x射线物理学基础2

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1、1材料测试方法材料科学与工程学院陈康敏e-mail:kmchen@ujs,edu.cnTel:139528135692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41、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

2、琴（1845-1923）摄于1896年54、X射线本质的认识1895～1897年间，通过一系列实验，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。65、X射线衍射现象发现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

3、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。MaxvonLaue马克斯•冯•劳埃(1879-1960)CuSO4·5H2O衍射照片世界上第一张X射线衍射照片并由光的干涉条件出发导出描述衍射线空间方位与晶体结构关系的公式（称劳埃方程）。劳埃方程式85、X射线衍射现象的发现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

4、衍射学。96、布拉格定律的建立英国布拉格父子（W.H.Bragg和W.L.bragg）对此进行开创性工作。1912年，小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。并导出布拉格方程，推算出KCl及NaCl原子排列方式，真正测量了X射线波长。n＝1、2、3…107、莫塞莱定律的发现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

5、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。或第一节X射线的性质12一、X射线的波动性X射线属电磁波，同时具有波动性和粒子性。1、X射线波动性：表现为以一定频率和波长在空间传播，其电场E和磁场H分量以相同周相，在两相互垂直平面内作周期振动，且与传播方向垂直，以光速呈直线传播。衍射分析主要由电场矢量E引起的物理效应。X射线具有干涉与衍射现象；描述参量：频率ν和波长λ。13一、X射线的波动性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。波长法定单位为：nm，以前常用埃（Å）。（1nm=

6、10-9m＝10Å）X射线波长：0.01～10nm，两边与紫外线及γ射线重叠。晶体结构分析：波长在0.05～0.25nm，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。14一、X射线的波动性3、电场矢量E随传播时间或距离呈周期性波动，波振幅为A（或E0）。一束沿x轴方向传播的波长为λ的X射线波方程为：(a)x一定时波振幅随t的变化；(b)t一定时波振幅随x的变化ν－频率c/λ15X射线波方程一束沿x轴方向传播波长为λ的X射线波方程为：若以Ф表示相位，即令则当t=0，A=A0eiф，eiф称为“相位因子”。16二、X射线的粒

7、子性1、X射线粒子性：可解释光电效应、荧光辐射等现象。2、粒子性表现：以光速运动的大量微观粒子组成不连续粒子流，称为“光子”或“光量子”。在与物质（原子或电子）相互作用时，有能量交换，能被原子或电子吸收或被散射。其描述参量为能量E、动量P。3、波动性与粒子性描述参量间的关系：ν－X射线频率；h－普朗克常数（6.626×10-34J·s）c－X射线传播速度（2.998×108m/s）17三、X射线的强度1、X射线强度－－用波动性观点描述：单位时间内通过垂直于传播方向的单位截面上的能量大小。强度与波振幅A2成正比。2、X射线强度－－用粒子性观点描述：单位

8、时间内通过与传播方向相垂直的单位截面的光量子数。3、绝对强度单位是J／(m2·s)，但难以测定，常用相对强度