分析。 俄歇電子的能量很低，一般為幾百eV，平均自由程非常短，能夠檢測(cè)到的只是表面兩三個(gè)原子層發(fā)出的俄歇電子，因此，俄歇譜儀是研究物質(zhì)表面微區(qū)成分的有力(yul)工具。 第59頁(yè)/共81頁(yè)第五十九頁(yè)，共82頁(yè)。光電效應(yīng)(un din xio yng)小結(jié)光電子光電子被被X X射線(xiàn)擊出殼層的電子即射線(xiàn)擊出殼層的電子即光電子光電子, ,它帶有它帶有殼層的特征能量殼層的特征能量, ,所以可用來(lái)進(jìn)行成分分所以可用來(lái)進(jìn)行成分分析析(XPS)(XPS)俄歇電子俄歇電子 高能級(jí)的電子回跳高能級(jí)的電子回跳, ,多余能量將同能級(jí)的多余能量將同能級(jí)

43、的另一個(gè)電子送出去另一個(gè)電子送出去, ,這個(gè)被送出去的電子這個(gè)被送出去的電子就是就是俄歇電子俄歇電子帶，有殼層的特征能量帶，有殼層的特征能量(AES)(AES)二次熒光二次熒光 高能級(jí)的電子回跳高能級(jí)的電子回跳, ,多余能量以多余能量以X X射線(xiàn)形式射線(xiàn)形式發(fā)出發(fā)出. .這個(gè)二次這個(gè)二次X X射線(xiàn)就是射線(xiàn)就是二次熒光，二次熒光，也稱(chēng)也稱(chēng)熒光輻射同樣帶有殼層的特征能量熒光輻射同樣帶有殼層的特征能量第60頁(yè)/共81頁(yè)第六十頁(yè)，共82頁(yè)。小結(jié)(xioji)散射散射散射無(wú)能量損失或損失相對(duì)較小散射無(wú)能量損失或損失相對(duì)較小相干散射是相干散射是X X射線(xiàn)衍射基礎(chǔ)射線(xiàn)衍射基礎(chǔ), ,只有相干散射才只有相干散射

44、才能產(chǎn)生衍射能產(chǎn)生衍射. .散射是進(jìn)行材料晶體結(jié)構(gòu)分析的工具散射是進(jìn)行材料晶體結(jié)構(gòu)分析的工具吸收吸收吸收是能量的大幅度轉(zhuǎn)換吸收是能量的大幅度轉(zhuǎn)換, ,多數(shù)在原子殼層多數(shù)在原子殼層上進(jìn)行上進(jìn)行, ,從而帶有殼層的特征能量從而帶有殼層的特征能量, ,是揭示材是揭示材料成分的因素料成分的因素吸收是進(jìn)行材料成分分析的工具，吸收是進(jìn)行材料成分分析的工具，可以在分可以在分析析成分成分的同時(shí)告訴我們的同時(shí)告訴我們?cè)貎r(jià)態(tài)元素價(jià)態(tài)第61頁(yè)/共81頁(yè)第六十一頁(yè)，共82頁(yè)。X X射線(xiàn)穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，由于經(jīng)典射線(xiàn)穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，由于經(jīng)典(jngdin)(jngdin)散射、散射、量子散射、原子激發(fā)等現(xiàn)象而消耗入射量子散射、

45、原子激發(fā)等現(xiàn)象而消耗入射X X射線(xiàn)射線(xiàn)的能量。因此，入射的能量。因此，入射X X射線(xiàn)的強(qiáng)度將顯著地衰射線(xiàn)的強(qiáng)度將顯著地衰減下來(lái)。減下來(lái)。第62頁(yè)/共81頁(yè)第六十二頁(yè)，共82頁(yè)。（1 1）實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)(shyn)(shyn)規(guī)律：規(guī)律：通過(guò)厚度為通過(guò)厚度為dxdx的無(wú)窮小薄層物的無(wú)窮小薄層物質(zhì)時(shí)，質(zhì)時(shí)，X X射線(xiàn)強(qiáng)度衰減量射線(xiàn)強(qiáng)度衰減量dIdI正正比于入射線(xiàn)強(qiáng)度比于入射線(xiàn)強(qiáng)度I I和層厚和層厚dx.dx.dI- IdxdI- Idx或或dI = -lIdx dI = -lIdx （1 1）ll單位為厘米單位為厘米- -1 1，線(xiàn)吸收系數(shù)，線(xiàn)吸收系數(shù), ,負(fù)號(hào)表示強(qiáng)度的變化由強(qiáng)變?nèi)酢Ｘ?fù)號(hào)表示強(qiáng)度的變

46、化由強(qiáng)變?nèi)?。?3頁(yè)/共81頁(yè)第六十三頁(yè)，共82頁(yè)。積分得到：積分得到： Ix= I0e-x Ix= I0e-xl= l= 1n1n（Ix/I0Ix/I0）/x /x * * *ll物理意義物理意義: :在在X X射線(xiàn)的傳播方向上，單位長(zhǎng)度上射線(xiàn)的傳播方向上，單位長(zhǎng)度上X X射射線(xiàn)強(qiáng)度衰減程度。線(xiàn)強(qiáng)度衰減程度。* * *ll與物質(zhì)的密度與物質(zhì)的密度成正比，即與物質(zhì)的存在狀態(tài)有關(guān)。成正比，即與物質(zhì)的存在狀態(tài)有關(guān)。因?yàn)橐驗(yàn)?yn wi)(yn wi)物質(zhì)的密度越大，物質(zhì)的密度越大，X X射線(xiàn)遇到的原子愈多，射線(xiàn)遇到的原子愈多，散射和吸收越強(qiáng)烈。散射和吸收越強(qiáng)烈。第64頁(yè)/共81頁(yè)第六十四頁(yè)，共82

47、頁(yè)。1)1)定義定義(dngy)m(dngy)m/稱(chēng)質(zhì)量衷減系數(shù)，單位稱(chēng)質(zhì)量衷減系數(shù)，單位cm2cm2g.g.2 2）mm的物理意義：表示單位重量的物質(zhì)引起的的物理意義：表示單位重量的物質(zhì)引起的X X射線(xiàn)的射線(xiàn)的衰減量。衰減量。3)m3)m與入射與入射X X射線(xiàn)波長(zhǎng)及元素的原子序數(shù)射線(xiàn)波長(zhǎng)及元素的原子序數(shù)Z Z的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)證明：證明：mK3Z3, KmK3Z3, K為常數(shù)為常數(shù)4)4)工作中有時(shí)需要計(jì)算工作中有時(shí)需要計(jì)算i i個(gè)元素組成的化合物、混合物、個(gè)元素組成的化合物、混合物、合金和溶液等的質(zhì)量衰減系數(shù)合金和溶液等的質(zhì)量衰減系數(shù)mm。由于。由于mm與物質(zhì)的存在與物質(zhì)的存在狀態(tài)無(wú)

48、關(guān)，衰減系數(shù)可按下式計(jì)算：狀態(tài)無(wú)關(guān)，衰減系數(shù)可按下式計(jì)算：m=1m1+2m2+imi m=1m1+2m2+imi 第65頁(yè)/共81頁(yè)第六十五頁(yè)，共82頁(yè)。.X射線(xiàn)的吸收(xshu)曲線(xiàn) X射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)的衰減，吸收和散射的結(jié)果(ji gu)。 如果用m仍表示散射系數(shù)m表示吸收系數(shù)。 大多數(shù)情況下吸收系數(shù)比散射系數(shù)大得多，故mm。典型(dinxng)吸收曲線(xiàn)第66頁(yè)/共81頁(yè)第六十六頁(yè)，共82頁(yè)。 從熒光X射線(xiàn)的產(chǎn)生(chnshng)機(jī)理，可以解釋圖中的吸收突變。 當(dāng)入射波長(zhǎng)非常短時(shí)，它能夠打出K電子，形成K吸收。但因其波長(zhǎng)太短，K電子不易吸收這樣的光子能量，因此衰減系數(shù)小。典型(dinxng)

49、吸收曲線(xiàn)隨著波長(zhǎng)的逐漸增加，K電子也越來(lái)越容易吸收這樣的光子能量，因此衰減系數(shù)也逐漸增大(zn d)，直到K吸收限波長(zhǎng)為止。第67頁(yè)/共81頁(yè)第六十七頁(yè)，共82頁(yè)。 如果入射X射線(xiàn)的波長(zhǎng)比K稍大一點(diǎn)，此時(shí)入射光子的能量已無(wú)法打出K電子，不產(chǎn)生K吸收。 對(duì)L層電子來(lái)說(shuō)，入射光子的能量又過(guò)大，也不易被吸收，因此，入射X射線(xiàn)的波長(zhǎng)比K稍大一點(diǎn)時(shí)，衰減系數(shù)有最小值。 同理，可以(ky)解釋K吸收限至L吸收限之間曲線(xiàn)的變化規(guī)律。典型吸收(xshu)曲線(xiàn)第68頁(yè)/共81頁(yè)第六十八頁(yè)，共82頁(yè)。X射線(xiàn)的衰減(shui jin)小結(jié)宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn)強(qiáng)度衰減與穿過(guò)物質(zhì)的質(zhì)量和厚度有強(qiáng)度衰減與穿過(guò)物質(zhì)的質(zhì)量和厚度有關(guān)，是關(guān)，是X X射線(xiàn)透射學(xué)的基礎(chǔ)，這就是質(zhì)射線(xiàn)透射學(xué)的基礎(chǔ)，這就是質(zhì)厚襯度厚襯度微觀機(jī)制微觀機(jī)制散射和吸收消耗了入射線(xiàn)的能量，這散射和吸收消耗了入射線(xiàn)的能量，這與吸波原理是一樣與吸波原理是一樣第69頁(yè)/共81頁(yè)第六十九頁(yè)，共82頁(yè)。 在衍射分析工作中，我們只希望是在衍射分析工作中，我們只希望是kk輻射的衍射輻射的衍射線(xiàn)條，但線(xiàn)條，但X X射線(xiàn)管中發(fā)