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文檔簡介
材料分析射線第1頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五一、X射線的發(fā)現(xiàn)二、X射線的本質三、X射線的產(chǎn)生與X射線管四、X射線譜五、X射線與物質的相互作用本章內容第2頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎一、X射線的發(fā)現(xiàn)1895年11月8日,德國物理學家倫琴在研究真空管的高壓放電時,偶然發(fā)現(xiàn)鍍有氰亞鉑酸鋇的硬紙板會發(fā)出熒光。這一現(xiàn)象立即引起細心倫琴的注意。經(jīng)仔細分析,認為這是真空管中發(fā)出的一種射線引起的。于是一個偉大的發(fā)現(xiàn)誕生了。由于當時對這種射線不了解,故稱之為X射線,也稱倫琴射線。第3頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎一、X射線的發(fā)現(xiàn)1895年11月8日,德國物理學家倫琴在研究真空管的高壓放電時,偶然發(fā)現(xiàn)鍍有氰亞鉑酸鋇的硬紙板會發(fā)出熒光。這一現(xiàn)象立即引起細心倫琴的注意。經(jīng)仔細分析,認為這是真空管中發(fā)出的一種射線引起的。于是一個偉大的發(fā)現(xiàn)誕生了。由于當時對這種射線不了解,故稱之為X射線,也稱倫琴射線。第4頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎一、X射線的發(fā)現(xiàn)
倫琴發(fā)現(xiàn),不同物質對X射線的穿透能力是不同的。他用X射線拍了一張其夫人手的照片。很快,X射線發(fā)現(xiàn)僅半年時間,在當時對X射線的本質還不清楚的情況下,X射線在醫(yī)學上得到了應用,發(fā)展了X射線照像術。
1896年1月23日倫琴在他的研究所作了第一個關于X射線的學術報告。
1895年倫琴初次發(fā)現(xiàn)X射線時,拍攝的他夫人手指的X射線照片第5頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎一、X射線的發(fā)現(xiàn)
1896年,倫琴將他的發(fā)現(xiàn)和初步的研究結果寫了一篇論文,發(fā)表在英國的《Nature》雜志上。他的發(fā)現(xiàn)在社會上引起了轟動,也為他贏得了很大的榮譽。
1901年,諾貝爾獎第一次頒發(fā),倫琴因X射線的發(fā)現(xiàn)而獲得第一個諾貝爾物理學獎。1901年第一張諾貝爾物理學獎授予W.K.倫琴第6頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五隨著衍射分析技術的發(fā)展,有十幾位科學家獲得諾貝爾獎與X射線及晶體衍射有關的部分諾貝爾獎獲得者名單
第7頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五
對X射線本質的爭論,焦點集中在它是
粒子流?電磁波?
認為X射線是物質粒子流的科學家中有W.H.布拉格。第一章X射線物理學基礎
他的兒子W.L.布拉格
則對X射線的波動性進行了深入的研究,并給出了著名的布拉格方程。二、X射線的本質W.L.布拉格第8頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎二、X射線的本質對X射線波動性最完美的研究是德國物理學家勞厄(Laue)。
1912年,勞厄是德國慕尼黑大學非正式聘請的教授。一天著名物理學家索末菲的一名研究生厄瓦耳向他請教關于光在晶體中散射的數(shù)學分析問題。討論時,勞厄若有所思······第9頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五當光通過與其波長相當?shù)墓鈻艜r會發(fā)生衍射作用。第10頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五光的干涉與衍射可見光波的楊氏干涉實驗第11頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五當光通過與其波長相當?shù)墓鈻艜r會發(fā)生衍射作用。人們推測晶體內部的質點是規(guī)則排列的,且間距在10-8cm。第12頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第13頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五如果X射線是一種波,且波長與晶體內部質點的間距相當。那么,用X射線照射晶體······當光通過與其波長相當?shù)墓鈻艜r會發(fā)生衍射作用。人們推測晶體內部的質點是規(guī)則排列的,且間距在10-8cm。X射線衍射?!第14頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五在倫琴的兩名研究生弗里德里希(W.Friedrich)和克尼(Knipping)的幫助下,勞厄進行了第一次X射線衍射實驗,并取得了成功。第一次X射線衍射實驗所用的儀器。所用的晶體是硫酸銅。
第15頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五勞厄法X射線衍射實驗的基本裝置與所拍的照片
第16頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五
愛因斯坦稱,勞厄的實驗是“物理學最美的實驗”。它一箭雙雕地解決了X射線的波動性和晶體結構的周期性。第17頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎后來的科學證明,與可見光一樣,X射線的本質是一種電磁波。
它具有波粒二象性。即它既具波動性,又具有粒子性。
二、X射線的本質
在X射線衍射分析中應用的主要是它的波動性,反映在傳播過程中發(fā)生干涉、衍射作用。
在與物質相互作用,進行能量交換時,則表現(xiàn)出它的粒子性。第18頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎X射線的波動性:
X射線的波動性表現(xiàn)在它以一定的波長和頻率在空間傳播。二、X射線的本質第19頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五X射線的波長范圍:10-0.001nm第20頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎X射線的波長范圍:100-0.01
?
或10-0.001nm
硬X射線:0.05-2.5?
0.5-2.5?主要用于晶體結構分析
0.05-1?主要用于金屬探傷等
軟X射線:10-100?主要用于醫(yī)學波長的單位:
nm(納米)法定單位
?
過去的常用單位
換算關系:
1nm=10-9m=10?
二、X射線的本質第21頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎X射線粒子性:
X射線的粒子性表現(xiàn)在它是由大量的不連續(xù)的粒子流構成的。它具有一定能量和動量。
能量ε和動量p與X射線光子的頻率v和波長λ之間的關系如下:二、X射線的本質h為普朗克常數(shù),為6.625×10-34J.sc為光速,為2.998×108m/s第22頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五X射線的產(chǎn)生常用的方式:
X射線管和同步輻射X射線源
常用X射線管的結構:第一章X射線物理學基礎三、X射線的產(chǎn)生與X射線管第23頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五三、X射線的產(chǎn)生與X射線管
1常用的靶材:Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ag2冷卻系統(tǒng):陽極的底座一般用銅制作,使用時通循環(huán)水進行冷卻。3窗口:X射線射出的通道。窗口一般用對X射線穿透性好的輕金屬鈹密封,以保持X射線管的真空。一般X射線管有四個窗口,分別從它們中射出一對線狀和一對點狀X射線束。4焦點:指陽極靶面被電子束轟擊的面積,其形狀取決于陰極燈絲的形狀。第一章X射線物理學基礎第24頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五三、X射線的產(chǎn)生與X射線管
4
焦點:焦點一般為1mm×10mm的長方形。產(chǎn)生的X射線束以6°度角度向外發(fā)射。X射線射出時,在不同的方向產(chǎn)生不同形狀的X射線束:
0.1×10mm的線狀X射線束。
1×1mm的點狀X射線束。第一章X射線物理學基礎第25頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五三、X射線的產(chǎn)生與X射線管
5、X射線管的基本電氣電路與X射線產(chǎn)生第一章X射線物理學基礎高壓變壓器燈絲變壓器第26頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎(一)連續(xù)X射線(白色X射線)
四、X射線譜
為一波長連續(xù)的光譜,包括從某一最小值開始的一系列連續(xù)波長的輻射。它與可見光中的白光相似,故出稱白色X射線。第27頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五
1、特點:1)強度隨波長而連續(xù)變化,每條曲線都對應有一個最短的波長(短波限λ0)和一個強度的最大值。最大值一般在1.5λ0地方。第28頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五
2)λ0與管流和靶的材料無關,只與管壓有關,二者之間的關系:λ0=1.24/V
(nm)隨著管壓的增大,λ0向短波方向移動。第29頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五
3)連續(xù)X射線的強度不僅與管壓有關,還與管流和靶材有關。
I連=αiZVmi
i為電流強度,Z為靶材的原子序數(shù)
mi與α
為常數(shù)分別為2和(1.1-1.4)×10-9第30頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五
3)連續(xù)X射線的強度不僅與管壓有關,還與管流和靶材有關。
I連=αiZvmimi為2,α
為(1.1-1.4)×10-9
強度隨管流、管壓和靶材的原子序數(shù)的增大而增大。當需要連續(xù)X射線時,采用重元素的靶能得到較強的連續(xù)X射線。
X射線管的效率:η=連續(xù)X射線的總強度/X射線管的功率η=αiZV2/iV=αZV
當用鎢靶(Z=74),管壓為100KV。η≈1%??梢奨射線管的效率很低。要提高效率,應采用高電壓和重金屬。第31頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎(一)連續(xù)X射線四、X射線譜
按量子理論,當能量為eV的高速電子撞擊靶中的原子時,電子失去自己的能量,其中大部分轉化為熱能。一部分以光子(X射線)的形式輻射出。每撞擊一次就產(chǎn)生一個能量為hv的光子。由于單位時間內到達靶表面的電子數(shù)量很多。若管流為10mA,每秒到達陽極靶的電子可達6.25×1016個。大多數(shù)電子還經(jīng)過多次碰撞。因此,各個電子的能量各不相同,產(chǎn)生的X射線的波長也就不同。于是產(chǎn)生了一個連續(xù)的X射線譜。2、連續(xù)X射線產(chǎn)生機理第32頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎(一)連續(xù)X射線四、X射線譜
其中少數(shù)電子在一次碰撞中就將能量全部轉化為光子,因此它產(chǎn)生的光子能量最大,波長最小。其短波限λ0取決于能量最大電子,這與管壓有關。大多數(shù)的電子經(jīng)過多次碰撞,能量逐步地釋放,產(chǎn)生的光子能量也相應減小,波長大于λ0。由于X射線的強度取決于光子的數(shù)目。所以連續(xù)X射線譜的最大值不在λ0的位置。2、連續(xù)X射線產(chǎn)生機理第33頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎(二)特征X射線譜(標識X射線)
當電壓加到25KV時,Mo靶的連續(xù)X射線譜上出現(xiàn)了二個尖銳的峰Kα(0.071nm)和Kβ(0.063nm)。四、X射線譜1、特征X射線及其激發(fā)電壓第34頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五
Kα波長比Kβ長,Kα與Kβ
強度比約為5:1。放大看,Kα還分為Kα1和Kα2兩條線。Kα1和Kα2強度比約為2:1。第35頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎(二)特征X射線譜(標識X射線)
1、特征X射線及其激發(fā)電壓
隨著電壓的增大,其強度進一步增強,但波長不變,也就是說,這些譜線的波長與管壓和管流無關。它與靶材有關,對給定的靶材,它們的這些譜線是特定的。因此,稱之為特征X射線譜或標識X射線譜。產(chǎn)生特征X射線的最低電壓稱激發(fā)電壓。四、X射線譜第36頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五不同靶材料具有不同波長的特征X射線和激發(fā)電壓1常用陽極靶材的特征譜參數(shù)元素原子序數(shù)K系特征譜波長(nm)激發(fā)電壓(kV)工作電壓(kV)Kα1Kα2KαKβCrFeCoNiCuMoAg242627282942470.228960.193600.778890.165780.154050.070930.055940.229350.193990.179280.166170.154430.071350.056380.229090.193730.179020.165910.154180.071070.056090.208480.175650.162070.150010.139220.063230.049705.897.107.718.298.8620.025.520-2525-303030-3535-4050-5555-60第37頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎
莫塞來1914年總結了特征X射線與靶材原子結構之間的關系:四、X射線譜(二)特征X射線譜
1、特征X射線及其激發(fā)電壓或K為常數(shù),與原子的主量子數(shù)有關σ為屏蔽常數(shù),與電子所在的殼層有關。
反過來,如果能測到材料中元素發(fā)射的特征X射線的波長,就能知道產(chǎn)生這些特征X射線元素是什么?這就是X射線熒光光譜和電子探針分析的理論基礎。第38頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎
原子內部電子的分布
原子內部的電子分布在不同的殼層上K、L…
每個殼層上的電子具有不同的能量εk、εL…四、X射線譜(二)特征X射線譜
2、特征X射線產(chǎn)生的機理MLK第39頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五特征X射線KLM撞擊與激發(fā)躍遷與發(fā)射第40頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎(二)特征X射線譜
2、特征X射線產(chǎn)生的機理
陰極電子的撞擊與原子內層電子的激發(fā)
這就是為什么特征X射線的產(chǎn)生具有一個臨界的激發(fā)電壓。
陰極電子的能量eV應大于原子中的電子與原子核的結合能或它的逸出功。
eV≥-Ek
或eV≥Wk臨界條件:eVk=Wk
第41頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎
電子的躍遷與X射線的發(fā)射(二)特征X射線譜
2、特征X射線產(chǎn)生的機理
高能級電子填補低能級空穴。這一過程稱躍遷。躍遷的過程伴隨著能量的釋放,方式之一是以光子的形式輻射,這就是X射線的發(fā)射。第42頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎(二)特征X射線譜
2、特征X射線產(chǎn)生的機理
輻射光子的能量等于二個能級之間的能量差。比如L—K層電子的躍遷:
△εKL=εL-εk=hv=hc/λ△εKL在X射線的范圍內,且對某個原子來說是固定的。因此,二個能級之間電子躍遷產(chǎn)生的X射線波長是一定的。這就是特征X射線產(chǎn)生的機理
第43頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五特征X射線KLM撞擊與激發(fā)躍遷與發(fā)射eV≥WkVk=Wk/e△εKL=hc/λλ=hc/△εKL第44頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎(二)特征X射線譜
2、特征X射線產(chǎn)生的機理
光譜學定義,電子躍遷到K層產(chǎn)生的輻射稱為K系輻射,依次還有L系、M系輻射等。并按電子躍遷時所跨躍的能級數(shù)目不同,進行進一步的標識。跨躍1個能級的標記為α,2個能級的標記為β等。
L—K為Kα
M—K為Kβ第45頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎△εKM>△εKL
,所以Kβ的波長小于Kα。L—K躍遷的幾率比M—K大5倍左右,所以,Kα強度比Kβ大5倍。
同一殼層中電子能量實際上有微小的差別。于LIII--K的躍遷幾率比LII—K躍遷高1倍。IKα1:IKα2≈2:1(二)特征X射線譜
2、特征X射線產(chǎn)生的機理第46頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎四、X射線譜
這些輻射中L、M、N系列的輻射強度很弱,波長長,容易被吸收。K系特征輻射最強,尤其是Kα,是X射線分析中最常用的X射線。(二)特征X射線譜
2、特征X射線產(chǎn)生的機理
由于Kα1和Kα2波長相差很小。一般將它們視為同一條線Kα。其波長用二者的加權平均。
λKα=2/3λKα1+1/3λKα2第47頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五說明:1)激發(fā)電壓對不同的陽極靶是不同的,它由陽極靶的原子序數(shù)Z所決定。2)陽極靶不同產(chǎn)生的特征X射線的波長不同。3)工作電壓一般是激發(fā)電壓的3-5倍。因為當工作電壓是激發(fā)電壓的3-5倍時,I特/I連最大。4)實驗中最常用的特征X射線是Kα。最常用的靶材是Cu和Fe。5)λKα=2/3λKα1+1/3λKα2,有時需要注意區(qū)分Kα1和Kα2。常用陽極靶材的特征譜參數(shù)元素原子序數(shù)K系特征譜波長(nm)激發(fā)電壓(kV)工作電壓(kV)Kα1Kα2KαKβCrFeCoNiCuMoAg242627282942470.228960.193600.778890.165780.154050.070930.055940.229350.193990.179280.166170.154430.071350.056380.229090.193730.179020.165910.154180.071070.056090.208480.175650.162070.150010.139220.063230.049705.897.107.718.298.8620.025.520-2525-303030-3535-4050-5555-60第48頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎
X射線通過物質時,部分X射線將改變它們前進的方向,即發(fā)生散射現(xiàn)象。X射線的散射包括兩種:
相干散射和非相干散射。五、X射線與物質的相互作用1、X射線的散射1)相干散射(湯姆遜散射)當對X射線與物質原子中束縛較緊的電子作用時,無法使它們脫離所在的能級,但產(chǎn)生受迫振動。每個受迫振動的電子便成為一個新的電磁波源,向四周輻射與入射X射線的頻率(波長)相同的電磁波。第49頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用1、X射線的散射A、與物質原子中束縛較緊的電子作用。B、散射波隨入射X射線的方向改變了,但頻率(波長)相同。C、各散射波之間符合振動方向相同、頻率相同、位相差恒定的干涉條件,可產(chǎn)生干涉作用。1)相干散射(湯姆遜散射)相干散射是X射線在晶體產(chǎn)生衍射的基礎。第50頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用1、X射線的散射2)非相干散射(康普頓散射)
A、X射線作用于束縛較小的外層電子或自由電子。
當X射線與束縛較小的外層電子或自由電子作用時,X射線光子將一部分能量傳給電子,使之脫離原有的原子而成為反沖電子。同時光子本身也改變了傳播方向,發(fā)生散射,且能量減小,即散射X射線的波長變長了。第51頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用1、X射線的散射2)非相干散射(康普頓散射)B、散射X射線的波長變長了。散射X射線波長的改變與傳播方向存在如下的關系:△λ=0.0024(1-cos2θ)
C、由于散射X射線的波長隨散射方向而變,不能產(chǎn)生干涉效應。故這種X射線散射稱為非相干散射。非相干散射不能參與晶體對X射線的衍射,只會在衍射圖上形成不利的背景。第52頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五我國著名的物理學家吳有訓與美國物理學家康普頓一起在1924年發(fā)現(xiàn)的此效應。故亦稱康普頓-吳有訓效應第53頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎
物質對X射線的吸收指X射線能量在經(jīng)過物質時轉變?yōu)槠渌问侥芰康男?。它主要包括?/p>
光電效應(二次特征輻射)和俄歇效應等。五、X射線與物質的相互作用2、X射線的吸收
1)光電效應當用X射線轟擊物質時,若X射線的能量大于物質原子對其內層電子的束縛力時,入射X射線光子的能量就會被吸收,從而導致其內層電子(如K層電子)被激發(fā),并使高能級上的電子產(chǎn)生躍遷,發(fā)射新的特征X射線。我們稱X射線激發(fā)的特征X射線為二次特征X射線或熒光X射線。第54頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用2、X射線的吸收1)光電效應
這種以光子激發(fā)電子所發(fā)生的激發(fā)和輻射過程稱為光電效應。被擊出的電子稱光電子。
產(chǎn)生的二次特征X射線的波長與激發(fā)它們所需的能量取決于物質的原子種類和結構。第55頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用2、X射線的吸收1)光電效應
要使K層電子產(chǎn)生光電效應,入射X射線的能量必須大于等于原子中K層電子的逸出功Wk,
hv≥WkWk=eVk
將入射X射線的波長與激發(fā)電壓聯(lián)系起來就有:第56頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五熒光X射線KLMX射線照射與光電子激發(fā)躍遷與發(fā)射第57頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用2、X射線的吸收1)光電效應
能引起光電效應的入射X射線的最大波長:
(nm)
λk
從激發(fā)光電效應的角度說,稱為激發(fā)限波長,意義是只有入射的X射線波長達到或小于它時,才能激發(fā)物質的二次特征X射線。從X射線被吸收的角度看,稱為吸收限波長。意義是當入射的X射線的波長達到它時,入射X射線將被該物質強烈吸收,并產(chǎn)生光電效應。第58頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用2、X射線的吸收1)光電效應
Kα線和Kβ線發(fā)射分別對應于L到K和M到K能級之間的電子躍遷,而K吸收限的能量相當于K層電子的結合能或逸出功,即K能級與原子第一個自由能級之間的能量差。因此,對于一個給定的元素,就有:
λk吸收
〈λkβ發(fā)射〈λkα發(fā)射第59頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用2、X射線的吸收2)俄歇效應
當高能級的電子向低能級躍遷時,能量不是產(chǎn)生二次X射線,而是被周圍某個殼層上的電子所吸收,并促使該電子受激發(fā)逸出原子成為二次電子。這種效應是俄歇1925年發(fā)現(xiàn)的。故稱俄歇效應,產(chǎn)生的二次電子稱俄歇電子。二次電子具有特定的能量值??梢杂脕肀碚鬟@些原子。利用該原理制造的俄歇能譜儀主要用于分析材料表面的成分。第60頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五KLMX射線照射與光電子激發(fā)俄歇電子的產(chǎn)生第61頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用3、X射線的衰減規(guī)律與吸收系數(shù)
X射線通過物質時,X射線強度衰減了。其中,因散射引起的衰減遠遠小于因吸收導致的衰減量。因此,可以近似地認為,X射線通過物質后其強度的衰減是由于物質對它的吸收所造成的。第62頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用3、X射線的衰減規(guī)律與吸收系數(shù)
衰減的程度可以用吸收系數(shù)來表征:
Ix=I0e-μx
I0和Ix分別是入射和透過物質后X射線的強度
x
為厚度。
μ為物質的線吸收系數(shù),其意義是當X射線通過物質時,在X射線傳播方向上,單位長度上X射線強度的衰減程度(cm-1)。它與物質的種類、密度和X射線波長有關。μxIxI0第63頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用3、X射線的衰減規(guī)律與吸收系數(shù)
由于線吸收系數(shù)與物質的密度有關,計算起來不方便。因此,實際中最常用的是物質的質量吸收系數(shù)μm:
μxIxI0
ρ為物質的密度。質量吸收系數(shù)的意義是單位質量物質對X射線的衰減程度第64頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用3、X射線的衰減規(guī)律與吸收系數(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,其總體的質量吸收系數(shù)為
μm=w1μm1+w2μm2+w3μm3+……+wpμmp
w1,w2,w3
和wp
為該吸收體中各組分的質量分數(shù)
μm1,μm2,μm3和μmp為該吸收體中各組分的質量吸收系數(shù)μxIxI0第65頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用3、X射線的衰減規(guī)律與吸收系數(shù)
質量吸收系數(shù)與物質的密度和狀態(tài)無關,而與物質的原子序數(shù)(即原子的種類)和入射X射線的波長有關。它們的關系為
μm≈Kλ3Z3
K為常數(shù)。吸收系數(shù)反映了不同物質對X射線的吸收程度。μxIxI0第66頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五
1)吸收系數(shù)隨波長的增大而增大,且在一定區(qū)間內是連續(xù)變化的。這是因為X射線的波長越長越容易被物質所吸收。μm≈Kλ3Z3
2)在某些波長的位置上產(chǎn)生跳躍式的突變。即吸收限(吸收邊)或激發(fā)限的存在。X射線通過某一物質時隨Z和λ的衰減規(guī)律:第67頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五幾種元素K系射線波長和常用的濾波片及其吸收限陽極靶元素原子序數(shù)Kα波長(nm)Kβ波長(nm)濾波片材料原子序數(shù)λKCrFeCoNiCuMoAg242627282942470.229090.193730.179020.165910.154180.071070.056090.208480.175650.162070.150010.139220.063230.04970VMnFeCoNiZrRh232526272840450.226900.186940.174290.160720.148690.068880.05338第68頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五
對一定波長的X射線在某些原子序數(shù)的位置上也產(chǎn)生跳躍式的突變。μm≈Kλ3Z3第69頁,共76頁,2023年,2月20日,星期五第一章X射線物理學基礎五、X射線與物質的相互作用4、吸收限的應用
1)濾波片的選用在X射線分析中,在大多數(shù)情況下都希望所使用的X射線波長單一,即“單色”X射線。但實際上,如上所述,K系特征譜線包括兩條譜線。在X射線
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