第1章 X射线物理学基础63213

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1、1材料分析方法陈康敏2003年6月2第一章X射线物理学基础3第一节X射线的性质第二节X射线的产生与X射线谱第三节X射线与物质的相互作用第一章X射线物理学基础4第一节X射线的性质1.X射线的发现:1895年11月8日，德国物理学家伦琴（W.Röntgen）在研究真空管高压放电现象时偶然发现涂有氰亚铂酸钡硬纸板发出浅绿色荧光，试着木块、硬橡胶等挡也挡不住，甚至可透过人的骨骸!当时对此射线本质尚无了解，故取名X射线（伦琴射线）。这一伟大发现，伦琴于1901年第一位诺贝尔奖获得者。威廉·康拉德·伦琴（1845－1923）摄于1896年52.伦琴夫人的手－摄于1895年12月22日六个星期后，

2、伦琴确认是一种新射线，才告诉自己夫人。1895年12月22日，他邀请夫人来到实验室，用光电管照射15分钟，拍下第一张人手X射线照片。伦琴发现X射线后，一个月内发表了《一种新射线》的文章，引起社会各界强烈的反应，各国竞相开展试验研究。63.X射线在医学界应用－－X射线透视学虽未了解此现象本质，但其有强大穿透力，能透过人体显示骨骼，迅速被医学界广泛利用，成为透视人体、检查伤病的有力工具，产生了X射线透视学。后来又用于金属探伤，对工业技术也有很大促进作用。X射线最初医疗诊断－1896.2.3美国Dr.EdwinFrost(1866-1935)74.X射线本质的认识1895～1897年间，通

3、过一系列实验，搞清了X射线产生、传播、穿透力等特性：1.X射线虽人眼看不见，但能使某些物质发出荧光。使照相底片感光，使气体、原子电离。2.X射线沿直线传播，经电场或磁场不发生偏转。3.X射线有很强穿透力，通过物质时可被吸收而强度衰减。4.X射线还能杀伤生物细胞……等特性。但对X射线本质的认识，是对晶体结构的研究，即与X射线在晶体中发生衍射现象是分不开的。85.X射线衍射现象发现（一）1912年，德国物理学家劳埃（M.VonLaue）利用晶体作为天然光栅成功观察到了X射线衍射现象。他用CuSO4·5H2O进行实验，获得了第一张X射线衍射照片。1914年，获诺贝尔物理学奖。MaxvonL

4、aue马克斯•冯•劳埃(1879-1960)CuSO4·5H2O衍射照片世界上第一张X射线衍射照片95.X射线衍射现象的发现（二）X射线衍射现象发现：1.肯定了X射线的本质。即是一种电磁波，有波动性。2.证实了晶体结构的周期性。为晶体微观结构研究提供了崭新的方法。晶体结构认识：从微米→纳米级，有更接近本质的认识。用X射线研究晶体结构工作－X射线晶体学或X射线衍射学。106.布拉格定律的建立和莫塞莱定律的发现英国布拉格父子（W.H.Bragg和W.L.bragg）对此进行开创性工作。1912年，W.L.布拉格进行了劳埃实验后认为：衍射斑点的产生是射线受到类似镜面“反射”的结果。并从劳埃

5、方程式导出布拉格方程，推算出KCl及NaCl原子排列方式，并真正测量了X射线波长。后一工作导致1913-1914年莫塞莱（H.G.J.Moseley)定律的发现。117、莫塞菜定律1913年，英国物理学家莫塞莱（1887～1915）在研究X射线光谱时发现：特征X射线频率ν或波长λ只取决于阳极靶物质的原子能级结构（原子序数），此规律称莫塞莱定律。式中：K——与靶材物质主量子数有关的常数；σ——屏蔽常数，与电子所在的壳层位置有关。成为X射线荧光分析和电子探针微区成分分析的理论基础。或12第一节、X射线的性质一、X射线的波动性1.X射线与可见光、红、紫外线等相同，均属电磁波，它是由高速带电

6、粒子与物质原子中的内层电子作用而产生的，它同时具有波动性和粒子性。2.X射线波长比可见光短得多，约与晶体晶格常数同一数量级，在0.1nm左右。因此，其能量大、穿透能力强。3.X射线与可见光一样，以光速呈直线传播，在真空中传播速度2.998×108m/s。13一、X射线的波动性4.X射线波长法定单位为：nm，以前也常用埃（Å）。（1nm=10-9m＝10Å）X射线波长：10～0.001nm，两边与紫外线及γ射线重叠。晶体结构分析：波长在0.25～0.05nm，金属探伤：波长约为0.1～0.005nm或更短，波长较短的X射线，习惯上称为“硬X射线”。波长较长的X射线称为“软X射线。14常

7、见的各种电磁波的波长与频率可见光紫外线红外线微波X射线波长γ射线频率标准无线电波长波TV/FM短波长波15X射线波动性的表现（1）1、X射线波动性：以一定频率和波长在空间传播，具有干涉与衍射现象；描述参量：频率ν和波长λ。2、电磁波（横波），具有电场矢量E和磁场矢量H，以相同周相，在两相互垂直平面内作周期振动，且与传播方向垂直，传播速度＝光速。3、X射线分析：主要考虑电场矢量E引起的物理效应。16X射线波动性的表现（2）4、电场矢量E随传播时间或距离呈周期