材料測(cè)試技術(shù)

第一章X射線的性質(zhì)1-1引言1-2X射線的本質(zhì)〔電磁輻射〕；1-3X射線的產(chǎn)生；1-4X射線譜；1-5X射線與物質(zhì)相互作用；1-6X射線的探測(cè)與防護(hù)。.+高壓電源金屬靶電子束高能X射線1895年11月8日，德國物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)一種新的射線，由于對(duì)其本質(zhì)不了解，稱為X射線，亦稱倫琴射線1-1引言(X射線發(fā)現(xiàn)的歷史)..一、X射線的特性〔初步認(rèn)識(shí)〕能穿透可見光不能透過的物質(zhì)，如黑紙；穿透能力與原子質(zhì)量有關(guān)，輕元素物質(zhì)易穿透；重元素物質(zhì)不易穿透;可使許多物質(zhì)發(fā)熒光;沿直線傳播，在電磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn);可通過陰極射線的加速電子打到金屬陽極產(chǎn)生;可使氣體產(chǎn)生電離;通過物質(zhì)不發(fā)生反射、折射，通過普通光柵不引起衍射。.倫琴報(bào)告引起的反響：1896年元旦，倫琴將他的論文和第一批X射線照片復(fù)制件分送給一些著名物理學(xué)家舒斯特、彭加勒等，幾天后這個(gè)發(fā)現(xiàn)就傳遍了全世界；1月4日，X射線照片被列為在柏林物理學(xué)研究所舉辦的“紀(jì)念柏林物理學(xué)會(huì)成立50周年〞展覽會(huì)的展品；倫琴這篇論文3個(gè)月內(nèi)被印行5次；1896年一年之內(nèi)，關(guān)于X射線的書和小冊(cè)子有48種之多，研究論文達(dá)1000多篇；倫琴的報(bào)告成為用精煉和明晰的方式闡述科學(xué)研究成果的典范，到達(dá)“一字不能加，一字不能減〞的地步。在后來10年中，沒有人能夠再增添一些別的內(nèi)容。.X射線不僅是第一種被發(fā)現(xiàn)的以射線命名的物質(zhì)，它的發(fā)現(xiàn)直接導(dǎo)致了元素放射性的發(fā)現(xiàn)！X射線發(fā)現(xiàn)后,人們以為用太陽光照射熒光物質(zhì)就能產(chǎn)生X射線.1896年,貝克勒爾對(duì)此展開研究,他用鈾的氧化物作為熒光物質(zhì),放在太陽下暴曬,確實(shí)讓底片感光了,當(dāng)他進(jìn)一步驗(yàn)證的時(shí)候,烏云遮住了太陽,一連幾天都是陰天,但當(dāng)他將底片洗出來之后,非常吃驚的發(fā)現(xiàn)底片曝光要比在太陽下強(qiáng)上百倍.最終導(dǎo)致了元素放射性的發(fā)現(xiàn),翻開了通往原子內(nèi)部的大門.發(fā)現(xiàn)X射線后，倫琴獲得了國際性聲譽(yù)：1896年成為柏林、慕尼黑科學(xué)院的通訊院士，并被授予英國皇家學(xué)會(huì)的倫福德獎(jiǎng)?wù)拢?901年，倫琴因發(fā)現(xiàn)X射線成為世界上第一位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。.厄瓦爾德的博士論文工作1910年夏，厄瓦爾德開始攻讀博士，論文題目：“各向同性的諧振子在各向異性介質(zhì)中的光學(xué)性質(zhì)〞；厄瓦爾德向Groth請(qǐng)教選用哪一種各向異性的晶體，答復(fù)是用正交的CuSO4。厄瓦爾德在兩個(gè)正交方向計(jì)算出的雙折射率比實(shí)驗(yàn)結(jié)果大3～4倍，而在另一個(gè)方向那么小6倍；因上述困惑，1911年圣誕節(jié)斯間厄瓦爾德向在光學(xué)方面有很高聲譽(yù)的勞厄請(qǐng)教，沒得到滿意的答案，但勞厄卻得到啟示：晶格間距很短，比可見光波長(zhǎng)小得多。.1912年，勞厄等人利用晶體光柵觀察到X射線的衍射現(xiàn)象，證實(shí)X射線的本質(zhì)是電磁波。勞厄發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的條件：慕尼黑大學(xué)當(dāng)時(shí)的學(xué)術(shù)環(huán)境勞厄曾在普朗克指導(dǎo)下完成博士論文“平行平板干預(yù)現(xiàn)象的理論〞，當(dāng)時(shí)正為?數(shù)理百科全書?物理卷撰寫波動(dòng)光學(xué)一章，把一維條紋光柵推廣到二維格子光柵；從厄瓦爾德得到啟示：X射線在晶體中衍射的可能性，將二維光柵中的兩個(gè)公式再加上一個(gè)類似的第三個(gè)公式就行了。勞厄的想法沒有得到索末菲和維恩的支持，因?yàn)楹笳哒J(rèn)為晶體中原子的熱騷動(dòng)可能會(huì)破壞任何衍射現(xiàn)象。但得到一批年輕人的支持。就是結(jié)果出來，倫琴也將信將疑，一再要求重復(fù)實(shí)驗(yàn).1912年，勞厄(MaxvonLaue)，弗里德里希(Fdededchw)與尼平〔Knipping〕所做的實(shí)驗(yàn)演示了X射線通過晶體所產(chǎn)生的衍射把戲，既證實(shí)了X射線具有波動(dòng)性，又驗(yàn)證了晶體具有周期性。對(duì)科學(xué)的開展產(chǎn)生了不可估量的影響。.勞厄?qū)嶒?yàn)：1912年4月21日起，勞厄、Friedrich、Knipping合作，先將底片放在X射線源和CuSO4晶體之間〔背射〕，無結(jié)果，再把底片放在晶體后面〔透射〕，在透射斑點(diǎn)附近觀察到一些粗大的、橢圓型的弱斑點(diǎn)。重復(fù)實(shí)驗(yàn)：側(cè)向移動(dòng)晶體，得到相同的衍射圖；轉(zhuǎn)動(dòng)晶體，原斑點(diǎn)消失，新斑點(diǎn)出現(xiàn)；移去晶體，一無所見。三人記錄上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并聯(lián)名簽署密封，在索末菲支持下于1912年5月4日上報(bào)巴伐利亞科學(xué)院。用ZnS晶體作實(shí)驗(yàn)，得到非常清晰的四重對(duì)稱衍射圖〔如圖〕。發(fā)表論文“X射線的干預(yù)現(xiàn)象—理論局部，Laue；實(shí)驗(yàn)局部，F(xiàn)riedrich，Knipping〞.弗里德利希和尼平的實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)的晶體為CuSO4底片上顯出有規(guī)那么的斑點(diǎn).勞厄當(dāng)時(shí)認(rèn)為ZnS是簡(jiǎn)單立方，用白光不能解釋為什么會(huì)有那么多衍射不出現(xiàn)，只好假設(shè)只有5種波長(zhǎng)，這顯然是不正確的。...勞厄發(fā)現(xiàn)的影響：勞厄?qū)嶒?yàn)結(jié)果發(fā)表以后，既證實(shí)了X射線的本質(zhì)，又證明了晶體中原子的周期性；1914年，勞厄獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，由于第一次世界大戰(zhàn)的影響，頒獎(jiǎng)儀式推遲到1920年6月舉行，他在講演中肯定了當(dāng)時(shí)慕尼黑大學(xué)的學(xué)術(shù)環(huán)境對(duì)發(fā)現(xiàn)X射線衍射的作用；厄瓦爾德1912年6月得知?jiǎng)诙驅(qū)嶒?yàn)后，重新看了他給勞厄的那個(gè)公式，發(fā)現(xiàn)只要用晶胞常數(shù)的倒數(shù)作為一種格子的平移周期〔他稱之為倒格子〕，再做一個(gè)與入射X射線波長(zhǎng)有關(guān)的球〔即反射球〕，就可以解釋衍射的幾何關(guān)系，并于1913年在Phys.Zeit上發(fā)表相關(guān)論文。..1912年，英國物理學(xué)家布拉格父子利用X射線衍射方法測(cè)定了NaCl晶體結(jié)構(gòu)，并推導(dǎo)出布拉格方程，開始了X射線晶體結(jié)構(gòu)分析的歷史。

1915年布喇格父子獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，小布喇格當(dāng)年25歲，是歷屆諾貝爾獎(jiǎng)最年輕的得主。.1916年，德拜〔Debye〕、謝樂〔Scherrer〕提出“粉末法〞；1928年，蓋革〔Geiger〕首先用記錄器來記錄X射線，導(dǎo)致X射線衍射儀的產(chǎn)生；目前X射線廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、工程、材料、宇航事業(yè)上。例如：可進(jìn)行人體探傷，晶體結(jié)構(gòu)分析、無損探傷等。.至今已有八人次因X射線獲諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)間（年）科學(xué)家貢獻(xiàn)1901倫琴（德國）發(fā)現(xiàn)X射線1914勞厄（德國）晶體的X射線衍射1915布拉格父子（英國）用X射線分析晶體結(jié)構(gòu)1917巴拉克（英國）發(fā)現(xiàn)元素的標(biāo)識(shí)X輻射1924西格班（瑞典）X射線譜學(xué)1927康譜頓（美國）發(fā)現(xiàn)漫散X射線的波長(zhǎng)變化1936化學(xué)德拜（荷蘭）對(duì)偶極矩、X射線衍射等的研究1946醫(yī)學(xué)馬勒（美國）發(fā)現(xiàn)X射線輻照可誘發(fā)突變11/28/2023.X射線和無線電波、紅外線、可見光、紫外線、γ射線、宇宙射線一樣，本質(zhì)上同屬于電磁波。只不過彼此占據(jù)不同的波長(zhǎng)范圍而已。X射線的波長(zhǎng)很短，大約在0.01~100?之間，在電磁波譜中，它與紫外線及γ射線互相搭接。電磁波譜1-2X射線的本質(zhì).X射線雖然和可見光一樣〔沒有靜止質(zhì)量，但有能量〕，與光傳播有關(guān)的一些現(xiàn)象〔如反射、折射、散射、干預(yù)、以及偏振〕都會(huì)發(fā)生，但由于相對(duì)可見光而言，X射線的波長(zhǎng)要短得多〔光量子的能量相應(yīng)要高得多〕，上述物理現(xiàn)象在表現(xiàn)方式上與可見光存在很大的差異。X射線只有當(dāng)它幾乎平行的掠過光潔的固體外表時(shí)，才有可能發(fā)生類似于可見光那樣的全反射；X射線穿過不同媒質(zhì)時(shí)，幾乎不發(fā)生偏折〔X射線的折射率十分接近1，只在106數(shù)量級(jí)上有差異〕。.EH電磁波傳播示意圖E：電場(chǎng)強(qiáng)度矢量H：磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量電磁波是一種橫波，它由交替變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)組成。電場(chǎng)和磁場(chǎng)矢量總是以相同的周相，在兩個(gè)相互垂直的平面內(nèi)作周期振動(dòng)。電磁波的傳播方向總是與矢量E和H的振動(dòng)方向垂直，傳播速度等于光速。在X射線的分析實(shí)驗(yàn)中，我們記錄的是電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E起作用的物理效應(yīng)！.X射線波長(zhǎng)的度量單位常用?！?〕或晶體學(xué)單位〔kX〕表示；通用的國際計(jì)量單位中用納米〔nm〕表示，它們之間的換算關(guān)系為：1nm=10?=10-9m1kX=1.0020772±0.000053?(1973年值)?！?〕X射線的波動(dòng)性.1.晶體結(jié)構(gòu)分析：波長(zhǎng)為0.25～0.05nm；2.金屬探傷：波長(zhǎng)為0.1～0.005nm；3.用于光刻：波長(zhǎng)為5~0.4nm4.醫(yī)學(xué)透視：波長(zhǎng)為5～0.1nm，“軟X射線〞?！坝瞂射線〞硬X射線：波長(zhǎng)較短的硬X射線能量較高，穿透性較強(qiáng)，適用于金屬部件的無損探傷及金屬物相分析。軟X射線：波長(zhǎng)較長(zhǎng)的軟X射線能量較低，穿透性弱，可用于非金屬的分析。.〔2〕X射線的粒子性特征:光子形式輻射和吸收時(shí)具有的一定的質(zhì)量、能量和動(dòng)量。表現(xiàn)形式:在與物質(zhì)相互作用時(shí)交換能量。如光電效應(yīng)；二次電子等。X射線的頻率

、波長(zhǎng)λ及其光子的能量ε、動(dòng)量p之間存在如下關(guān)系：

式中h——普朗克常數(shù)，等于6.625×10-34J.s;c——X射線的速度，等于2.998×1010cm/s.

.相關(guān)習(xí)題：

1.試計(jì)算波長(zhǎng)0.71?〔Mo-Kα〕和1.54?〔Cu-Kα〕的X射線束，其頻率和每個(gè)量子的能量？.習(xí)題解答.X射線的強(qiáng)度：1.波動(dòng)性：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過垂直于傳播方向的單位截面上的能量大小，I∝A2。2.粒子性：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過垂直于傳播方向的單位截面的光量子數(shù)目。.小結(jié)X射線本質(zhì)上屬于電磁波，它與無線電波、可見光等并沒有本質(zhì)的區(qū)別；它所展示出來的一些特殊的屬性是由于其波長(zhǎng)處于特定的范圍造成的；X射線可以分為硬X射線和軟X射線，波長(zhǎng)短的稱為硬X射線，其能量高、穿透力強(qiáng)；波長(zhǎng)長(zhǎng)的稱為軟X射線，其能量低、穿透力差。.1-3X射線的產(chǎn)生(1)產(chǎn)生原理；(2)產(chǎn)生條件；(3)過程演示；(4)X射線管；

(5)其它X射線裝置。

.產(chǎn)生原理高速運(yùn)動(dòng)的帶電〔或不帶電〕粒子與物體碰撞后猝然減速，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，粒子的動(dòng)能可局部轉(zhuǎn)化為X射線光能〔1％左右〕，而絕大局部〔99％左右〕能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。.產(chǎn)生條件〔以電子為例〕1.產(chǎn)生自由電子；2.使電子作定向的高速運(yùn)動(dòng);3.在其運(yùn)動(dòng)的路徑上設(shè)置一個(gè)障礙物使電子突然減速或停止。.接變壓器玻璃鎢燈絲金屬聚燈罩鈹窗口金屬靶冷卻水電子X射線X射線X射線管剖面示意圖過程演示.

X射線管的結(jié)構(gòu)

封閉式X射線管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)大的真空〔〕二極管。根本組成包括：(1)陰極：發(fā)射電子，常為W絲。(2)陽極：亦稱靶，發(fā)射X射線，靶材主要有Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ag、W等，軟X射線裝置常用Al。。(3)窗口：X射線射出通道，常用金屬鈹或硼酸鈹玻璃。(4)焦點(diǎn)：焦點(diǎn)是指陽極靶面被電子束轟擊的一塊面積，通常為長(zhǎng)方形。.X射線的接收焦點(diǎn)的形狀及接收方向?qū)χ踢叄罕碛^焦點(diǎn)的形狀為正方形，其強(qiáng)度較高；對(duì)著長(zhǎng)邊：表觀焦點(diǎn)的形狀為線形，其強(qiáng)度較弱。.特殊構(gòu)造的X射線管(1)細(xì)聚焦X射線管；(2)旋轉(zhuǎn)陽極X射線管。市場(chǎng)上供給的種類(1)密封式燈絲X射線管；(2)可拆式燈絲X射線管..旋轉(zhuǎn)陽極〔轉(zhuǎn)靶〕X射線管旋轉(zhuǎn)陽極X射線管的技術(shù)關(guān)鍵是陽極靶面是高速旋轉(zhuǎn)的〔2000－6000r/m〕，電子束的轟擊不是固定在陽極靶面的同一點(diǎn)上，因此，玻璃管稱為固定靶，而旋轉(zhuǎn)陽極X射線管稱為轉(zhuǎn)靶。同時(shí)，轉(zhuǎn)靶與真空系統(tǒng)是別離的，其間用磁密封技術(shù)。在開啟X射線之前，必須預(yù)先開啟真空系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：功率大，旋轉(zhuǎn)靶功率可達(dá)12～18KW以上。.1-4X射線譜由X射線管發(fā)射出來的X射線可以分為兩種類型：(1)連續(xù)X射線；(2)特征X射線，又稱〔或標(biāo)識(shí)〕X射線。.連續(xù)X射線

具有連續(xù)波長(zhǎng)的X射線，構(gòu)成連續(xù)X射線譜，它和可見光相似，亦稱多色X射線。產(chǎn)生機(jī)理；短波限；X射線的強(qiáng)度。..產(chǎn)生機(jī)理

經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)：一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)著的電子到達(dá)靶面上時(shí)，因突然減速產(chǎn)生很大的付加速，這種負(fù)加速度一定會(huì)引起周圍電磁場(chǎng)的急劇變化，產(chǎn)生電磁波。量子理論：能量為eV的電子與陽極靶的原子碰撞時(shí)，電子失去自己的能量，其中局部以光子的形式輻射，碰撞一次產(chǎn)生一個(gè)能量為h的光子，這種輻射稱為韌致輻射，這樣的光子流即為X射線。單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)陽極靶面的電子數(shù)目是大量的，絕大多數(shù)電子要經(jīng)歷屢次碰撞，產(chǎn)生能量各不相同的輻射，因此出現(xiàn)連續(xù)X射線。.連續(xù)X射線譜：將波長(zhǎng)連續(xù)變化的X射線的強(qiáng)度繪制到一張由波長(zhǎng)和強(qiáng)度組成的坐標(biāo)系上就得到連續(xù)X射線譜，連續(xù)X射線譜表示一定工作電壓和電流下的X射線強(qiáng)度和波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。.短波限

連續(xù)X射線譜在短波方向有一個(gè)波長(zhǎng)極限，稱為短波限λ0.它是由光子一次碰撞就耗盡能量所產(chǎn)生的X射線。它只與管電壓有關(guān)，不受其它因素的影響。相互關(guān)系為：式中e——電子電荷，等于4.803×10－10靜電單位；U——電子通過兩極時(shí)的電壓降〔靜電單位〕；h——普朗克常數(shù)，等于6.625×10－34J.s.相關(guān)習(xí)題試計(jì)算用50千伏操作時(shí)，X射線管中的電子在撞擊靶時(shí)的速度和動(dòng)能，所發(fā)射的X射線短波限為多少？.習(xí)題解答那么，速度為.X射線的強(qiáng)度

X射線的強(qiáng)度是指垂直X射線傳播方向的單位面積上在單位時(shí)間內(nèi)所通過的光子數(shù)目的能量總和。常用的單位是J/cm2.s.即I=nh

.連續(xù)X射線強(qiáng)度最大值在1.5λ0,而不在λ0處。..連續(xù)X射線譜中每條曲線下的面積表示連續(xù)X射線的總強(qiáng)度。也是陽極靶發(fā)射出的X射線的總能量。實(shí)驗(yàn)證明，I與管電流、管電壓、陽極靶的原子序數(shù)存在如下關(guān)系：且X射線管的效率為:.特征(標(biāo)識(shí))X射線1.特征X射線的特征2.產(chǎn)生機(jī)理;3.過程演示;4.K系激發(fā)機(jī)理5.莫塞萊定律；6.特征X射線的強(qiáng)度特征。.特征X射線的特征

當(dāng)管電壓到達(dá)臨界電壓〔激發(fā)電壓〕后，靶被激發(fā)出特征X射線，其波長(zhǎng)不隨管電壓、管電流的變化而變化，只與靶的原子序數(shù)有關(guān)，因此這種波長(zhǎng)反映了物質(zhì)的原子序數(shù)特征的X射線叫特征X射線。.產(chǎn)生機(jī)理

特征X射線譜的產(chǎn)生機(jī)理與陽極物質(zhì)的原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)的。原子系統(tǒng)內(nèi)的電子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各個(gè)能級(jí)。在電子轟擊陽極的過程中，當(dāng)某個(gè)具有足夠能量的電子將陽極靶原子的內(nèi)層電子擊出時(shí)，于是在低能級(jí)上出現(xiàn)空位，系統(tǒng)能量升高，處于不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)。較高能級(jí)上的電子向低能級(jí)上的空位躍遷，并以光子的形式輻射出特征X射線譜：h

n2

n1=En2－En1.KLM.K態(tài)〔擊走K電子〕L態(tài)〔擊走L電子〕M態(tài)〔擊走M(jìn)電子〕N態(tài)〔擊走N電子〕擊走價(jià)電子中性原子WkWlWmWn0原子的能量特征X射線產(chǎn)生過程K激發(fā)L激發(fā)K

輻射K

輻射L輻射過程演示.K系激發(fā)機(jī)理

K層電子被擊出時(shí)，原子系統(tǒng)能量由基態(tài)升到K激發(fā)態(tài)，高能級(jí)電子向K層空位填充時(shí)產(chǎn)生K系輻射。L層電子填充空位時(shí)，產(chǎn)生Kα輻射；M層電子填充空位時(shí)產(chǎn)生Kβ輻射。產(chǎn)生K系激發(fā)要陰極電子的能量eUk至少等于擊出一個(gè)K層電子所作的功Wk。Uk就是激發(fā)電壓。...由能級(jí)可知Kβ輻射的光子能量大于Kα的能量，但K層與L層為相鄰能級(jí)，故L層電子填充幾率大，所以Kα的強(qiáng)度約為Kβ的5倍。.Kα是由兩條譜線Kα1和Kα2組成的，它們分別是電子從L3和L2子能級(jí)躍遷到K層空位時(shí)產(chǎn)生的，其波長(zhǎng)相差0.004?左右，Kα1強(qiáng)度是Kα2的兩倍，Kα波長(zhǎng)取兩條譜線的加權(quán)平均值：.莫塞萊定律

特征X射線譜的頻率和波長(zhǎng)只取決于陽極靶物質(zhì)的原子能級(jí)結(jié)構(gòu)，是物質(zhì)的固有特性。莫塞萊定律：特征X射線譜的波長(zhǎng)λ與原子序數(shù)Z關(guān)系為：其中K是與靶材物質(zhì)主量子數(shù)有關(guān)的常數(shù)；稱作屏敝常數(shù)，與電子所在的殼層位置有關(guān)。莫塞萊定律是X射線熒光光譜分析和電子探針微區(qū)成分分析的理論根底。.特征X射線的強(qiáng)度特征

K系特征X射線的強(qiáng)度與管電壓、管電流的關(guān)系為：當(dāng)工作電壓為K系激發(fā)電壓的3~5倍時(shí)，I特/I連最大，連續(xù)譜造成的衍射背影最小。.連續(xù)譜和標(biāo)識(shí)譜比較連續(xù)譜標(biāo)識(shí)譜產(chǎn)生機(jī)理陰極電子與陽極原子碰撞，陰極電子一部分能量以光子形式輻射，其它能量轉(zhuǎn)化為熱能，也就是說連續(xù)X射線能量是從陰極電子轉(zhuǎn)化而來的。具有足夠能量的陰極電子擊出陽極原子內(nèi)殼層電子后，陽極原子高能級(jí)電子向低能級(jí)躍遷，產(chǎn)生光子輻射，標(biāo)識(shí)X射線能量來自陽極原子高能級(jí)的能量特征強(qiáng)度沿波長(zhǎng)呈連續(xù)分布；有波長(zhǎng)一定對(duì)應(yīng)強(qiáng)度具有極值；有實(shí)驗(yàn)規(guī)律U↑時(shí)，↑，↑，↓，↓；i↑時(shí)，↑，↑，和不變；Z↑時(shí)，↑，↑，和不變。V≥Vk時(shí)產(chǎn)生，只與Z有關(guān)；V↑時(shí)，↑，不變；i↑時(shí)，↑，不變。數(shù)學(xué)表達(dá).1-5X射線與物質(zhì)相互作用X射線與物質(zhì)相互作用時(shí)，產(chǎn)生各種不同的和復(fù)雜的過程。就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束X射線通過物質(zhì)時(shí)，可分為三局部：一局部被散射，一局部被吸收，一局部透過物質(zhì)繼續(xù)沿原來的方向傳播。X射線的散射；X射線的吸收；X射線的衰減規(guī)律；吸收限的應(yīng)用；X射線的折射；總結(jié)。.X射線的散射X射線被物質(zhì)散射時(shí)，產(chǎn)生兩種現(xiàn)象：相干散射；非相干散射。.相干散射X射線光子內(nèi)層電子X射線光子全部全部.相干散射物質(zhì)中的電子在X射線電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。這樣每個(gè)電子在各方向產(chǎn)生與入射X射線同頻率的電磁波。新的散射波之間發(fā)生的干預(yù)現(xiàn)象稱為相干散射。.非相干散射

入射波長(zhǎng)越短，被照射物質(zhì)元素越輕，非相干散射越顯著又稱康普頓－吳有訓(xùn)效應(yīng).非相干散射

X射線光子與束縛力不大的外層電子或自由電子碰撞時(shí)電子獲得一局部動(dòng)能成為反沖電子，X射線光子離開原來方向，能量減小，波長(zhǎng)增加。非相干散射是康普頓〔A.H.Compton〕和我國物理學(xué)家吳有訓(xùn)等人發(fā)現(xiàn)的，亦稱康普頓效應(yīng)。非相干散射突出地表現(xiàn)出X射線的微粒特性，只能用量子理論來描述，亦稱量子散射。它會(huì)增加連續(xù)背影，給衍射圖象帶來不利的影響，特別對(duì)輕元素。.X射線的吸收物質(zhì)對(duì)X射線的吸收指的是X射線能量在通過物質(zhì)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，X射線發(fā)生了能量損耗。物質(zhì)對(duì)X射線的吸收主要是由原子內(nèi)部的電子躍遷而引起的。這個(gè)過程中發(fā)生X射線的光電效應(yīng)和俄歇效應(yīng)。光電效應(yīng)；俄歇效應(yīng)。...光電效應(yīng)以X光子激發(fā)原子所發(fā)生的激發(fā)和輻射過程。被擊出的電子稱為光電子，輻射出的次級(jí)特征〔標(biāo)識(shí)〕X射線稱為熒光X射線。產(chǎn)生光電效應(yīng)條件，X射線光子波長(zhǎng)必須小于吸收限λk。.產(chǎn)生光電效應(yīng)，X射線光子波長(zhǎng)必須小于吸收限λk。激發(fā)K系光電效應(yīng)時(shí)，X射線光子的能量必須大于〔臨界值應(yīng)等于〕為擊出一個(gè)k層電子所作的功，即：從激發(fā)光電效應(yīng)的角度講，λk稱為激發(fā)限波長(zhǎng)；從X射線吸收的角度講，λk稱為吸收限波長(zhǎng)?！?/p>

－K系激發(fā)頻率－K系激發(fā)限－K系激發(fā)電壓（kV）

.注意點(diǎn)：①熒光X射線的波長(zhǎng)一定大于入射X射線的波長(zhǎng)；②在X射線衍射分析中，X射線熒光輻射是有害的，它增加衍射圖象的背底，但在元素分析中，它又是X射線熒光光譜分析的根底。.原子在入射X射線光子或電子的作用下失掉K層電子，處于K激發(fā)態(tài)；當(dāng)L層電子填充空位時(shí)，放出EL-Ek能量，產(chǎn)生兩種效應(yīng)：(1)熒光X射線〔又稱二次特征X射線〕；(2)產(chǎn)生二次電離，使另一個(gè)核外電子成為二次電子——俄歇電子。俄歇電子.俄歇效應(yīng)規(guī)律和特點(diǎn)：①俄歇電子的能量與激發(fā)源的能量無關(guān)，只取決于物質(zhì)的原子能級(jí)結(jié)構(gòu)，每種元素都有自己的特征俄歇電子能譜，它是元素的固有特性，所以可以利用俄歇電子能譜作元素的成份分析；②俄歇電子的能量很低，一般只有幾百電子伏特，因此只有外表幾層原子所產(chǎn)生的俄歇電子才能逸出物質(zhì)外表被探測(cè)到，所以俄歇電子僅能帶來物質(zhì)外表的化學(xué)成份信息；③隨著物質(zhì)原子序數(shù)Z減小，被激物質(zhì)原子發(fā)射俄歇電子的幾率增加，發(fā)射標(biāo)識(shí)X射線的幾率降低，也就是說超輕元素或輕元素以發(fā)射俄歇電子為主。.X射線的衰減〔或吸收〕規(guī)律當(dāng)一束X射線通過物質(zhì)時(shí)，由于散射和吸收的作用使其透射方向上的強(qiáng)度衰減。衰減的程度與所經(jīng)過物質(zhì)中的距離成正比。式.質(zhì)量衰減系數(shù)μm

表示單位質(zhì)量物質(zhì)對(duì)X射線強(qiáng)度的衰減程度。質(zhì)量衰減系數(shù)與波長(zhǎng)和原子序數(shù)Z存在如下近似關(guān)系：其中K為常數(shù)μm隨λ的變化是不連續(xù)的，其間被鋒利的突變分開。突變對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為λK、λL等吸收限。..晶體的線型衰減系數(shù)晶體的線型衰減系數(shù)可由下式求得：其中μ為線型衰減系數(shù)，ρ為晶體密度，單位g/cm3，μm為質(zhì)量衰減系數(shù)，P為晶體中各元素的質(zhì)量百分比。..物質(zhì)的衰減系數(shù)另一計(jì)