固體物理實(shí)驗(yàn)方法課X射線物理基礎(chǔ)課件

§2.1X

射線物理基礎(chǔ)倫琴（W.C.Roentgen）(1845-1923)德國(guó)人倫琴是德國(guó)維爾茨堡大學(xué)校長(zhǎng)，第一屆諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。1895年他發(fā)現(xiàn)一種穿透力很強(qiáng)的一種射線。后來很快在醫(yī)學(xué)上得到應(yīng)用，也引起各方面重視。1895年11月8日發(fā)現(xiàn)

x

射線實(shí)驗(yàn)室§2.1X射線物理基礎(chǔ)倫琴（W.C.Roentgen）這是第一張X射線照片，倫琴夫人的手l895年底，倫琴發(fā)表了《論新的射線》。

1901年，獲得了首次頒發(fā)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這是第一張X射線照片，倫琴夫人的手l895年底，倫琴發(fā)表了1890年古德斯比德和詹寧斯都發(fā)現(xiàn)他們陰極射線管后面的照相底片特別發(fā)黑。1879年克魯克斯曾抱怨放在他的陰極射線管附近的照相底片老出現(xiàn)模糊的陰影。1890年古德斯比德和詹寧斯都發(fā)現(xiàn)他們陰極射1912年德國(guó)慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授馮?勞厄用晶體中的衍射拍攝出X

射線衍射照片。由于晶體的晶格常數(shù)約10nm，與X

射線波長(zhǎng)接近，衍射現(xiàn)象明顯。

(獲1912年諾貝爾物理獎(jiǎng))1912年德國(guó)慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授馮?單晶片X射線照相底片單晶片X射線照相底片1895年威廉.倫琴（德國(guó)）1901年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)發(fā)現(xiàn)X

射線，也稱倫琴射線1912年勞厄（M.V.Laue）（德國(guó)）1914獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得第一張X

射線衍射照片1912年布拉格父子（Bragg）（英國(guó)）布拉格方程2dsinθ＝λ（晶體結(jié)構(gòu)分析）1913年貝克萊和莫斯萊（英國(guó)）Barkla和H.G.J.Moseley建立了X射線光譜學(xué)1916年德拜－謝樂Debye-Scherrer發(fā)明粉末照相法1928年蓋革－彌勒H.Geiger-W.Muller提出用蓋革－彌勒計(jì)數(shù)器測(cè)量X

射線的方法1938年哈那瓦爾特Hanawalt建立系統(tǒng)的X

射線物相定性分析方法1941年美國(guó)材料協(xié)會(huì)將衍射資料編成索引及標(biāo)準(zhǔn)卡片1945年美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室的Friedman設(shè)計(jì)了用于粉末研究的第一臺(tái)計(jì)數(shù)器衍射儀1945年X射線物相定量分析20世紀(jì)60年代衍射儀與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)收集衍射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化X

射線衍射的發(fā)展1895年威廉.倫琴（德國(guó)）發(fā)現(xiàn)X射線，也稱倫琴射2.1.1X射線的性質(zhì)本質(zhì):

X

射線是一種波長(zhǎng)很短的電磁波，具有波粒二相性。硬x

射線，軟x

射線，電磁波譜2.1.1X射線的性質(zhì)本質(zhì):硬x射線，軟x射1）具有很強(qiáng)的穿透能力，可以穿透黑紙及許多對(duì)可見光不透明的物質(zhì)，被固定物質(zhì)吸收而強(qiáng)度減弱。3）肉眼不能觀察,但可以使照相底片感光。4）能殺死生物細(xì)胞和組織。X

射線的性質(zhì):2）沿直線傳播,電磁場(chǎng)不能使其偏轉(zhuǎn)，不能聚焦。1）具有很強(qiáng)的穿透能力，可以穿透黑紙及許多對(duì)可見光不透明的物X

射線：波長(zhǎng)0.001～10nm的電磁波；高速電子撞擊陽(yáng)極(Cu、Cr等重金屬)：熱能(99%)+X射線(1%)

高速電子撞擊使陽(yáng)極元素的內(nèi)層電子激發(fā)；產(chǎn)生X射線輻射；2.1.2

X

射線的產(chǎn)生X射線：波長(zhǎng)0.001～10nm的電磁波；高X

射線譜是X

射線強(qiáng)度I-波長(zhǎng)λ的關(guān)系曲線

X

射線管產(chǎn)生的輻射按射線譜特征分為連續(xù)X射線和特征X射線兩類。Mo靶連續(xù)x-ray

譜和特征x

射線譜2.1.3X

射線譜X射線譜是X射線強(qiáng)度I-波長(zhǎng)λ的關(guān)系曲線X射線管產(chǎn)生1、連續(xù)譜（白色X

射線）強(qiáng)度隨波長(zhǎng)而連續(xù)變化，每條曲線都對(duì)應(yīng)有一個(gè)最短的波長(zhǎng)（短波限λ0）和一個(gè)強(qiáng)度的最大值。

1）產(chǎn)生機(jī)理

2）連續(xù)譜特性1、連續(xù)譜（白色X射線）強(qiáng)度隨波長(zhǎng)而連續(xù)變化，每條曲線都

1）產(chǎn)生機(jī)理

高能電子轟擊陽(yáng)極靶，電子與靶原子交換能量，入射電子能量漸漸減小，損失的能量以電磁波方式輻射出去，因波長(zhǎng)大小不同稱連續(xù)譜。1）產(chǎn)生機(jī)理高能電子轟擊陽(yáng)極靶，電子與靶原子交換能2)連續(xù)譜特性2)連續(xù)譜特性短波限：X

射線連續(xù)譜的下限波長(zhǎng)，記作

min（

0）電子在電場(chǎng)中得到的加速動(dòng)能，全部轉(zhuǎn)化為輻射的光子能時(shí)，有所以得它與陽(yáng)極的材料無關(guān)，僅與電壓有關(guān)。

min的存在是量子論正確性的又一例證?！部捎盟鼇頊y(cè)普朗克常數(shù)h。短波限：X射線連續(xù)譜的下限波長(zhǎng)，記作min（0）2、特征X

射線譜(特征譜/標(biāo)識(shí)譜)它是迭加在連續(xù)譜上的分立譜線在X

射線譜中，特別窄，特別高的峰就是特征X

射線。1）產(chǎn)生機(jī)理2）特征譜線的命名3）特征波長(zhǎng)2、特征X射線譜(特征譜/標(biāo)識(shí)譜)1）產(chǎn)生機(jī)理2）特征譜1）產(chǎn)生機(jī)理碰撞→躍遷↑(高)→空穴→躍遷↓(低)

在X射線管中，當(dāng)陰極發(fā)射的電子束轟擊陽(yáng)極的過程中，當(dāng)某個(gè)具有足夠能量的電子將陽(yáng)極靶原子的內(nèi)層電子擊出，于是在低能級(jí)上出現(xiàn)空位，原子的系統(tǒng)能量升高，系統(tǒng)處于激發(fā)狀態(tài)。這種激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，隨后便有較高能級(jí)上的電子向低能級(jí)上的空位躍遷，使原子的系統(tǒng)能量重新降低而趨于穩(wěn)定。在原子系統(tǒng)中，電子從高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷過程中多余的能量以光子的形式向外輻射特征X射線。

1）產(chǎn)生機(jī)理碰撞→躍遷↑(高)→空穴→躍遷↓(低)R=1.097×107m-1，Rydberg常數(shù)；σ核外電子對(duì)核電荷的屏蔽常數(shù)；n

電子殼層數(shù)；c

光速；Z原子序數(shù)；En2和En1——

分別為高能級(jí)和低能級(jí)電子的能量

R=1.097×107m-1，Rydberg常數(shù)；σ核ZeKLMNOL系K系-e-e2）特征譜線的命名一般來說IKα=（5~7）IKβ，分析工作一般用強(qiáng)度最大的Kα線ZeKLMNOL系K系-e-e2）特征譜線的命名3）特征波長(zhǎng)式中：c與——與線系有關(guān)的常數(shù)。特征X射線譜及管電壓對(duì)特征譜的影響鉬鈀K系1-20kV2-25kV3-35kV

不同陽(yáng)極靶材，有不同的特征譜線，波長(zhǎng)不同λ~z關(guān)系，由1914年莫塞萊（MOSLEY）定律確定。3）特征波長(zhǎng)式中：c與——與線系有關(guān)的常數(shù)。特征X射線原子能級(jí)及電子躍遷產(chǎn)生特征X射線示意圖n=1

n＝2（L層）（K層）n＝3（M層）K系L系Kα1

Kα2Kβ1Lα1

Lα2Kβ2Kα雙線的產(chǎn)生與原子能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)有關(guān)

LⅠLⅡLⅢ原子能級(jí)及電子躍遷產(chǎn)生特征X射線示意圖n=1n＝2（L連續(xù)譜特征X射線譜強(qiáng)度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化強(qiáng)度與管電壓、管電流、原子序數(shù)有關(guān)其產(chǎn)生：高能電子的能量損失頻率有關(guān)波長(zhǎng)一定而強(qiáng)度很強(qiáng)與靶材、激發(fā)電壓有關(guān)，與管電流無管特征譜的產(chǎn)生與靶材原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)如Kα，Kβ連續(xù)譜與特征譜的比較連續(xù)譜特征X射線譜強(qiáng)度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化波長(zhǎng)一定而強(qiáng)度很強(qiáng)2.1.4X

射線與物質(zhì)的相互作用入射

X射線強(qiáng)度I0t散射X

射線相干的非相干的反沖電子俄歇電子光電子熒光X射線電子透射X射線Ix=I0e-ux康普頓效應(yīng)俄歇效應(yīng)光電效應(yīng)熱能2.1.4X射線與物質(zhì)的相互作用入射X射線強(qiáng)度I1、相干散射（湯姆遜散射/彈性散射）

相干散射是X射線在晶體中產(chǎn)生衍射的基礎(chǔ)

當(dāng)X射線與試樣緊束縛的內(nèi)層電子相互作用，光子的方向改變，但能量幾乎沒有損失，輻射出與入射波相同波長(zhǎng)的X射線。1、相干散射（湯姆遜散射/彈性散射）相干散射是X射線在相干散射特點(diǎn)：

A、與物質(zhì)原子中束縛力較大的電子（內(nèi)層電子）的作用。

B、電子作受迫振動(dòng)發(fā)射電磁波，稱散射波。

C、各散射波之間符合振動(dòng)方向相同、頻率相同、位相差恒定的干涉條件可產(chǎn)生干涉作用。

相干散射特點(diǎn)：A、與物質(zhì)原子中束縛力較大的電子（內(nèi)層電子）2、非相干散射（康普頓散射/非彈性散射）

當(dāng)一個(gè)X射線光量子沖擊試樣束縛較松的外層電子時(shí)……在α角處產(chǎn)生一個(gè)新光子。2、非相干散射（康普頓散射/非彈性散射）特點(diǎn)：

A、X射線作用于束縛較小的外層電子或自由電子。

B、散射X射線的波長(zhǎng)變長(zhǎng)了。散射X射線波長(zhǎng)的改變與傳播方向存在如下的關(guān)系：

△λ=0.0024(1-cos2θ)

由于散射X射線的波長(zhǎng)隨散射方向而變，不能產(chǎn)生干涉效應(yīng)。故這種X射線散射稱為非相干散射。

特點(diǎn)：A、X射線作用于束縛較小的外層電子或自由電子。

B

我國(guó)著名的物理學(xué)家吳有訓(xùn)與美國(guó)物理學(xué)家康普頓一起在1924年發(fā)現(xiàn)的此效應(yīng)，故亦稱康普頓－吳有訓(xùn)效應(yīng)。 我國(guó)著名的物理學(xué)家吳有訓(xùn)與美國(guó)物理學(xué)家康普頓一起在1924(1)入射X射線光子能量足夠高……

hν=hc/λ≥ev

λ≤1.24/V(nm)…

(2)相位無確定關(guān)系，非相干會(huì)造成嚴(yán)重背底，應(yīng)避免之。另：俄歇效應(yīng)（AUGER）也會(huì)造成背底不利3、熒光輻射(1)入射X射線光子能量足夠高……3、熒光輻射

X射線的衰減:入射X射線通過物質(zhì)沿透射方向強(qiáng)度顯著下降的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)得知:

μ為物質(zhì)的線吸收系數(shù)意義：當(dāng)X射線通過物質(zhì)時(shí)，在X射線傳播方向上，單位長(zhǎng)度上X射線強(qiáng)度的衰減程度（cm-1)。它與物質(zhì)的種類和X射線的波長(zhǎng)有關(guān)。4、

X射線的衰減規(guī)律X射線的衰減:入射X射線通過物質(zhì)沿透射方向強(qiáng)度

單位為cm2/g,則：

實(shí)際中最常用的是物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)μ

m

ρ為物質(zhì)的密度。質(zhì)量吸收系數(shù)的意義是單位質(zhì)量物質(zhì)對(duì)X射線的衰減程度。

單位為cm2/g,則：實(shí)際中最常用的是物質(zhì)的質(zhì)量

質(zhì)量吸收系數(shù)與物質(zhì)的密度和狀態(tài)無關(guān)，而與物質(zhì)的原子序數(shù)（即原子的種類）和入射X射線的波長(zhǎng)有關(guān)。它們的關(guān)系為：

K為常數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)反映了不同物質(zhì)對(duì)X射線的吸收程度

質(zhì)量吸收系數(shù)與物質(zhì)的密度和狀態(tài)無關(guān)，而與物質(zhì)的原子序數(shù)0.20.40.60.81.01.2?50100150200250LⅠLⅡLⅢPt(Z=78)的質(zhì)量吸收系數(shù)μm隨入射X

射線波長(zhǎng)λ

的變化K00.20.40.60.81.01.2?5010015020

如果吸收體中是由兩種以上的元素組成的化合物或混合物、或溶液，其總的質(zhì)量吸收系數(shù)為：

式中：w1,w2

和wp

為該吸收體中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

μ

m1,μ

m2

和μ

mp為該吸收體中各組分的質(zhì)量吸收系數(shù)

如果吸收體中是由兩種以上的元素組成的化合物或混合物、或溶液例題：計(jì)算SiO2對(duì)Cu的Kα輻射的質(zhì)量吸收系數(shù)（λ＝1.5418埃）已知原子量Si=28.08,O=16.0。則SiO2質(zhì)量吸收系數(shù)為：

解：查附表得Si、O對(duì)Cu的Kα輻射的質(zhì)量吸收系數(shù)μm（Si）=60.3cm2g-1,μm（O）＝12.7cm2g-1例題：計(jì)算SiO2對(duì)Cu的Kα輻射的質(zhì)量吸收系數(shù)（λ＝1.55、吸收限的應(yīng)用1）陽(yáng)極靶選擇2）濾波片的選擇5、吸收限的應(yīng)用1）陽(yáng)極靶選擇2）濾波片的選擇1)陽(yáng)極靶選擇目的：避免在試樣上發(fā)生熒光輻射一般應(yīng)滿足以下經(jīng)驗(yàn)公式:Z靶≤Z試樣+1例：分析Fe試樣時(shí)，應(yīng)該用Co靶或Fe靶，如果用Ni靶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較高的背底水平。因?yàn)镕e的λk=0.17429nm,而Ni靶的Kα射線波長(zhǎng)λkα=0.16591nm，故大量的產(chǎn)生真吸收，造成嚴(yán)重非相干散射背底1)陽(yáng)極靶選擇例：分析Fe試樣時(shí)，應(yīng)該用Co靶或Fe靶，如果2）濾波片的選擇用濾波片將K系特征線中Kβ去掉留下Kα線。Ni的吸收限:0.14869nm，它對(duì)0.14869nm波長(zhǎng)及稍短波長(zhǎng)的X射線有強(qiáng)烈的吸收。而對(duì)比0.14869nm稍長(zhǎng)的X射線吸收很小。

Cu靶X射線:Kα=0.15418nm

Kβ=0.13922nm

2）濾波片的選擇Ni的吸收限:0.14869nm，它對(duì)固體物理實(shí)驗(yàn)方法課]第2章__X射線物理基礎(chǔ)課件濾波片的選用原則

(1)Z靶＜40時(shí)----選Z片

=Z靶-1(2)Z靶≥40時(shí)----選Z片

=Z靶-2固體物理實(shí)驗(yàn)方法課]第2章__X射線物理基礎(chǔ)課件習(xí)題1.解釋1）連續(xù)X射線：

答：強(qiáng)度隨波長(zhǎng)而連續(xù)變化，每條曲線都對(duì)應(yīng)有一個(gè)最短的波長(zhǎng)（短波限λ0）和一個(gè)強(qiáng)度的最大值。

2）特征譜線：答：它是迭加在連續(xù)譜上的分立譜線在X射線譜中，特別窄，特別高的峰就是特征X射線。3）Kα線產(chǎn)生機(jī)理：答：在X射線管中，當(dāng)陰極發(fā)射的電子束轟擊陽(yáng)極的過程中，當(dāng)某個(gè)具有足夠能量的電子將陽(yáng)極靶原子的內(nèi)層電子擊出，于是在低能級(jí)上出現(xiàn)空位，原子的系統(tǒng)能量升高，系統(tǒng)處于激發(fā)狀態(tài)。這種激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，隨后便有較高能級(jí)上的電子向低能級(jí)上的空位躍遷，使原子的系統(tǒng)能量重新降低而趨于穩(wěn)定。在原子系統(tǒng)中，電子從高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷過程中多余的能量以光子的形式向外輻射特征X射線。

4）特征波長(zhǎng)及其與z關(guān)系：答：

5）μl,μm物理意義：答：當(dāng)X射線通過物質(zhì)時(shí)，在X射線傳播方向上，單位長(zhǎng)度上X射線強(qiáng)度的衰減程度（cm-1)。它與物質(zhì)的種類和X射線的波長(zhǎng)有關(guān)。

6）濾波片作用：答：用濾波片將K系特征線中Kβ去掉留下Kα線。2.若用Mo靶X射線管激發(fā)Cu的熒光X射線，求:1)所需管電壓V，工作電壓V為多少？

2)激發(fā)的熒光輻射波長(zhǎng)?習(xí)題1.解釋3.什么厚度的鎳濾波片可將CuKα輻射的強(qiáng)度降低至入射時(shí)的70％？如果入射

X

射線束中Kα和Kβ強(qiáng)度之比是5：1，濾波后的強(qiáng)度比是多少？已知μmα＝49.03cm2／g，μmβ＝290cm2／g,ρNi=8.9g/cm3。答：設(shè)厚度為x，那么有，則。又，8.17μm的鎳片可以使強(qiáng)度降低70%；這樣的濾波片可以使Kα和Kβ強(qiáng)度之比是5：1，濾波后為29：1。3.什么厚度的鎳濾波片可將CuKα輻射的強(qiáng)度降低至入射時(shí)的741返回

倫琴發(fā)現(xiàn)X

射線時(shí)使用的簡(jiǎn)陋實(shí)驗(yàn)室返回倫琴發(fā)現(xiàn)X射線時(shí)使用的簡(jiǎn)陋實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)?wù)拢嚎汤L女神伊希斯從云中浮現(xiàn)，圣母握著象征財(cái)富和科學(xué)智慧的號(hào)角，輕輕拉開女神的面紗，露出她冷峻的面容，象征人類文明的不斷進(jìn)步和發(fā)展物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)?wù)拢嚎汤L女神伊希斯從云中浮現(xiàn)，圣母握著象征財(cái)§2.1X

射線物理基礎(chǔ)倫琴（W.C.Roentgen）(1845-1923)德國(guó)人倫琴是德國(guó)維爾茨堡大學(xué)校長(zhǎng)，第一屆諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。1895年他發(fā)現(xiàn)一種穿透力很強(qiáng)的一種射線。后來很快在醫(yī)學(xué)上得到應(yīng)用，也引起各方面重視。1895年11月8日發(fā)現(xiàn)

x

射線實(shí)驗(yàn)室§2.1X射線物理基礎(chǔ)倫琴（W.C.Roentgen）這是第一張X射線照片，倫琴夫人的手l895年底，倫琴發(fā)表了《論新的射線》。

1901年，獲得了首次頒發(fā)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這是第一張X射線照片，倫琴夫人的手l895年底，倫琴發(fā)表了1890年古德斯比德和詹寧斯都發(fā)現(xiàn)他們陰極射線管后面的照相底片特別發(fā)黑。1879年克魯克斯曾抱怨放在他的陰極射線管附近的照相底片老出現(xiàn)模糊的陰影。1890年古德斯比德和詹寧斯都發(fā)現(xiàn)他們陰極射1912年德國(guó)慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授馮?勞厄用晶體中的衍射拍攝出X

射線衍射照片。由于晶體的晶格常數(shù)約10nm，與X

射線波長(zhǎng)接近，衍射現(xiàn)象明顯。

(獲1912年諾貝爾物理獎(jiǎng))1912年德國(guó)慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授馮?單晶片X射線照相底片單晶片X射線照相底片1895年威廉.倫琴（德國(guó)）1901年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)發(fā)現(xiàn)X

射線，也稱倫琴射線1912年勞厄（M.V.Laue）（德國(guó)）1914獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得第一張X

射線衍射照片1912年布拉格父子（Bragg）（英國(guó)）布拉格方程2dsinθ＝λ（晶體結(jié)構(gòu)分析）1913年貝克萊和莫斯萊（英國(guó)）Barkla和H.G.J.Moseley建立了X射線光譜學(xué)1916年德拜－謝樂Debye-Scherrer發(fā)明粉末照相法1928年蓋革－彌勒H.Geiger-W.Muller提出用蓋革－彌勒計(jì)數(shù)器測(cè)量X

射線的方法1938年哈那瓦爾特Hanawalt建立系統(tǒng)的X

射線物相定性分析方法1941年美國(guó)材料協(xié)會(huì)將衍射資料編成索引及標(biāo)準(zhǔn)卡片1945年美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室的Friedman設(shè)計(jì)了用于粉末研究的第一臺(tái)計(jì)數(shù)器衍射儀1945年X射線物相定量分析20世紀(jì)60年代衍射儀與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)收集衍射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化X

射線衍射的發(fā)展1895年威廉.倫琴（德國(guó)）發(fā)現(xiàn)X射線，也稱倫琴射2.1.1X射線的性質(zhì)本質(zhì):

X

射線是一種波長(zhǎng)很短的電磁波，具有波粒二相性。硬x

射線，軟x

射線，電磁波譜2.1.1X射線的性質(zhì)本質(zhì):硬x射線，軟x射1）具有很強(qiáng)的穿透能力，可以穿透黑紙及許多對(duì)可見光不透明的物質(zhì)，被固定物質(zhì)吸收而強(qiáng)度減弱。3）肉眼不能觀察,但可以使照相底片感光。4）能殺死生物細(xì)胞和組織。X

射線的性質(zhì):2）沿直線傳播,電磁場(chǎng)不能使其偏轉(zhuǎn)，不能聚焦。1）具有很強(qiáng)的穿透能力，可以穿透黑紙及許多對(duì)可見光不透明的物X

射線：波長(zhǎng)0.001～10nm的電磁波；高速電子撞擊陽(yáng)極(Cu、Cr等重金屬)：熱能(99%)+X射線(1%)

高速電子撞擊使陽(yáng)極元素的內(nèi)層電子激發(fā)；產(chǎn)生X射線輻射；2.1.2

X

射線的產(chǎn)生X射線：波長(zhǎng)0.001～10nm的電磁波；高X

射線譜是X

射線強(qiáng)度I-波長(zhǎng)λ的關(guān)系曲線

X

射線管產(chǎn)生的輻射按射線譜特征分為連續(xù)X射線和特征X射線兩類。Mo靶連續(xù)x-ray

譜和特征x

射線譜2.1.3X

射線譜X射線譜是X射線強(qiáng)度I-波長(zhǎng)λ的關(guān)系曲線X射線管產(chǎn)生1、連續(xù)譜（白色X

射線）強(qiáng)度隨波長(zhǎng)而連續(xù)變化，每條曲線都對(duì)應(yīng)有一個(gè)最短的波長(zhǎng)（短波限λ0）和一個(gè)強(qiáng)度的最大值。

1）產(chǎn)生機(jī)理

2）連續(xù)譜特性1、連續(xù)譜（白色X射線）強(qiáng)度隨波長(zhǎng)而連續(xù)變化，每條曲線都

1）產(chǎn)生機(jī)理

高能電子轟擊陽(yáng)極靶，電子與靶原子交換能量，入射電子能量漸漸減小，損失的能量以電磁波方式輻射出去，因波長(zhǎng)大小不同稱連續(xù)譜。1）產(chǎn)生機(jī)理高能電子轟擊陽(yáng)極靶，電子與靶原子交換能2)連續(xù)譜特性2)連續(xù)譜特性短波限：X

射線連續(xù)譜的下限波長(zhǎng)，記作

min（

0）電子在電場(chǎng)中得到的加速動(dòng)能，全部轉(zhuǎn)化為輻射的光子能時(shí)，有所以得它與陽(yáng)極的材料無關(guān)，僅與電壓有關(guān)。

min的存在是量子論正確性的又一例證。——也可用它來測(cè)普朗克常數(shù)h。短波限：X射線連續(xù)譜的下限波長(zhǎng)，記作min（0）2、特征X

射線譜(特征譜/標(biāo)識(shí)譜)它是迭加在連續(xù)譜上的分立譜線在X

射線譜中，特別窄，特別高的峰就是特征X

射線。1）產(chǎn)生機(jī)理2）特征譜線的命名3）特征波長(zhǎng)2、特征X射線譜(特征譜/標(biāo)識(shí)譜)1）產(chǎn)生機(jī)理2）特征譜1）產(chǎn)生機(jī)理碰撞→躍遷↑(高)→空穴→躍遷↓(低)

在X射線管中，當(dāng)陰極發(fā)射的電子束轟擊陽(yáng)極的過程中，當(dāng)某個(gè)具有足夠能量的電子將陽(yáng)極靶原子的內(nèi)層電子擊出，于是在低能級(jí)上出現(xiàn)空位，原子的系統(tǒng)能量升高，系統(tǒng)處于激發(fā)狀態(tài)。這種激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，隨后便有較高能級(jí)上的電子向低能級(jí)上的空位躍遷，使原子的系統(tǒng)能量重新降低而趨于穩(wěn)定。在原子系統(tǒng)中，電子從高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷過程中多余的能量以光子的形式向外輻射特征X射線。

1）產(chǎn)生機(jī)理碰撞→躍遷↑(高)→空穴→躍遷↓(低)R=1.097×107m-1，Rydberg常數(shù)；σ核外電子對(duì)核電荷的屏蔽常數(shù)；n

電子殼層數(shù)；c

光速；Z原子序數(shù)；En2和En1——

分別為高能級(jí)和低能級(jí)電子的能量

R=1.097×107m-1，Rydberg常數(shù)；σ核ZeKLMNOL系K系-e-e2）特征譜線的命名一般來說IKα=（5~7）IKβ，分析工作一般用強(qiáng)度最大的Kα線ZeKLMNOL系K系-e-e2）特征譜線的命名3）特征波長(zhǎng)式中：c與——與線系有關(guān)的常數(shù)。特征X射線譜及管電壓對(duì)特征譜的影響鉬鈀K系1-20kV2-25kV3-35kV

不同陽(yáng)極靶材，有不同的特征譜線，波長(zhǎng)不同λ~z關(guān)系，由1914年莫塞萊（MOSLEY）定律確定。3）特征波長(zhǎng)式中：c與——與線系有關(guān)的常數(shù)。特征X射線原子能級(jí)及電子躍遷產(chǎn)生特征X射線示意圖n=1

n＝2（L層）（K層）n＝3（M層）K系L系Kα1

Kα2Kβ1Lα1

Lα2Kβ2Kα雙線的產(chǎn)生與原子能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)有關(guān)

LⅠLⅡLⅢ原子能級(jí)及電子躍遷產(chǎn)生特征X射線示意圖n=1n＝2（L連續(xù)譜特征X射線譜強(qiáng)度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化強(qiáng)度與管電壓、管電流、原子序數(shù)有關(guān)其產(chǎn)生：高能電子的能量損失頻率有關(guān)波長(zhǎng)一定而強(qiáng)度很強(qiáng)與靶材、激發(fā)電壓有關(guān)，與管電流無管特征譜的產(chǎn)生與靶材原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)如Kα，Kβ連續(xù)譜與特征譜的比較連續(xù)譜特征X射線譜強(qiáng)度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化波長(zhǎng)一定而強(qiáng)度很強(qiáng)2.1.4X

射線與物質(zhì)的相互作用入射

X射線強(qiáng)度I0t散射X

射線相干的非相干的反沖電子俄歇電子光電子熒光X射線電子透射X射線Ix=I0e-ux康普頓效應(yīng)俄歇效應(yīng)光電效應(yīng)熱能2.1.4X射線與物質(zhì)的相互作用入射X射線強(qiáng)度I1、相干散射（湯姆遜散射/彈性散射）

相干散射是X射線在晶體中產(chǎn)生衍射的基礎(chǔ)

當(dāng)X射線與試樣緊束縛的內(nèi)層電子相互作用，光子的方向改變，但能量幾乎沒有損失，輻射出與入射波相同波長(zhǎng)的X射線。1、相干散射（湯姆遜散射/彈性散射）相干散射是X射線在相干散射特點(diǎn)：

A、與物質(zhì)原子中束縛力較大的電子（內(nèi)層電子）的作用。

B、電子作受迫振動(dòng)發(fā)射電磁波，稱散射波。

C、各散射波之間符合振動(dòng)方向相同、頻率相同、位相差恒定的干涉條件可產(chǎn)生干涉作用。

相干散射特點(diǎn)：A、與物質(zhì)原子中束縛力較大的電子（內(nèi)層電子）2、非相干散射（康普頓散射/非彈性散射）

當(dāng)一個(gè)X射線光量子沖擊試樣束縛較松的外層電子時(shí)……在α角處產(chǎn)生一個(gè)新光子。2、非相干散射（康普頓散射/非彈性散射）特點(diǎn)：

A、X射線作用于束縛較小的外層電子或自由電子。

B、散射X射線的波長(zhǎng)變長(zhǎng)了。散射X射線波長(zhǎng)的改變與傳播方向存在如下的關(guān)系：

△λ=0.0024(1-cos2θ)

由于散射X射線的波長(zhǎng)隨散射方向而變，不能產(chǎn)生干涉效應(yīng)。故這種X射線散射稱為非相干散射。

特點(diǎn)：A、X射線作用于束縛較小的外層電子或自由電子。

B

我國(guó)著名的物理學(xué)家吳有訓(xùn)與美國(guó)物理學(xué)家康普頓一起在1924年發(fā)現(xiàn)的此效應(yīng)，故亦稱康普頓－吳有訓(xùn)效應(yīng)。 我國(guó)著名的物理學(xué)家吳有訓(xùn)與美國(guó)物理學(xué)家康普頓一起在1924(1)入射X射線光子能量足夠高……

hν=hc/λ≥ev

λ≤1.24/V(nm)…

(2)相位無確定關(guān)系，非相干會(huì)造成嚴(yán)重背底，應(yīng)避免之。另：俄歇效應(yīng)（AUGER）也會(huì)造成背底不利3、熒光輻射(1)入射X射線光子能量足夠高……3、熒光輻射

X射線的衰減:入射X射線通過物質(zhì)沿透射方向強(qiáng)度顯著下降的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)得知:

μ為物質(zhì)的線吸收系數(shù)意義：當(dāng)X射線通過物質(zhì)時(shí)，在X射線傳播方向上，單位長(zhǎng)度上X射線強(qiáng)度的衰減程度（cm-1)。它與物質(zhì)的種類和X射線的波長(zhǎng)有關(guān)。4、

X射線的衰減規(guī)律X射線的衰減:入射X射線通過物質(zhì)沿透射方向強(qiáng)度

單位為cm2/g,則：

實(shí)際中最常用的是物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)μ

m

ρ為物質(zhì)的密度。質(zhì)量吸收系數(shù)的意義是單位質(zhì)量物質(zhì)對(duì)X射線的衰減程度。

單位為cm2/g,則：實(shí)際中最常用的是物質(zhì)的質(zhì)量

質(zhì)量吸收系數(shù)與物質(zhì)的密度和狀態(tài)無關(guān)，而與物質(zhì)的原子序數(shù)（即原子的種類）和入射X射線的波長(zhǎng)有關(guān)。它們的關(guān)系為：

K為常數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)反映了不同物質(zhì)對(duì)X射線的吸收程度

質(zhì)量吸收系數(shù)與物質(zhì)的密度和狀態(tài)無關(guān)，而與物質(zhì)的原子序數(shù)0.20.40.60.81.01.2?50100150200250LⅠLⅡLⅢPt(Z=78)的質(zhì)量吸收系數(shù)μm隨入射X

射線波長(zhǎng)λ

的變化K00.20.40.60.81.01.2?5010015020

如果吸收體中是由兩種以上的元素組成的化合物或混合物、或溶液，其總的質(zhì)量吸收系數(shù)為：

式中：w1,w2

和wp

為該吸收體中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

μ

m1,μ

m2

和μ

mp為該吸收體中各組分的質(zhì)量吸收系數(shù)

如果吸收體中是由兩種以上的元素組成的化合物或混合物、或溶液例題：計(jì)算SiO2對(duì)Cu的Kα輻射的質(zhì)量吸收系數(shù)（λ＝1.5418埃）已知原子量Si=28.08,O=16.0。則SiO2質(zhì)量吸收系數(shù)為：

解：查附表得Si、O對(duì)Cu的Kα輻射的質(zhì)量吸收系數(shù)μm（Si）=60.3cm2g-1,μm（O）＝12.7cm2g-1例題：計(jì)算SiO2對(duì)Cu的Kα輻射的質(zhì)量吸收系數(shù)（λ＝1.55、吸收限的應(yīng)用1）陽(yáng)極靶選擇2）濾波片的選擇5、吸收限的應(yīng)用1）陽(yáng)極靶選擇2）濾波片的選擇1)陽(yáng)極靶選擇目的：避免在試樣上發(fā)生熒光輻射一般應(yīng)滿足以下經(jīng)驗(yàn)公式:Z靶≤Z試樣+1例：分析Fe試樣時(shí)，應(yīng)該用Co靶或Fe靶，如果用Ni靶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較高的背底水平。因?yàn)镕e的λk=0.17429nm,而Ni靶的Kα射線波長(zhǎng)λkα=0.16591nm，故大量的產(chǎn)生真吸收，造成嚴(yán)重非相干散射背底1)陽(yáng)極靶選擇例：分析Fe試樣時(shí)，應(yīng)該用Co靶或Fe靶，如果2）濾波片的選擇