晶體X射線衍射學(xué)基礎(chǔ)

1、二二.學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)三三.X射線實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展概況射線實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展概況四四.X射線分析在金屬材料領(lǐng)域中的主要應(yīng)用射線分析在金屬材料領(lǐng)域中的主要應(yīng)用五五.課程簡介課程簡介一一.學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的材料的性能包括力學(xué)性能與物理性能加工成份組織結(jié)構(gòu)性能應(yīng)用l組織結(jié)構(gòu)與性能的組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系關(guān)系：性能是由其內(nèi)部的微觀組織結(jié)構(gòu)所決定的。微觀組織結(jié)構(gòu)控制微觀組織結(jié)構(gòu)控制：在認(rèn)識了材料的組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系及顯微組織結(jié)構(gòu)形成的條件與過程機(jī)理的基礎(chǔ)上，可以通過一定的方法（改變成份及采取不同的加工方法）控制其顯微組織形成條件，使其形成預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)，從而具有所希望的性能。 l金屬材料的用途主要由

2、性能決定。如：在航天航空工業(yè)中，為了實(shí)現(xiàn)火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、飛機(jī)等的飛行控制、通訊、目標(biāo)捕獲識別與跟蹤、火力控制、突防、隱身等目的需要采用各種先進(jìn)的儀器設(shè)備，而制造這些儀器設(shè)備，需要采用各種新材料，它們具有特殊的物理、化學(xué)和生物方面的性能，例如電、磁、聲、熱、光、力、化學(xué)和生物等功能，通過這些金屬功能材料實(shí)現(xiàn)能量和信號的轉(zhuǎn)換、吸收、存儲、發(fā)射、傳輸、偉感、控制和處理，然后廣泛地應(yīng)用于航天航空工業(yè)方面的制導(dǎo)、導(dǎo)航、操縱系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、能源供給系統(tǒng)、儀表通訊系統(tǒng)、遙感遙測系統(tǒng)、武器火控系統(tǒng)、生命保障系統(tǒng)以及生活服務(wù)系統(tǒng)等。l 航天航空工業(yè)中應(yīng)用的金屬功能材料主要包括磁性合金、

3、彈性合金、膨脹合金、高比重合金、形狀記憶合金、貯氫合金以及隱身材料、超導(dǎo)材料等。l 而航天器的機(jī)身，則需用強(qiáng)度高且輕的材料制成。l首先，是它們的成分和組織（主要包括合金元素和雜質(zhì)、合金的晶體結(jié)構(gòu)以及金相組織等方面的影響）l其次，是各種加工條件的影響（主要包括生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)、組織、加工條件之間的關(guān)系。金相、 X射線衍射、磁性測量、力學(xué)性能測試、莫譜、電子顯微鏡、熱分析（DTA）等等。l組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系：材料的性能（包括力學(xué)性能與物理性能）是由其內(nèi)部的微觀組織結(jié)構(gòu)所決定的。l微觀組織結(jié)構(gòu)控制微觀組織結(jié)構(gòu)控制：在認(rèn)識了材料的組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系及顯微組織結(jié)構(gòu)形成的條件

4、與過程機(jī)理的基礎(chǔ)上，可以能過一定的方法控制其顯微組織形成條件，使其形成預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)，從而具有所希望的性能。l顯微化學(xué)成分：不同相的成分，基體與析出相的成分，偏析等；l晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷：面心立方、體心立方、位錯、層錯等；l晶粒大小與形態(tài)：等軸晶、柱狀晶、枝晶等；l相的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、含量及分布：球、片、棒、沿晶界聚集或均勻分布等；l界面：表面、相界與晶界；l位向關(guān)系：慣習(xí)面、孿生面、新相與母相；l夾雜物；l內(nèi)應(yīng)力：噴丸表面，焊縫熱影響區(qū)等1.設(shè)計(jì)材料：即由已有的資料、經(jīng)驗(yàn)，利用元素、已知合金、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系等多方面的知識，設(shè)計(jì)新材料，并預(yù)言其性質(zhì)。這是材料科學(xué)發(fā)展的最終目標(biāo)。 2.實(shí)

5、驗(yàn)測定材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、性能，并研究三者的關(guān)系是研究現(xiàn)有材料、發(fā)揮材料潛力、擴(kuò)大材料的使用范圍、提高材料的壽命，以及研究新材料、新工藝的主要手段，并對建立有關(guān)的材料學(xué)科的理論提供必需的數(shù)據(jù)。驗(yàn)證。從材料成分、組織結(jié)構(gòu)的改變，改善材料的性能。 材料研制或生產(chǎn)的主要任務(wù)是材料研制或生產(chǎn)的主要任務(wù)是： 完成上述兩方面的任務(wù)，都涉及到一個測試手段的問題，我們采用的測試手段主要有： 金相、電鏡、磁性測量、力學(xué)性能測試、莫譜、X光、熱分析（DTA）等等?！敖饘賆射線學(xué)” 即利用X-ray在晶體中的衍射效應(yīng)研究金屬的合金結(jié)構(gòu)的科學(xué)。l1895年，德國物理學(xué)家倫琴（W.K.Rontgen)，作陰極射線實(shí)驗(yàn)

6、時，發(fā)現(xiàn)了一種不可見的射線，由于當(dāng)時不知它的性能和本質(zhì)，故稱X射線，也稱倫琴射線。l1909年，巴克拉（Barkla)利用X射線，發(fā)現(xiàn)X射線與產(chǎn)生X射線的物質(zhì)（靶）的原子序數(shù)（Z）有關(guān)，由此發(fā)現(xiàn)了標(biāo)識X射線，并認(rèn)為此X射線是原子內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生。l19081909年，德國物理學(xué)家Walte.Pohl，將X射線照金屬（相當(dāng)于光柵），產(chǎn)生了干涉條紋。l1910年，Ewald發(fā)現(xiàn)新散射現(xiàn)象，勞埃由此得出：散射間距(即原子間距)近似于1埃數(shù)量級。l1912年，勞埃提出非凡預(yù)言：X射線照射晶體時，將產(chǎn)生衍射。 隨后，為解釋衍射圖象，勞埃提出了勞埃方程；l1913年，布拉格父子導(dǎo)出了簡單實(shí)用的布拉格方程；

7、 隨后，厄瓦爾德把衍射變成了圖解的形式：厄瓦爾德圖解l19131914年，莫塞萊定律的發(fā)現(xiàn)，并最終發(fā)展成為X射線光譜分析及X射線熒光分析。lX射線衍射理論已基本完善，是一門相當(dāng)成熟的學(xué)科，而X射線衍射技術(shù)仍在不斷發(fā)展，近年來，發(fā)展尤為顯著，其主要方面和原因有：新光源的發(fā)明：轉(zhuǎn)靶、同步輻射、X射線激光、X 射線脈沖源，高效率、強(qiáng)光源，使測量精度提高4 個數(shù)量級。新的探測器：由氣體探測器到固體探測器，高分辨率、高靈敏度，使測量提高2個數(shù)量級。新的數(shù)據(jù)記錄及處理技術(shù)：高度計(jì)算機(jī)化 a. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)全自動化； b. 數(shù)據(jù)分析計(jì)算程序化； c. 衍射花樣的計(jì)算機(jī)模擬。 l物相分析l點(diǎn)陣常數(shù)的精確

8、測定l織構(gòu)的測定l此外還有：晶粒大小的測定，應(yīng)力測定等等。l晶體X射線衍射學(xué)基礎(chǔ)是一門專業(yè)課程，學(xué)習(xí)本課程的目的，在于使學(xué)習(xí)者具備X射線分析技術(shù)所必須的基礎(chǔ)理論、基本知識與基本實(shí)驗(yàn)技能，并對合金的相分結(jié)構(gòu)、精細(xì)結(jié)構(gòu)、晶體取向等有進(jìn)一步的了解。用X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象來研究晶體結(jié)構(gòu)及有關(guān)問題，從金屬物理角度，解決合金成分、結(jié)構(gòu)、性能關(guān)系及問題，為金屬材料科學(xué)的研究提供理論基礎(chǔ)和研究方法。l參考書：原子物理、光學(xué)； X射線金屬學(xué)（柯列迪） 金屬X射線學(xué)（許順生） 材料近代測試分析方法（哈工大）l要 求：本課程中一些內(nèi)容比較抽象，微觀概念、 空間概念不易掌握和建立，因此課前課后必須進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，

9、課堂上則要跟著老師的思路，積極思考、思維活躍，注意教學(xué)中的重點(diǎn)難點(diǎn)，對所學(xué)內(nèi)容及時消化，認(rèn)真、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)及作業(yè)。l考 核：平時成績（包括作業(yè)、實(shí)驗(yàn)及課堂點(diǎn)名）30%，考試70%第一章 X射線的產(chǎn)生和性質(zhì)第二章 幾何晶體學(xué)基礎(chǔ)第三章 X射線衍射的幾何原理第四章 X射線衍射線束的強(qiáng)度第五章 X射線衍射儀第六章 X射線物相分析第一章 X射線的產(chǎn)生和性質(zhì)lX射線的本質(zhì)lX射線的產(chǎn)生lX射線譜lX射線與物質(zhì)的相互作用lX射線的探測與防護(hù)l重點(diǎn)lX射線的電磁波本質(zhì)；l兩種X射線譜的成因及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律；lX射線與物質(zhì)（試樣）相互作用的物理效應(yīng)及意義。 一一.性質(zhì)性質(zhì) 二. 本質(zhì)本質(zhì)是一種電磁波，是一種電磁波

10、，有明顯的波粒二象性有明顯的波粒二象性返回本章開頭l1895年德國物理學(xué)家倫琴（W.K.Rontyen）在研究陰極射線時，發(fā)現(xiàn)一種新的射線。后人為紀(jì)念發(fā)現(xiàn)者，稱之為“倫琴射線”。l倫琴在實(shí)驗(yàn)室的發(fā)現(xiàn)表明：X射線是用人的肉眼不可見的，但能使某些物質(zhì)（鉑氰化鋇）發(fā)出可見熒光；具有感光性，能使照相底片感光；具有激發(fā)本領(lǐng)，使氣體電離。l實(shí)際觀測還表明：X射線沿直線傳播，經(jīng)過電場時不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；具有很強(qiáng)的穿透能力，波長越短，穿透物質(zhì)的能力越大；與物質(zhì)能相互作用。l另外，X射線通過物質(zhì)時可以被吸收，使其強(qiáng)度衰減，偏振化即經(jīng)物質(zhì)后，某些方向強(qiáng)度強(qiáng)，某些方向弱；能殺死生物細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)中要特別注意保護(hù)。l1912年

11、勞埃（Laue）在當(dāng)時晶體學(xué)家已得出了原子排列的周期性及光柵實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，并根據(jù)可見光光柵衍射原理（周期性、波動性、數(shù)量級），提出非凡預(yù)言：從事實(shí)驗(yàn)研究的兩位研究生支持了勞埃的這一設(shè)想，用X射線照射CuSO4.5H2O、NaCl晶體進(jìn)行了試驗(yàn)，獲得了世界上第一張X射線衍射照片。X射線照射晶體時，將產(chǎn)生衍射。圖1 光柵實(shí)驗(yàn)可見光平面波光柵屏產(chǎn)生干涉條紋的條件產(chǎn)生干涉條紋的條件 入射光是單色平面波 光柵刻痕周期性； 可見光波動性； 波長與a+b同數(shù)量級。X-rayCuSO4.5H2O 單斜晶系底片對稱性差的衍射花樣，樣品轉(zhuǎn)動一個方向時花樣變化X-ray NaCl( 密排六方） 底片對稱性好的衍射花

12、樣證實(shí)了X光的電磁波本質(zhì)；證實(shí)了X光波長與晶體原子尺度類似 （同一數(shù)量級）；證實(shí)了晶體內(nèi)原子排布呈周期性，即 讓了晶體的結(jié)構(gòu)。為研究物質(zhì)的微觀世界提供了嶄新的方法。l 實(shí)驗(yàn)還表明，X射線在空間傳播具有粒子性，或者說X射線是由大量以光速運(yùn)動的粒子組成的不連續(xù)的粒子流。這些粒子叫光量子，每個光量子具有能量 =h 或 =hc/l式中，h是普朗克常數(shù)，h=6.6310-34Js； 和分別為光量子的頻率和波長。lX射線的單位通常用埃（） 1=10-8cm=10-10m 目前歐美普遍采用nm，1nm=10。lX射線是一種波長較短的電磁波，其本質(zhì)與可見光相同，只不過X射線是由高速帶電粒子與物質(zhì)原子中的內(nèi)層電

13、子作用而產(chǎn)生的，因此能量大，波長短，具有強(qiáng)的穿透能力。X射線處于電磁波譜中，紫外線和射線之間（見P1圖1-1）。 無限電波 紅外線 可見光 紫外線 X射線 射線 宇宙射線 103 10 10-1 10-3 10-5 10-7 10-9 10-11 10-13 圖1-2 電磁波譜lX射線的波長為 =10-10cm10-6cm，即1000.01或更短。l通常，用于晶體衍射實(shí)驗(yàn)的X射線波長約為2.50.5，而用于金屬材料探傷的X射線波長則要更短一些，約為10.05，而常見的可見光的波長約為40008000。X射線是一種電磁波，是具有波粒二重性的矛盾統(tǒng)一體（即具有一切微觀粒子的共性）;X射線的波長很短

14、，約為10-1010-6cm，與晶體內(nèi)呈周期性排列的原子間距為同一數(shù)量級；晶體衍射產(chǎn)生的圖象特征，精確地反映了晶體結(jié)構(gòu)；是近代先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。 返回本節(jié)開頭l一、一、X射線的產(chǎn)生條件射線的產(chǎn)生條件l二、二、X射線管射線管l三、三、X X射線儀射線儀l四、四、X射線探測與防護(hù)射線探測與防護(hù)下一節(jié)返回本章開頭 因此，要獲得X射線，必須滿足以下條件（見P2）產(chǎn)生并發(fā)射自由電子的電子源，如加熱鎢絲發(fā)射熱電子；在真空中（一般為10-6mmHg），使電子作定向的高速運(yùn)動；在高速電子流的運(yùn)動路程上設(shè)置一障礙物（陽極 靶），使高速運(yùn)動的電子突然受阻而停止下來。這 樣，靶面上就會發(fā)射出X射線。 實(shí)驗(yàn)證明，高速運(yùn)

15、動著的電子突然被阻止時，伴隨著電子動能的消失或轉(zhuǎn)化，會產(chǎn)生X射線。高壓發(fā)生器X光管陽極陰極燈絲變壓器l圖1-3VV01. X射線管基本工作原理2.X射線管的基本構(gòu)造（見射線管的基本構(gòu)造（見P3圖圖1-2）3.X射線管的額定功率射線管的額定功率4.特殊結(jié)構(gòu)的特殊結(jié)構(gòu)的X射線管射線管1. X射線管基本工作原理 高速運(yùn)動的電子與物體發(fā)生碰撞時，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運(yùn)動受阻失去動能，其中一小部分（1%左右）能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線的能量產(chǎn)生X射線，其中絕大部分能量（約左右）轉(zhuǎn)變成熱能使物體（靶）溫度升高。接變壓器冷卻水X射線2.靶(陽極）銅3.鈹窗口電子金屬聚焦罩1.鎢燈絲（陰極）真空玻璃圖1-3 X射線管剖

16、面示意圖是發(fā)射電子的地方。由繞成螺線形的鎢絲制成。是使電子突然減速和發(fā)射X射線的地方。常用的陽極材料有Cr、Fe、Co、Ni、Mo、Ag、W等。是X射線從陽極靶向外射出的地方。較好的窗口材料的鈹片。lX射線管有一個上限的使用額定功率，它是由陰陽極之間的加速電壓（又稱管電壓）(如圖)和陰極可能提供的電子束流（又稱管電流）所決定。l旋轉(zhuǎn)陽極旋轉(zhuǎn)陽極X射線管：射線管：采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ龟枠O高速旋轉(zhuǎn)，這樣，可使靶面受電子轟擊的部位焦斑隨進(jìn)改變，有利于散熱，可以提高X射線管的額定功率幾倍到幾十倍。l細(xì)聚焦細(xì)聚焦X射線管：射線管：在X射線管陰陽極之間，添加一套靜電透鏡或電磁透鏡，使陰極發(fā)射的電子束聚焦在陽極

17、上，焦斑只有幾個微米到幾十微米。雖然電子束流減小，但因焦斑小，單位焦斑面積發(fā)射的X射線強(qiáng)度增加。這種X射線管，除了可以縮短拍攝照片得到極細(xì)的X射線束，有利于提高結(jié)構(gòu)分析的精度。l由X射線管及其它供電、穩(wěn)壓、穩(wěn)流、整流、控制等電器部分組成。X 射 線 結(jié) 構(gòu)分析儀X射線衍射儀X射線衍射儀X射線四圓衍射儀l因X射線是人類肉眼看不見的射線，必須使用專門的設(shè)備和儀器進(jìn)行間接探測。探測X射線的主要儀器設(shè)備是：熒光屏、照相底片和探測器等。l過量的X射線對人體會產(chǎn)生有害影響。且影響程度取決于X射線的強(qiáng)度，波長和人體的受害部位。操作調(diào)試時，要嚴(yán)格遵守安全條例，注意采取防護(hù)措施，要特別注意不要讓的或身體的其它部

18、位直接暴露在X射線束照射之中。 本節(jié)根據(jù)X射線成因、特點(diǎn)，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)。l二、連續(xù)二、連續(xù)X射線譜射線譜l三、標(biāo)識三、標(biāo)識X射線譜射線譜一、概論一、概論l 即X射線強(qiáng)度I隨波長而變化的關(guān)系曲線。l 單位時間內(nèi)，通過垂直于X射線傳播方向的單位面積的X射線總能量，以J/cm2s為單位。l且 l Inh 即I與一個光子的能量h有關(guān)，還與光子的數(shù)目n有關(guān)。l所以，強(qiáng)度與光子的數(shù)目有關(guān)，以及與每個光子攜帶的能量h有關(guān)。NiiihnI1X射線譜：X射線強(qiáng)度：l實(shí)驗(yàn)表明：特定的陽極材料，在某特定管壓以下，產(chǎn)生連續(xù)譜強(qiáng)度隨波長連續(xù)變化，即在強(qiáng)度可測范圍內(nèi)，包含各種不同的波長，叫連續(xù)譜，又叫白色譜

19、或多色譜。l實(shí)驗(yàn)規(guī)律l連續(xù)X射線譜上有一個強(qiáng)度最高值，并在短波方向有一波長極限，稱為短波限0。Ix0mIx20KV30KV40KV50KVl隨管電壓增大，管電流不變，強(qiáng)度I普遍增大，短波限向短波方向移動，即0減小；強(qiáng)度最高的射線波長為m減小。即隨V增大，整個曲線向左上方移動。點(diǎn)擊繼續(xù)i2i3Ixi10m(3)管電壓不變，管電流增大。強(qiáng)度I普遍增大， 0和m不變，曲線上移。i1:i2:i3=1:2:3點(diǎn)擊繼續(xù)Z2Z3Z1Ix0mZ1Z2Z3(4)管壓V和管電流I保持一定的條件下，當(dāng)陽極物質(zhì)改變時，隨陽極物質(zhì)的原子序數(shù)Z增大，各種波長的相對強(qiáng)度I增高，整個曲線向上方移動，但其0、m均不變。 由上述

20、可知， 0、m的數(shù)值與陽極材料的種類無關(guān)，只與加速電壓有關(guān)。 l經(jīng)典電動力學(xué)闡明：任何微對帶電粒子，得到加速度時，其周圍的電磁場急劇變化，向周圍輻射電磁波。l射線管中，高速運(yùn)動的陰極電子到達(dá)陽極表面時，受到幾萬伏的加速，具有相當(dāng)大的動能幾萬電子伏特eV，由于陽極阻止，產(chǎn)生極大的負(fù)加速度，動能轉(zhuǎn)換為熱能和射線電磁波能量。l當(dāng)電子從陰極發(fā)射出來后，即被加速電壓所加速，在電子與陽極碰撞前的一瞬間，每個電子的動能為e。l計(jì)算表明，當(dāng)管流i=10mA時，每秒到達(dá)陽極的電子數(shù)n=6.251026個，這么大量的電子，雖然攜帶的能量相同，但撞擊陽極時的速度、加速度，以及其它條件不可能完全相同，即到達(dá)陽極后要經(jīng)

21、受極其復(fù)雜的、不同方向的能量衰減，有幾種轉(zhuǎn)換形式：l 極少量的電子在一次碰撞后，將其全部能量eV 轉(zhuǎn)為光量子能量h 即 =eV=hl 以上全部轉(zhuǎn)換為熱能： 即 =eV=P（陽極需水冷）由此， eV hm = 0hc光子能量光電eV 光max=電eV 若光子能量的最大極限值光max=hmeV （h為常數(shù)，m最大）點(diǎn)擊繼續(xù)l式中：e 電子的電量，等于4.80310-10靜 電單位 射線管陰陽極的加速電壓 h普朗克常數(shù)，6.62510-34Js 射線頻率（秒） c射線速度2.9981010cm/sl 此式說明了短波限0的產(chǎn)生原因和其與加速電壓之間的關(guān)系，即每個管電壓值對應(yīng)一定的短波限。得到短波限公式

22、： )()(4 .120AVeVhc千伏點(diǎn)擊繼續(xù)l實(shí)際上，大多數(shù)電子與陽極碰撞后，只發(fā)射出能量為h1的光量子， eV=eV-h1eV=h1+h2 對應(yīng)連續(xù)譜中1、2波長l或 eV=h1+h2+h3+hm+ 對應(yīng)連續(xù)譜 中1、2、3、m波長ll其中有較多的電子在與陽極碰撞后釋放出值為 的能量，因而其強(qiáng)度很高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)m約是0的一倍半。mhc點(diǎn)擊繼續(xù)l當(dāng)X射線管電壓V增大時： 電子動能eV增大，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光量子數(shù)目以及每 個光量子的平均能量增加，各種波長的相對強(qiáng)度 I 增大 由 V增大，0減小 得到高能光子（大h）的管壓增大，m減小 V增大，X射線譜向左上方移動。l 當(dāng)管流 I 增大，發(fā)射的

23、電子數(shù)n增多，I 增大 又eV不變， 不變，0、m不變l 原子序數(shù)Z增大時，原子中電子數(shù)增多，單位體積內(nèi)電子密度大，陰極電子受到強(qiáng)的相互作用。I 增大，0、m不變。0cheV（1.11.4）10-9dAiZdI11102Ix0m2KiZVI連24 .122AKKulenkampff總結(jié)上述規(guī)律，得出經(jīng)驗(yàn)公式將上述在0 區(qū)間積分，得曲線下總面積，即連續(xù)譜總強(qiáng)度與實(shí)驗(yàn)條件的定量關(guān)系l假設(shè)輸入X射線管的電功率為iV，而輻射出的X射線的總強(qiáng)度為I連，則可以得X射線管的效率為：9210ZVKZViVKiZV應(yīng)應(yīng)用用：連續(xù)譜在結(jié)構(gòu)分析中僅用于勞埃方法 單晶照相（單晶定向、亞結(jié)構(gòu)分析）小小結(jié)：結(jié)：大量高能陰

24、極電子與靶原子多次碰撞，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生連續(xù)譜，在X-ray衍射圖中，它形成了背景和單晶衍射花樣，其中背景是不良的影響，它影響精確度和靈敏度。思考題思考題：解釋經(jīng)驗(yàn)公式，I=KiZV2iZV2l在一個X射線管中，保持管電流不變，使管電壓逐漸增加，管電壓被提高到某一定的臨界值以后（激發(fā)電壓）（這是制靶金屬的特征），便會在一定的波長處出現(xiàn)尖銳的強(qiáng)度上限疊加在連續(xù)光譜上，由于這些譜線非常狹窄，又由于它們的波長為制靶金屬的特征，因此稱之為特征譜線。I60KV50KV40KV30KV20KV點(diǎn)擊繼續(xù)1.實(shí)驗(yàn)規(guī)律（以實(shí)驗(yàn)規(guī)律（以K系為例）系為例）2.標(biāo)識譜產(chǎn)生機(jī)制標(biāo)識譜產(chǎn)生機(jī)制原子內(nèi)層電子轉(zhuǎn)原子內(nèi)層電子

25、轉(zhuǎn)移移3.機(jī)制概括機(jī)制概括4.譜線結(jié)構(gòu)譜線結(jié)構(gòu)5.激發(fā)電壓激發(fā)電壓l根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：l存在一存在一臨界電壓臨界電壓VK，當(dāng)，當(dāng)V工作工作VK，eVeVK時，則產(chǎn)時，則產(chǎn)生標(biāo)識譜。不同的陽極物質(zhì)，有不同的標(biāo)識譜，即不同生標(biāo)識譜。不同的陽極物質(zhì)，有不同的標(biāo)識譜，即不同的激發(fā)電壓，這由陽極靶的原子序數(shù)決定。（見附錄的激發(fā)電壓，這由陽極靶的原子序數(shù)決定。（見附錄2，P218）l當(dāng)管電壓超過當(dāng)管電壓超過VK而進(jìn)一步升高時，而進(jìn)一步升高時，K系特征系特征X射線的射線的波長不變，而強(qiáng)度按波長不變，而強(qiáng)度按n次方的規(guī)律增大，即波長不因外界次方的規(guī)律增大，即波長不因外界條件而變，工作電壓條件

26、而變，工作電壓V工作工作只改變強(qiáng)度只改變強(qiáng)度I，不改變，不改變K、K1、K2的值。的值。且且I標(biāo)標(biāo)=Ki(V-VK)n式中：式中：I為管電流；為管電流；V為管電壓；為管電壓；VK為激發(fā)電壓，由為激發(fā)電壓，由陽極靶所決定；陽極靶所決定；n為常數(shù)，約為為常數(shù)，約為1.52；K為比例常數(shù)，為比例常數(shù)，與特征與特征X射線的波長有關(guān)。射線的波長有關(guān)。點(diǎn)擊繼續(xù)l對某一特定材料，具有波長恒定的標(biāo)識譜。遵循對某一特定材料，具有波長恒定的標(biāo)識譜。遵循莫塞來莫塞來定律定律（X-ray成分分析基礎(chǔ)）成分分析基礎(chǔ)）其中：其中：某系標(biāo)識射線的波長；：某系標(biāo)識射線的波長；c：為常數(shù)；：為常數(shù)；：屏蔽常數(shù)。：屏蔽常數(shù)。lK

27、系譜線結(jié)構(gòu)：任何陽極物質(zhì)的標(biāo)識譜均分系譜線結(jié)構(gòu)：任何陽極物質(zhì)的標(biāo)識譜均分K1：1，I1K系系KK2：2，I2K：，IL系系、M系、系、常見的僅為常見的僅為K系，其次是系，其次是L系系波長關(guān)系：波長關(guān)系：21=強(qiáng)度關(guān)系：強(qiáng)度關(guān)系：I12I25IZc1123231l標(biāo)識譜的上述特征，不因?qū)嶒?yàn)條件而異，標(biāo)識譜的上述特征，不因?qū)嶒?yàn)條件而異，而只與物質(zhì)本性有關(guān)。例如，任何物質(zhì)，而只與物質(zhì)本性有關(guān)。例如，任何物質(zhì)，原則上說，不管外界激發(fā)因素是由電子、原則上說，不管外界激發(fā)因素是由電子、中子、中子、X光子等，一旦激發(fā)能達(dá)到或超過光子等，一旦激發(fā)能達(dá)到或超過物質(zhì)的結(jié)合能，就有標(biāo)識物質(zhì)的結(jié)合能，就有標(biāo)識X射線產(chǎn)

28、生，而射線產(chǎn)生，而這種射線又是物質(zhì)屬性的標(biāo)志?？梢?，這種射線又是物質(zhì)屬性的標(biāo)志?？梢姡淦洚a(chǎn)生機(jī)制必與原子內(nèi)層電子遷移密切相關(guān)。產(chǎn)生機(jī)制必與原子內(nèi)層電子遷移密切相關(guān)。即特征即特征X射線的產(chǎn)生是和陽極靶的原子結(jié)射線的產(chǎn)生是和陽極靶的原子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的。構(gòu)密切相關(guān)的。點(diǎn)擊繼續(xù) 原子=（原子核）+（核外電 子）， 電子 分布在一定軌道上運(yùn)動，由核向外，依次 叫K層、L層、M層、N層 每一層代表一種能級，其上的電子具有特定的能量。由內(nèi)到外，能級逐步升高，電子能量遞增。 而且原子系統(tǒng)內(nèi)的能級不連續(xù)。相鄰兩層的能量差隨主量子數(shù)n的增加而逐漸縮小，K與L層間的能量差最大。(原子能級示意圖) 電子填充方式：總

29、是先填滿最低能級（內(nèi)層），基態(tài)最多電子數(shù)是：K2、L8、M18=2n2 軌道出現(xiàn)空位時，原子總能量 ，較外層電子填充空位，原子能量重新趨于穩(wěn)定，同時伴隨X射線光子的發(fā)射，即降低的能量以一個X射線光子的形式輻射出來。+KLMNN態(tài)（撞走N電子）M態(tài)（撞走M(jìn)電子）L態(tài)（撞走L電子）K態(tài)（撞走K電子）中性原子撞走價電子WkWLWMWN0K激發(fā)L激發(fā)M激發(fā)NKKLM原子的能量圖1-8 原子能級示意圖 陰極發(fā)射高能電子轟擊陽極原子，原子被電離，或電子躍入高能級， 均導(dǎo)致高能級電子填充低能級空位，伴隨電磁輻射。如圖： 外界給予能量（如陰極發(fā)射高能電子撞擊） 擊出K電子 （ 外界對系統(tǒng)作功WK） 產(chǎn)生K空位

30、 （系統(tǒng)能量升高，處于亞穩(wěn)態(tài)） 外層L電子 填充K空位 ，能量由EL降至EK ，使系統(tǒng)重 新 趨于穩(wěn)定。該降低的能量EL - EK以X-ray的形式輻射，且 由此產(chǎn)生波長為的特征X射線。LKKLWWEEchhLKWWhc 外層M電子填充K空位 能量由 WK降至WM 降低的能量WK-WM以輻射X-ray的形式表現(xiàn)出來，且 由此產(chǎn)生波長為的特征X射線MKWWchhMKWWhc 這就是波長一定輻射標(biāo)識X-ray的（）K系特征 高能陰極電子激發(fā)靶原子，使K電子躍入外層軌道或原子之外而形成K空位，能量升高，原子處于亞穩(wěn)態(tài)，此X射線波長由原子能級結(jié)構(gòu)決定。l 由于K層電子被激發(fā)，并接著由其它高能級的外殼層

31、電子躍入而產(chǎn) l 生的特征X射線稱為K系射線。 由L層電子填充K空位所產(chǎn)生的稱K射線，波長 由M層電子填充K空位所產(chǎn)生的稱K射線，波長 由于各殼層電子能量不同，輻射出的特征X射線的波長、 、也各不相同。l 不同原子（如Fe、Cu、W），原子能級結(jié)構(gòu)不同。標(biāo)識不同l 由于L層電子被激發(fā)而產(chǎn)生的特征X射線稱L系射線，其它類推。 K系射線：外層電子填補(bǔ)K層空位，輻射K系射線 ELKEMK K的次外層是L層，再外層是M層L層電子填充 K空位幾率大于M層電子 K較K強(qiáng) （Inh） L系、M系、，以此類推 但M L的能量差EMLL K層能量差ELK L波長K波長 K雙線結(jié)構(gòu) K是L電子填補(bǔ)K層空位時輻射出

32、來的X射線，而雙線結(jié)構(gòu)K1、K2的出現(xiàn)，是L層能級分裂的結(jié)果，即：點(diǎn)擊繼續(xù) L層上8個電子分布于3條形狀不同的軌道上 電子躍遷遵循“選擇定則” n0 決定主要能級項(xiàng)，即同層電子不能轉(zhuǎn)換 l1 決定軌道運(yùn)動角動量 j=1 or 0 決定總角動量在無外磁場時 l=1 j=3/2 L(4個電子) L層分成 j= 1/2 L(2個電子) 3個亞結(jié)構(gòu) （n=2） l=0 , j=1/2 L(2個電子) K層（ n=1）,l=0 j=1/2 根據(jù)選擇定則，電子到K空位的躍遷只能是：LK，形成K1、 LK，形成K2 而L層的電子數(shù)是L層電子數(shù)的2倍，I K12I K2l原子核和電子引力相互作用，組成統(tǒng)一體，

33、其結(jié)合能為W。這種能即欲將電子拉開，脫離原子核引力，外界必須供給的最低限度的能量值稱為結(jié)合能W，各殼層上電子具有不同的結(jié)合能，且WKWLWMl就標(biāo)識譜的產(chǎn)生而言，欲產(chǎn)生K系輻射，外來陰極電子必須足以擊發(fā)出K層電子至高能軌道或原子之外，也即陰極電子的能量eV至少等于或大于為擊出一個K層電子所作的功，激發(fā)K系輻射的激發(fā)電壓VK由下式確定： eVK=WK eVx-K，即l即管電壓 ，這說明激發(fā)電壓 是完全由陽 極靶決定的，與其原子構(gòu)造或原子序數(shù)有關(guān)，故每種陽極靶有其固 定的激發(fā)電壓，見表1-1（P9）。實(shí)驗(yàn)表明，元素的特征X射線波長 與其原子序數(shù)平方成反比。而且必有V激KV激LV激MminmaxKK

34、KxehceheVmin4.12KV最短激KKV4 .12l思考題：連續(xù)譜和標(biāo)識譜經(jīng)晶體衍射后的表現(xiàn)形式l 多晶：l l l l l本節(jié)重點(diǎn)本節(jié)重點(diǎn)：譜形結(jié)構(gòu)、機(jī)制、VK、0、實(shí)驗(yàn)規(guī)律及解釋l l實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：電磁波與電子的相互作用電磁波與電子的相互作用l意義：意義：可用于結(jié)構(gòu)分析、成分分析、解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)可用于結(jié)構(gòu)分析、成分分析、解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、選擇實(shí)驗(yàn)條件、避免不利影響的發(fā)生。象、選擇實(shí)驗(yàn)條件、避免不利影響的發(fā)生。l實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明：X射線經(jīng)過物質(zhì)后，射線經(jīng)過物質(zhì)后，I0I+散射散射+吸收，吸收，從能量角度看：從能量角度看：W入射入射=W穿透穿透+W散射散射+W吸收吸收=W穿透穿透+W衰減衰減一

35、一X射線的衰減：散射與真吸收射線的衰減：散射與真吸收二、吸收現(xiàn)象的應(yīng)用二、吸收現(xiàn)象的應(yīng)用1.衰減規(guī)律衰減規(guī)律2.吸收系數(shù)吸收系數(shù)m 3.X射線的散射射線的散射 4.X射線吸收射線吸收 一X射線的衰減射線的衰減：散射與真吸收實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)當(dāng)X射線透過物質(zhì)時，其強(qiáng)度將射線透過物質(zhì)時，其強(qiáng)度將被衰減，衰減程度隨物質(zhì)的厚度不同而呈指被衰減，衰減程度隨物質(zhì)的厚度不同而呈指數(shù)規(guī)律變化。數(shù)規(guī)律變化。l X射線的散射射線的散射:是物質(zhì)中電子成為了是物質(zhì)中電子成為了波源，產(chǎn)生次級波源，產(chǎn)生次級X射線的過程。它又分為射線的過程。它又分為相干散射和非相干散射。相干散射和非相干散射。相干散射相干散射（經(jīng)典散射

36、）（經(jīng)典散射）非相干散射非相干散射（量子散射、康普頓散射）（量子散射、康普頓散射）電磁波性質(zhì)回顧：電磁波性質(zhì)回顧：如圖：假定有一束單色的如圖：假定有一束單色的X射線射線沿著沿著x方向前進(jìn)，則在方向前進(jìn)，則在y方向上必方向上必伴有一個電場伴有一個電場；而在；而在z方向上方向上伴有一垂直于伴有一垂直于的磁場的磁場，如果，如果當(dāng)電磁波前進(jìn)時，其電場完全限當(dāng)電磁波前進(jìn)時，其電場完全限制在制在xoy平面上，則稱之為平面平面上，則稱之為平面偏振波。在所考偏振波。在所考EEEHH電磁波的傳播方式可用下列波動方程來描述：電磁波的傳播方式可用下列波動方程來描述：)(2cos0,xtEEtx)(2cos0,xtH

37、Htx慮的平面偏振波中，它的慮的平面偏振波中，它的、并不恒定，而隨時改變。并不恒定，而隨時改變。X射線X-ray物質(zhì)原子的e振動，且e=X-ray偶極子電磁波=e= X-ray(又稱X射線散射波)在X-ray電場作用下被迫繞平衡位置振動的電子相當(dāng)于向四周發(fā)射散=X-ray散=X-ray各散射波之間有固定的位相差，方向相同時干涉現(xiàn)象相干散射符合光的干涉條件lX射線是一種電磁波，當(dāng)它通過物質(zhì)時，在射線是一種電磁波，當(dāng)它通過物質(zhì)時，在入射線的交變電場的作用下（交變磁場的影入射線的交變電場的作用下（交變磁場的影響很小，忽略不計(jì)），物質(zhì)中原子的電子將響很小，忽略不計(jì)），物質(zhì)中原子的電子將被迫圍繞其平衡位

38、置發(fā)生振動，振動頻率與被迫圍繞其平衡位置發(fā)生振動，振動頻率與入射入射X射線的頻率相同。根據(jù)電磁波輻射理射線的頻率相同。根據(jù)電磁波輻射理論可知，振動的電子相當(dāng)于一個振動的偶極論可知，振動的電子相當(dāng)于一個振動的偶極子，而這一偶極子必然向其四周發(fā)射與其振子，而這一偶極子必然向其四周發(fā)射與其振動頻率相同的電磁波，即發(fā)射與入射線頻率動頻率相同的電磁波，即發(fā)射與入射線頻率相同的電磁波。這樣，就相當(dāng)于電子將入射相同的電磁波。這樣，就相當(dāng)于電子將入射X射線散射到四周?；蛘哒f，入射射線散射到四周。或者說，入射X射線將射線將其自身的能量傳給電子，而電子又將此能量其自身的能量傳給電子，而電子又將此能量以電磁波的形式

39、，輻射到四周。以電磁波的形式，輻射到四周。l這種散射這種散射X射線的波長、頻率均射線的波長、頻率均與入射線相同，各散射線間可以與入射線相同，各散射線間可以有固定的位相差，在相同的傳播有固定的位相差，在相同的傳播方向上可以發(fā)生干涉現(xiàn)象，故稱方向上可以發(fā)生干涉現(xiàn)象，故稱為相干散射，又稱為經(jīng)典散射。為相干散射，又稱為經(jīng)典散射。干涉加強(qiáng)干涉加強(qiáng)衍射衍射此乃此乃X-ray衍射技術(shù)的基礎(chǔ)，用于結(jié)構(gòu)分析衍射技術(shù)的基礎(chǔ)，用于結(jié)構(gòu)分析散射散射X-ray波長只與入射線的波長只與入射線的波長有關(guān)（相同）波長有關(guān)（相同）2反沖電子hhlX射線射入到物質(zhì)中，有可能與物質(zhì)中束縛較射線射入到物質(zhì)中，有可能與物質(zhì)中束縛較弱的

40、電子發(fā)生碰撞，碰撞過程中，被碰撞的弱的電子發(fā)生碰撞，碰撞過程中，被碰撞的電子從入射電子從入射X射線光量子上獲得一部分能量，射線光量子上獲得一部分能量，因而改變了電子本身的運(yùn)動狀態(tài)，這部分電因而改變了電子本身的運(yùn)動狀態(tài)，這部分電子稱為子稱為反沖電子反沖電子，而入射，而入射X射線將一部分能量射線將一部分能量傳遞給反沖電子，損失了部分能量，因而引傳遞給反沖電子，損失了部分能量，因而引起了其振動頻率降低，波長變長，并改變了起了其振動頻率降低，波長變長，并改變了其運(yùn)動方向。其運(yùn)動方向。這個現(xiàn)象就這個現(xiàn)象就是非相干散射是非相干散射。它滿足動量守恒和能量守恒條件，是彈性碰它滿足動量守恒和能量守恒條件，是彈性

41、碰撞。撞。l通過實(shí)驗(yàn)，并從理論上推算，非相干散射波波長通過實(shí)驗(yàn)，并從理論上推算，非相干散射波波長的改變值：的改變值：lh=h+(m-m0)c2顯然顯然hhl-=隨隨2變化不定，變化不定，散射線之間不存在固散射線之間不存在固l=0.0243(1-cos2)定的位相關(guān)系，不能定的位相關(guān)系，不能產(chǎn)生干涉，也就不會產(chǎn)生干涉，也就不會l=0.0243(1-cos2)有衍射現(xiàn)象有衍射現(xiàn)象)2cos1 (0cmhl非相干散射線的強(qiáng)度都是比較低的，但非相干散射線的強(qiáng)度都是比較低的，但隨著隨著sin/的增加而增強(qiáng)的增加而增強(qiáng)l非相干散射的作用：非相干散射的作用：造成連續(xù)背景，影響精度、準(zhǔn)確度；造成連續(xù)背景，影響

42、精度、準(zhǔn)確度；X射線光譜學(xué)基礎(chǔ)射線光譜學(xué)基礎(chǔ)Z越?。ㄔ叫。╖小于小于20時），非相干散射越明時），非相干散射越明顯顯l（即所有電子躍遷引起的吸收）指（即所有電子躍遷引起的吸收）指X射線射線能量在通過物質(zhì)時，轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰吭谕ㄟ^物質(zhì)時，轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，有時又稱為真吸收。能量，有時又稱為真吸收。(1)光電效應(yīng)光電效應(yīng)（2）俄歇效應(yīng)）俄歇效應(yīng)首先明確: 產(chǎn)生螢光輻射的必要條件X光子能量與穿透能力關(guān)系， 即X射線微粒性的表現(xiàn)。l什么是光電效應(yīng)? 是入射X射線的光量子與物質(zhì)原子中電子相互碰撞時產(chǎn)生的物理效應(yīng)。l當(dāng)激發(fā)二次特征輻射時，原入射當(dāng)激發(fā)二次特征輻射時，原入射X射線射線光子的能量被擊出

43、的電子所吸收，轉(zhuǎn)變光子的能量被擊出的電子所吸收，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮觿幽芏闺娮右莩鲈又?，同為電子動能而使電子逸出原子之外，同時輻射出次級標(biāo)識時輻射出次級標(biāo)識X射線。這種電子稱射線。這種電子稱為為光電子光電子，輻射出的次級標(biāo)識，輻射出的次級標(biāo)識X射線稱射線稱為熒光為熒光X射線。此時的吸收稱為真吸收。射線。此時的吸收稱為真吸收。這一激發(fā)和輻射的過程又稱這一激發(fā)和輻射的過程又稱光電作用或光電作用或光電效應(yīng)光電效應(yīng)。l一次一次X射線射線試樣，擊出試樣，擊出K層電子層電子光電子光電子l原子處于激發(fā)狀態(tài)原子處于激發(fā)狀態(tài)熒光熒光X-rayl一次一次X-ray光子臨界能量光子臨界能量k=Wk，即，即lk、k分別為

44、分別為K系吸收限頻率和波長系吸收限頻率和波長l又又eVk=WkeVk=Wk=kkkkWhchkhckkkVeVhc4 .12 k在討論光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件時叫K系激發(fā)限；若討論X射線被物質(zhì)吸收（光電吸收）時，又可叫吸收限。分別為K系吸收限頻率和波長lx-rayk時，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，時，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，使使X-ray被吸收被吸收l與前述與前述X標(biāo)識譜產(chǎn)生機(jī)制類似，標(biāo)識譜產(chǎn)生機(jī)制類似，當(dāng)外來能量為當(dāng)外來能量為X光子時，在一定光子時，在一定條件下，將物質(zhì)激發(fā)產(chǎn)生標(biāo)識條件下，將物質(zhì)激發(fā)產(chǎn)生標(biāo)識X射線射線稱熒光輻射（二次稱熒光輻射（二次X-ray）l亦存在亦存在K系、系、L系、系、熒光輻射。熒光輻射。

45、l（以（以K系為例）：外來系為例）：外來X光子能量光子能量h必須達(dá)到必須達(dá)到一臨界值一臨界值hk以上才能產(chǎn)生。此臨界能大小等以上才能產(chǎn)生。此臨界能大小等于于K層電子結(jié)合能層電子結(jié)合能Wk，即，即Wk=hk,它使它使K電子電子擊出原子外擊出原子外光電子；原子處于激發(fā)狀態(tài)，光電子；原子處于激發(fā)狀態(tài)，高能電子補(bǔ)空位，能量降低，輻射高能電子補(bǔ)空位，能量降低，輻射K系熒光系熒光X-ray，這兩者的結(jié)合稱，這兩者的結(jié)合稱“光電效應(yīng)光電效應(yīng)”，其中，其中k叫叫K吸收限的頻率，相應(yīng)的吸收限的頻率，相應(yīng)的k叫叫K吸收限的波長，吸收限的波長，它表征激發(fā)物質(zhì)產(chǎn)生它表征激發(fā)物質(zhì)產(chǎn)生K系標(biāo)識譜所需的能量，系標(biāo)識譜所需的

46、能量，Emin=h，其中，其中E由外界一次射線供給，由外界一次射線供給，k與與物質(zhì)特征屬性相關(guān)。物質(zhì)特征屬性相關(guān)。kc(a)當(dāng)X-ray光子能hk時，穿透能力大，I ，而mX-rayk(b)當(dāng)X-ray光子能hk時不足以擊出K電子，除用于擊出L、M電子，加劇電子振動消耗外，大部分仍然穿透，故仍是m ，X-rayk(c)當(dāng)X-ray光子能=hk時全部用來產(chǎn)生螢光輻射和光電子動能而被吸收， m l總是的根源是X射線明顯的粒子性和物質(zhì)的粒子性。因光子是電離與電子電離作用不同，它超過臨界激發(fā)能Wk后，電離作用不隨能量增加而加劇，因光子能量只能以一個光子能量hk為單位一份一份地吸收達(dá)hk時，吸收最甚，達(dá)

47、最大（a）導(dǎo)致光電效應(yīng)（真吸收）的X光子能量hk=Wk將物質(zhì)K電子移到原子引力范圍以外所需作的功hk= hk系熒光+光電子即hk hk系熒光k k系熒光或以K為例： hk=Wk-WL= hk- hLhk hkk k同理hk=Wk-WM= hk- hMk kl結(jié)論：當(dāng)一次X射線波長物質(zhì)某標(biāo)識譜波長時，將使該物質(zhì)產(chǎn)生相應(yīng)線系的標(biāo)識譜螢光輻射。螢光輻射與一次標(biāo)識譜輻射機(jī)制相同，故Wk=eVk=hk=hc/ k吸收限kkkVeVhc4 .12短波限公式與吸收限公式有何異同？小結(jié)短波限公式與吸收限公式有何異同？l形式上相同，意義有別：入射光子能量hk =Wk時，產(chǎn)生K系螢光輻射，且光子能量全部用在這里；

48、而當(dāng)入射電子能量eVk=Wk時，產(chǎn)生K系一次輻射，且全部轉(zhuǎn)變?yōu)閄光子能量。l當(dāng)入射線光子能量大于或等于K電子結(jié)合能時，將K電子擊出變成光電子，外層電子填補(bǔ)K空位，同時發(fā)出螢光X射線 與一次X射線比較，二次特征X射線不產(chǎn)生衍射，只在底片上造成漫散的背底，且一般比量子散射所造成的嚴(yán)重得多，應(yīng)設(shè)法避免，如選靶時，應(yīng)使靶的特征X射線波長不短于試樣物質(zhì)的激發(fā)限等等。而在X射線螢光光譜分析中，則要利用螢光X射線進(jìn)行分析工作。以KLL俄歇電子為例： 釋放能量Ek-EL2K熒光輻射二次電離，放出另一L電子X-ray光子擊出K電子(a)L2層電子填充(b)L層電子填充此即KLL俄歇子 外層電子填補(bǔ)K空位，且發(fā)生

49、二次電離產(chǎn)生另一二次電子俄歇效應(yīng)。KLL俄歇子的動能=一個K空位時能量 穿透力小，只能是來自物質(zhì)表面的信息作用：表面化學(xué)成分分析、電子價態(tài)分析 1.選擇濾波片選擇濾波片（吸收限即光電效應(yīng)之應(yīng)用） 一般陽極材料產(chǎn)生的X-ray經(jīng)窗口后，剩下K、K標(biāo)識譜（重金屬靶如W靶有L等） K輻射所對應(yīng)的衍射花樣，使衍射花樣復(fù)雜化，妨礙分析濾片作用：濾去K，而K強(qiáng)度下降很小，提高圖象質(zhì)量,簡化分析手續(xù)。事實(shí)證明：選 Z濾=Z陽-1 （Z陽40時)Z濾=Z陽-2 （Z陽40時）則 k即濾波片的吸收限位于輻射源的K和K之間使濾片物質(zhì)的吸收限k滿足關(guān)系：k 一次X-ray中的激發(fā)濾片產(chǎn)生光電效應(yīng)，而被吸收，I ，而

50、K基本穿過。2.選擇陽極選擇陽極目的目的：利用吸收限出現(xiàn)規(guī)律，選取波長，避免樣品產(chǎn)生熒光輻射（光電效應(yīng)），提高分析靈敏度。 原則：Z陽Z樣品+1 或Z陽Z樣品（輕元素）要求要求：k樣品（hk樣品）但不能過大，否則試樣對X-ray吸收程度增加或k樣品1. X射線的探測2. X射線的防護(hù)1. X射線的探測l熒光屏法l照相法l輻射探測器法2.X射線的防護(hù)射線的防護(hù) 過量的過量的X射線對人體會產(chǎn)生有害影響。射線對人體會產(chǎn)生有害影響。如：可能使局部組織灼傷，使人的精神衰如：可能使局部組織灼傷，使人的精神衰頹、頭暈、毛發(fā)脫落、血液的組成和性能頹、頭暈、毛發(fā)脫落、血液的組成和性能改變以及影響生育等。影響程度

51、取決于改變以及影響生育等。影響程度取決于X射線的強(qiáng)度、波長和人體的接受部位。射線的強(qiáng)度、波長和人體的接受部位。工作時要嚴(yán)格遵守安全條例，注意工作時要嚴(yán)格遵守安全條例，注意采取防護(hù)措施，注意不要讓手或身體的其采取防護(hù)措施，注意不要讓手或身體的其它部位直接暴露在它部位直接暴露在X射線束照射之中。射線束照射之中。lX射線作用于試樣上后，可能發(fā)生多種物射線作用于試樣上后，可能發(fā)生多種物理效應(yīng)理效應(yīng)l物質(zhì)的吸收限和物質(zhì)的吸收限和K吸收限吸收限l利用吸收限出現(xiàn)的規(guī)律為實(shí)驗(yàn)服務(wù)利用吸收限出現(xiàn)的規(guī)律為實(shí)驗(yàn)服務(wù)I0二次散射相干散射非相干散射螢光散射穿透電子吸收反沖電子光電子俄歇電子自由電子振動加劇X射線與物質(zhì)相

52、互作用l相干散射是相干散射是X射線分析晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)射線分析晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)造成衍射花樣造成衍射花樣l螢光散射是：吸收大的散射螢光散射是：吸收大的散射元素分析（光譜）基礎(chǔ)元素分析（光譜）基礎(chǔ)產(chǎn)生背底產(chǎn)生背底l非相干散射是：非相干散射是：X光譜學(xué)的基礎(chǔ)光譜學(xué)的基礎(chǔ)（能譜）產(chǎn)生背底（能譜）產(chǎn)生背底俄歇效應(yīng)：是表面分析的基礎(chǔ)俄歇效應(yīng)：是表面分析的基礎(chǔ)l透射透射X射線及其強(qiáng)度信息：沒有射線及其強(qiáng)度信息：沒有使用價值，只是在此用其表征物使用價值，只是在此用其表征物質(zhì)衰減規(guī)律質(zhì)衰減規(guī)律l1A、B兩靶，產(chǎn)生標(biāo)識X射線波長分別為0.01nm和0.15nm，求相應(yīng)的光子頻率和能量（J表示），哪個原子序數(shù)大？l2X-ray實(shí)驗(yàn)中采用濾波的目的？它的作用原理？l3. 列表比較：一次標(biāo)識X-ray與熒光X-ray的同異點(diǎn)（激源、“靶”、機(jī)制、作用）l4. 什么厚度的鎳濾波片可將CuK輻射的強(qiáng)度降低至入射時的70%？如果入射X射線中K和K強(qiáng)度之比 是 5 1 ， 濾 波 后 的 強(qiáng) 度 比 是 多 少 ？ 已 知m=49.03cm2/g, m=290cm2/g)在在x處，處，Ix=I0-（I散射散射+I吸收吸收）=I0-I衰減衰減I0IHdxIdIIIIxxxdxxxx x+dxH如圖：如圖：假定入射線束