材料測試方法第一章1

第一章X射線衍射分析§1.1X射線物理基礎§1.1X射線物理基礎1.X射線的發(fā)現(xiàn)X射線又名倫琴射線,是德國物理學家:R?ntgenWilhelmConrad(1845.03.27-1923.2.10)于1895年發(fā)現(xiàn)的。倫琴于1895年12月28日向德國維爾茨堡物理學醫(yī)學學會遞交了一篇轟動世界的論文：《一種新的射線--初步報告》1901年R?ntgen獲首屆諾貝爾物理學獎。

倫琴像

W.K.R?ntgen（1845-1923）X射線的衍射（1885年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線冷卻水<鉛板單晶片照像底片

單晶片的衍射1912年勞厄實驗X射線的產生

老式X射線管倫琴拍下的他夫人的手的X射線圖X射線波動性的證明X射線衍射示意圖鋁箔的X射線衍射圖像X射線波動性的證明1912年,德國物理學家馮.勞厄：VonLaue,MaxTheodoreFelix（1879.10.9-1960.4.24）認為：晶體是X射線衍射實驗的理想光棚（1）證明了X射線是電磁波，（2）也第一次從實驗上證實了晶體內部質點的規(guī)則而對稱的排列。

X射線管

X射線管玻璃X射線管X射線管單極金屬陶瓷x射線管X射線管醫(yī)療診斷射線管

X射線的特點

波動性:

以一定的頻率ν和波長λ在空間傳播;具有干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象微粒性:

具有一定的質量m、能量E和動量p.X射線的波粒兩重性

ν、λ與E、p之間也有如下的關系:

E=hν=hc/λP=h/λ式中，h-Planck常數(shù),等于6.625×10-27爾格.秒;

c-X射線的速度,等于2.998×1010cm/s.X射線是波長為:0.001～10nm做晶體結構分析用的X射線的波長為:0.05～0.25nm

X射線譜

連續(xù)譜(白色射線)----波長連續(xù)變化特征譜(標識射線)----線狀譜X射線譜連續(xù)譜

1）最短波長λ0

hν0=hc/λ0=eV；λ0=eV/hc=1239.81/V(nm)式中eV是電子達到靶子的動能，如果電子被停止，其全部能量轉成輻射能，發(fā)射光子的能量等于電子的動能。是所發(fā)光子的最大能量。上式是早年這是測定Planck常數(shù)很好的方法

連續(xù)譜2）連續(xù)譜強度：強度是指單位時間內通過的光子數(shù)連續(xù)X射線的總強度是曲線下的面積，即:

連續(xù)X射線的總強度與管電壓V、管電流i及陽極材料的原子序數(shù)Ｚ有如下關系（經驗公式）：

連續(xù)譜特征譜特征譜是英國物理學家巴克拉：

BarklaCharlesGlover（1877.6.27-1944.10.23）于1911年發(fā)現(xiàn)的。Barkla還設計了原子結構的殼層模型，利用這種原子結構的殼層模型，可以解釋特征X射線的產生機理。原子結構模型——殼層結構（1）主量子數(shù)n：決定電子的主要能量當n=1，2，3，4……時用K，L，M，N……符號表示具有相同n值的電子處于相同的電子殼層；n值大，則電子離核就遠。（2）角量子數(shù)（l）決定電子繞核運動的角動量；確定電子的運動軌跡——軌道形狀。當l=0，1，2……(n-1)進用s，p，d，f……表示相同n值時，隨l值的增加，電子的能量稍有增加。（3）磁量子數(shù)（ml）決定電子繞核運動的角動量沿磁場方向的分量。決定電子云在空間的伸展方向。ml=0，±1，±2，±3……±l，

數(shù)目為2l+1個當兩個電子的n，l值相同時，ml不同時，無外磁場時，能量相等；相反，有外磁場時，能量不同。(4)自旋量子數(shù)ms決定自旋角動量沿磁場方向的分量ms=1/2，順磁場ms=-1/2，反磁場當兩個電子的n，l，ml值相同時，ms

不同時，無外磁場時，能量相等；相反，有外磁場時，能量不同。（5）原子核外電子的排布1保里原理：同一原子中不能有四個量子數(shù)

n，l，ml，ms完全相同的電子。2能量最低原理：應盡可能使體系的能量為最低。3洪特規(guī)則：在角動量量子數(shù)l值相同的軌道排布的電子，應盡可能分占不同的軌道，且旋平行。由此由得出原子核外電子的排布（一）角動量的偶合

（1）軌道角動量的偶合兩個電子角動量的偶合規(guī)則：

L=l1+l2,l1+l2-1,l1+l2-2……│l1-l2│總軌道角動量在任意z方向的分量的本征值為ML(h/2π),量子數(shù)ML=-L,-L+1,-L+2……,+L多電子的偶合由按此規(guī)則依次偶合（2）自旋角動量的偶合與軌道角動量的偶合規(guī)則相似兩個電子自旋角動量的偶合規(guī)則：

S=s1+s2,│s1-s2│多電子的偶合由按此規(guī)則依次偶合。當電子數(shù)為偶數(shù)時，S取0和正整數(shù)；當電子數(shù)為奇數(shù)時，S取正的半整數(shù)。總自旋S與總自旋量子數(shù)Ms之間有如下關系：量子數(shù)Ms=-S,-S+1,-S+2……,+S。（3）總角動量的偶合總角動量（J）的偶合規(guī)則：

J=L+S，L+S-1，L+S-2……│L-S│當L≥S時，J可?。?S+1）個數(shù)值；當L＜S時，J可取（2L+1）個數(shù)值總角動量為(J(J+1))]1/2(h/2π）量子數(shù)MJ=-J,-J+1,……,+J：數(shù)目為2J+1個核外電子的排布特征譜的產生機理

若X射線管的管電壓超過某一臨界值Vk時，電子的動能可以將陽極物質原子中的最內層電子轟擊出來，就一過程稱為激發(fā)。原子被激發(fā)后，在原子的最內層就形成空位，這樣次外層及其它外層電子就會躍入此空位，同時將它們多余的能量(ΔE)以X射線光子的形式釋放出來。原子核K系激發(fā)L系激發(fā)kLMN?特征譜的產生特征譜產生包括的兩個過程a)激發(fā)----產生空位b)躍遷----填補空位躍遷必須滿足選擇定則

Δn≠0

Δi＝±1

Δj=±1或0

特征譜的產生躍遷種類：K系躍遷L,M,N,...─→K

L系躍遷

M,N,O,...─→L

M系躍遷N,O,.....─→MKα線和Kβ線Kα線：

L─→KKβ線：M─→K

特征X射線的相對強度主要是由(電子在各能級之間的)躍遷幾率決定的。L層與K層較近，所以L層上的電子回跳幾率大：

IKα＞IKβ

Kα線和

Kβ線Kα線和

Kβ線電子從L2和L3子殼層跳入K層空位的幾率是的，但因處在L3子殼層上的電子數(shù)是四個，而處在L2殼層上的電子數(shù)只有二個，所以