材料分析方法第一章X射线物理基础

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1、第一章X射线物理学基础内容提要：第一节X射线的性质第二节X射线的产生第三节X射线谱第四节X射线与物质的相互作用第五节X射线的衰减规律第六节吸收限的应用第一章X射线物理学基础X射线学的分支X射线透射学X射线衍射学X射线光谱学第一章X射线物理学基础第一节X射线的性质X射线的波长范围：10-3～10nm。一、X射线的性质①不可见，但它能使一些气体或其他物质电离，使照相底片感光，使荧光物质发光。②穿透性强，并可被物质吸收和散射。软X常用于晶体的X射线衍射分析。硬X射线常用于金属零件的探伤和医学上的透视分析。第一章X射线物理学基础③折射率≈1X射线穿过不

2、同媒质时，呈直线传播，在电场和磁场中也不发生偏转，因此不能用常规方法使X射线会聚或发散。④对生物细胞有很强的杀伤作用。第一章X射线物理学基础二、X射线的本质1、X射线的本质也是电磁波，即也是一种无静止质量并以光速运动的光子。第一章X射线物理学基础2、X射线的波粒二象性波动性的表现：以一定的频率和波长在空间传播，例如以晶体作衍射光栅时观察到的X射线的衍射现象；描述波动性的物理量：频率ν、波长λ粒子性的表现：以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量、能量和动量，如光电效应等。描述粒子性的物理量：能量E、动量P第一章X射线物理学基础波动性和粒子性之间存在

3、下述关系：0.05~0.25nm范围适于  结构分析0.005~0.1nm范围适于  探伤分析第一章X射线物理学基础第二节X射线的产生一、X射线产生原理实验证明：高速运动的带电的基本粒子突然受阻时，随着能量的消失和转化，就会产生X射线。实际用于获得X射线的带电粒子是电子。第一章X射线物理学基础电子式X射线管产生X射线的条件：(1)产生电子的电子源；(2)使电子作定向高速运动；(3)在高速电子流的运动路径上设置障碍物，使电子突然受阻。(4)封闭在高真空中，真空度高于10-3Pa。第一章X射线物理学基础二、X射线管1、封闭电子式X射线管的结构封闭电

4、子式X射线管与其结构示意图第一章X射线物理学基础(1)阴极：钨丝；加热钨丝发射热电子；(2)阳极/靶：使电子突然减速并发射X射线的地方。不同的靶面材料用于获得不同波长的X射线。(3)阴极和阳极之间的高压使电子作定向高速运动；(4)阴、阳极都密封在高真空管中，真空度>10-3Pa。其他组成部分：金属聚焦罩、冷却水、铍窗口。第一章X射线物理学基础第三节X射线谱X射线谱：X射线强度随波长变化的关系曲线。X射线的强度X射线的强度：单位时间内，通过与X射线传播方向垂直的单位面积上的X射线光量子的能量总和。用I表示。常用单位：J/cm2·s。强度为光子流密

5、度和每个光子的能量的乘积。(光子流密度：单位时间内通过单位截面的光量子数目。)即X射线的强度（I）是由光量子的能量（hν）及它的数目（n）决定，I=nhν。第一章X射线物理学基础由热阴极X射线管发出的X射线分为两种类型：(1)连续X射线谱；(2)特征X射线谱（又称标识X射线谱）。它们对应两种X射线辐射的物理过程。第一章X射线物理学基础一、连续X射线谱1、定义X射线谱中，强度随波长连续变化的部分，称为连续X射线谱，简称连续谱。2、连续谱的特点①不同管压下，连续谱在短波方向都有一个突然截止的波长极限值，称为短波限，用λ0表示。②X射线波长由大于λ0

6、的所有辐射组成；③强度存在一最大值（约1.5λ0处，用λm表示）。④对同一靶材，不同管压、管流下的连续谱的变化规律。第一章X射线物理学基础3、连续X射线谱的解释①连续谱的产生量子理论：当能量为eV的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式辐射出去，每碰撞一次，产生一个能量为hv的光子。由于大量电子射到阳极上的时间和条件不尽相同，仅有一少部分电子能产生极限能量交换，绝大多数电子经多次碰撞完成能量交换，而辐射出波长大于λ0的不同波长的X射线，形成连续谱。第一章X射线物理学基础②短波限极限情况下，能量为eV的电子在一次碰撞

7、中将其在电场中加速得到的全部动能转给一个光子，则此光子的能量最大，波长最短，相当于短波限λ0的X射线。表明：λ0只与管电压有关，不受其它因素的影响；随管电压增加，λ0向短波方向移动。第一章X射线物理学基础③强度最大值位于1.5λ0附近X射线强度由每个光子的能量hv和单位时间通过单位面积的光子数目n两个因素决定,即I=nhv。在碰撞过程中，能产生极限能量交换的电子仅占一少部分，而其他大量电子会产生多次碰撞完成能量交换，因此虽然短波限对应的光子能量最大，但光子数目不多，故强度的极大值不在λ0处，而位于1.5λ0附近。第一章X射线物理学基础④对同一靶

8、材，不同管压、管流下的连续谱的变化规律。U管升高，各辐射强度升高，λ0和λmax（最大辐射时的波长）均减小；解释：当加大管压时，击靶电子的动能、电子与