1 x射线物理学基础2学时

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1、X射线物相分析及应用分析测试中心刘海峰办公室：新区综合实验楼1-86Tel:6089509转806E-mail:liuhaifeng@swust.edu.cn7/7/2021课程教学大纲课程名称：X射线物相分析及应用学分数：1总学时：16实践学时：4参考书目：《粉末X射线物相分析》，地质出版社，南京大学《X射线分析简明教程》，地质出版社，彭志忠主编《材料近代分析测试方法》，哈工大出版社，常铁军等主编考核方式：考试占40%课外作业占40%实习及其作业占20%课程基本要求了解X射线物理学基础、晶体几何学及X射线物相分析的应用掌握X射线衍射的概念及原理、X射线衍射强度、X射线物相分

2、析的原理及方法学会利用X射线衍射方法进行物相分析、晶胞参数计算、指标化等课程内容1.X射线物理学基础1.1引言1.2X射线的本质1.3X射线的产生及X射线管1.4X射线谱1.5X射线与物质的相互作用1.6X射线的探测与防护2.X射线衍射方向和强度2.1引言2.2晶体几何学基础2.3衍射的概念与布拉格方程2.4布拉格方程的讨论2.5衍射方法2.6X射线衍射强度3.多晶体分析方法3.1引言3.2粉末照相法3.3X射线衍射仪3.4衍射仪的测量方法与实验参数4.X射线物相分析4.1引言4.2定性分析的原理和分析思路4.3粉末衍射卡片的组成4.4物相定性分析的方法5.X射线物相分析的应

3、用5.1物相定量分析5.2衍射线的指标化5.3晶胞参数的精确测定实习X射线衍射物相分析及谱图解析1.参观X射线衍射仪及工作过程；2.学习样品制备方法；3.学会谱图解析，掌握送样要求。1.X射线物理学基础主要内容1.1引言1.2X射线的本质1.3X射线的产生及X射线管1.4X射线谱1.5X射线与物质的相互作用思考题1.1引言在科研、生产、商业和日常活动中，我们常遇到这样的疑惑：这是一种什么物质？此物质与彼物质之间有何区别？某物质中含有哪些杂质或有害物质？用何方法鉴定？引出科学问题：X射线物相分析的原理？仪器？样品？X射线物相分析有什么用？如何从X射线物相分析所给出的数据中提取更

4、多的信息？包括成分、结构、形成方式（条件）、结晶度、晶粒度？等等。2θ（°）水冷系统X线管高压发生器测角仪样品计数管控制驱动装置显示器数据输出计数存储装置（ECP）水冷ＨＶ角度扫描X射线发生器（XG）1.2X射线的本质1895年，伦琴（W.C.Roentgen）研究真空管高压放电时，发现阴极管能放出一种有穿透力的肉眼看不见的射线：偶然发现镀有氰亚铂酸钡的硬纸板会发出荧光。由于它的本质在当时是一个“未知数”，故称之为X射线，也称伦琴射线。1896年，伦琴将他的发现和初步研究结果写了一篇论文，发表在英国的《Nature》上。这一伟大发现很快在医学上获得了应用——X射线透视技术。1

5、910年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴因X射线的发现而获得第一个诺贝尔物理学奖。对X射线本质的争论，焦点集中在它到底是是：粒子流？还是电磁波？认为X射线是物质粒子流的科学家中有W.H.布拉格。他的儿子W.L.布拉格则对X射线的波动性进行了深入的研究，并给出了著名的布拉格方程。对X射线波动性最完美的研究是德国物理学家劳埃（Laue）。1912年，劳埃是德国慕尼黑大学非正式聘请的教授。著名物理学家索末菲的一名研究生厄瓦耳向他请教关于光在晶体中散射的数学分析问题时，产生了在一种想法……X射线X--ray晶体crystal劳埃斑Lauespots晶体的三维光栅Three-dimensio

6、nal“diffractiongrating”1912年劳埃以晶体为光栅，发现了晶体的X射线衍射现象，确定了X射线的电磁波性质。此后，X射线的研究在科学技术上给晶体学及其相关学科带来突破性的飞跃发展。劳埃由于发现X射线的晶体衍射效应也在1914年获得了诺贝尔物理奖。爱因期坦称，劳埃的实验是“物理学最美的实验”。它一箭双雕地解决了X射线的波动性和晶体结构的周期性。后来的科学证明，与可见光一样，X射线的本质是一种电磁波（波长范围为0.01～100Å之间），它具有波粒二象性。即它既具波动性，又具有粒子性。在X射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反映在传播过程中发生干涉、衍射作用。

7、在与物质相互作用进行能量交换时，则表现出它的粒子性。X射线的波动性：X射线作为电磁波，具有电场矢量和磁场矢量。它以一定的波长和频率在空间传播：v＝c/。X射线粒子性：表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量。具体表现形式如在与物质相互作用时可交换能量，产生如光电效应、二次电子等。X射线的频率ν、波长λ及其光子的能量ε、动量p之间存在如下关系：式中h—普朗克常数，等于6.625×10-34J·sc—X射线的速度，等于2.998×108m/s电磁波谱：宇宙射线、-射线、X-射线、UV、V