χ射线荧光方法

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1、一χ射线的发现和实质1χ射线的发现1895年，德国物理学家伦琴在研究稀薄气体放电现象时，发现一种以前从来没有观察到的射线。这种射线可以穿过可见光不透明的物质使照相底片感光，并使荧光物质发光和气体电离。这种射线穿过物质时，会被吸收，一些物质对射线的吸收较薄弱，而一些重物质却吸收明显。更重要的是他发现射线的这些性质与所加电压和靶物质的成分存在一定联系。伦琴将这种射线命名为“χ”射线，就是“未知”的意思。伦琴也由于这一重大发现于1901年获得诺贝尔物理学奖。人们为了纪念伦琴，将χ射线命名为伦琴射线。伦琴实验：在密封容器一端装有热阴极以发射电子；在与阴极相对

2、的位置上装有金属的对阴极，即阳极；阴极与阳极之间加有高压。在容器内充有稀薄的气体时，观察到了气体的放电现象。在试验中发现，在阳极附近存在一种未知的射线，伦琴就将它命名为χ射线。2χ射线的实质χ射线实际上是核外电子跃迁产生的短波电磁辐射。（1）在研究χ的波动性时，常用波长和频率描述χ射线的特征。波长：波长介于紫外线和γ射线之间。波长很短，在10-11~10-10m量级，因而常用nm作为单位，1nm=10-9m。在波长色散χ荧光分析中，习惯用A（埃）为单位，1A=10-10m=0.1nm。根据波长，可将χ射线分为软χ射线（波长长能量低）和硬χ射线（波长短

3、能量大）。频率：χ射线以光速直线传播，波长与频率关系为：λ=cυ（2）在研究χ的微粒性时，常用能量描述χ的特征。能量：单位是焦耳（J），在能量色散χ荧光分析中，习惯用电子伏（eV）为单位，1eV就是一个电子在电位差为1V的电极间加速所获得的能量，即1eV=1.602×10-19J。能量，波长，频率间的关系为：E=hυ=hcλ,说明，波长越长，频率越低，能量越小，反之越大。3χ射线的波粒二象性波动性：超短波电磁辐射，以光速直线传播；不受电磁场影响，在电磁场中不偏转；产生反射，折射，偏振，衍射和干涉等物理现象。波长色散χ射线荧光方法就是基于χ射线的波动性

4、。微粒性：不带电，直线传播；产生相干和非相干散射；产生光电效应；产生电子对效应。能量色散χ射线荧光方法就是基于χ射线的微粒性。二χ射线的产生1连续谱由电动力学可知，带电粒子在加速或者减速，即运动状态发生改变时，必伴随着电磁辐射。当快速带电粒子掠过原子核附近时，由于库仑力的作用，带电粒子的运动状态发生改变，此时伴随发射电磁辐射，称为轫致辐射。轫致辐射具有以下特点：（1）吸收物原子序数越高，越容易发生轫致辐射；（2）重带电粒子不易发生轫致辐射，轻带电粒子比如电子容易发生轫致辐射；（3）带电粒子能量越高越容易发生轫致辐射。轫致辐射实际是带电粒子与原子核发生

5、非弹性碰撞产生的。轫致辐射多为χ射线，它是连续分布的，形成连续谱，能量在0~电子最大能量之间，照射量率最大值点约为能量上限的13处。连续谱的性质与靶材料基本无关，只取决于加速电压。2标识谱标识谱是现状谱，它叠加在连续谱之上。原子总是趋向于最低能量的稳定状态，K壳层能级最低，与核的结合能最大，L壳层能级高于K壳层，有三个支能级，分别为LⅠ,LⅡ,LⅢ，以此类推，还有M，N壳层等。核外电子获得足够能量就能克服原子核的束缚会成为自由电子，某一壳层电子跃迁成为自由电子所需要的最低能量称为吸收限。吸收限由电子壳层能级决定，K壳层吸收限用Kab表示，它处于最低能

6、级，需要更多能量才能成为自由电子，所以Kab最大；L系吸收限用Lab表示，三个支壳层分别LⅠab,LⅡab,LⅢab用表示；以此类推，分别有Mab，Nab等。在同一原子中，Kab>LⅠab>LⅡab>LⅢab>Mab空穴的产生：形成空穴的方式主要有两类：①原子核内部核衰变提供能量。常见的有内转换方式（原子核由高能级向低能级跃迁释放能量，这部分能量主要以伽马射线形式放出，还可能直接将这部分能量转移给核外电子，核外电子获得能量成为自由电子，产生空穴）和电子俘获方式（原子核直接俘获一个核外电子，完成质子到中子的蜕变，壳层产生空穴）。②外部电磁辐射激发。γ，

7、χ或者带电粒子首先将直接将能量转移给核外电子，当核外电子获得的能量等于或者高于相应壳层吸收限时，核外电子成为自由电子，相应产生空穴。特征χ的产生：产生空穴后，核外电子重新分布，外层电子会填充空穴，并以电磁辐射方式发射能量，即特征χ射线。当K层电子被激发，能级较高的L，M等壳层电子会填充这一电子空位，填充K层电子空位而发射的χ射线称为K系特征χ射线（L层填充，称为Kα，它又包括LⅢ→K，称为Kα1，LⅠ→K，称为Kα2；M层填充称为Kβ，N层填充称为Kγ）；填充L层电子空位发射的χ射线称为L系特征χ射线，以此类推。能量关系为：EK>EL>EMEKα2<

8、EKα1