材料近代分析测试技术第一章课件

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1、材料近代分析测试方法滨州学院路密第一章X射线物理基础1.1FundamentalprinciplesX-rayspectroscopymeasurementsprovidemuchusefulinformationaboutthecompositionandstructureofmaterial.X-Raysaredefinedasshort-wavelengthelectromagneticradiationproducedbythedecelerationofhigh-energyelectronsorbyelectronictransitionsinvolvingelectron

2、sintheinnerorbitalsofatoms.ThewavelengthrangeofX-raysisfromperhaps10-5Åtoabout100Å;conventionalX-rayspectroscopyis,however,largelyconfinedtotheregionofapproximately0.1Åto25Å.第一章X射线物理基础1.1X射线的本质1895       伦琴(Roentgen)发现X射线1912       劳厄（Laue）晶体的X射线衍射1915       布拉格父子(Bragg)分析晶体结构1发现2产生X射线的条件1.产生自由电

3、子的电子源；2.自由电子的撞击靶；3.阴、阳极之间的高电压；4.高的真空系统。第一章X射线物理基础3特征ε=hν第一章X射线物理基础1.2X射线谱1.2.1连续X射线谱1.各种波长射线的相对强度随管压的增加而增加；2.各种波长射线的相对强度随管电流的增加而增加；但λm和λ。不变；3.改变阳极靶元素时，各种波长的相对强度随靶元素的原子序数的增加而增加。思考题：为什么存在短波限λ。？连续谱的衍射总强度与管电流强度、靶的原子序数以及管电压的平方成正比。X射线管的效率很低，工作时需要冷却水。第一章X射线物理基础1.3X射线与物质的相互作用X射线照射到物质上与物质的相互作用是个很复杂的过程。从能

4、量转换的角度看，可归纳为三个能量转换过程：E1:散射能量；E2:吸收能量，包括真吸收变热部分和光电效应、俄歇效应、正电子吸收等；E3:透过物质，继续沿原来入射方向传播的能量，包括波长改变和不改变部分。2莫塞来（Mosley)定律思考题：为什么X射线多晶衍射时，主要采用Kα做辐射源？特征X射线的频率仅取决于阳极靶的原子结构。第一章X射线物理基础当X射线光子与束缚力不大的外层电子或价电子或金属晶体中的自由电子相碰撞时的散射过程中，电子被撞离原运行方向同时带走光子的一部分动能成为反冲电子；根据动量和能量守恒，原有的X射线光量子也因碰撞而损失掉一部分能量，使得波长增加并与原方向偏离2θ角。1.

5、3.1X射线散射1.相干散射（弹性散射或者汤姆逊散射）当X射线与原子钟束缚较紧的内层电子相撞时，光子把能量全部转给电子，电子受X射线电磁波的影响将绕其平衡位置发生受迫振动，不断被加速或者被减速而且振动频率与入射X射线相同。由于这些散射波之间复合振动方向相同、频率相同、相位差恒定的光干涉作用，所以称之为相关散射。1.3.2非相干散射（康普顿-吴友训效应）经典的电磁理论不能解释Δλ的纯在，也不能解释Δλ随2θ大小而变化，这种散射效应称为康-吴效应，入射波长越短，被照射物质元素越轻，这一现象越显著。第一章X射线物理基础1.3.3二次特征辐射利用X射线激发作用而产生的新的特征谱线叫做二次特征辐

6、射，也称之为荧光辐射。二次特在辐射造成衍射图像漫射背底增强，因此在选靶时应注意。俄歇效应——可用于材料的表面物理分析1.3.4X射线的衰减X射线穿过物质时，其强度会衰减；通过多种元素组成的物质时，X射线的衰减收到了组成该物质的各种元素的影响，由被照射物质原子本身的性质决定，而与这些原子间的结合方式无关。第一章X射线物理基础1.3.5吸收限的应用1滤波片的选择原理：质量吸收系数为μm,吸收限为λk的物质，可以强烈的吸收λ≤λk的射线，而波长大于该值的吸收很少。滤波片的材料是根据靶元素确定的。2阳极靶的选择目的;避免荧光散射。第一章X射线物理基础1.4X射线的防护人体过量接受X射线照射会引

7、起局部组织损伤、坏死或带来其它疾病。如使人精神衰退、头晕、毛发脱落、血液的组成及性能变坏等。在工作中应严格遵守安全条例、注意采取安全防护措施。如砸调整相机和仪器对光时，注意不要就爱那个手或身体的任何部位直接暴露在X射线光束下，更要严防X射线直接照射到眼中。仪器正常工作后，实验人员应立即离开X射线实验室。重金属铅可以强烈吸收X射线，可以在需要屏蔽的地方加上铅屏或者铅玻璃，必要时还可带上铅玻璃眼镜、铅橡胶手套或者围裙等。第二章X射线运动学衍射理论2