材料现代分析与测试技术复习资料

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1、X射线衍射分析（基础与应用）一.X射线的特性人的肉眼看不见X射线，但X射线能使气体电离，使照相底片感光，能穿过不透明的物体，还能使荧光物质发出荧光。§X射线呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转；当穿过物体时仅部分被散射。§X射线对动物有机体（其中包括对人体）能产生巨大的生理上的影响，能杀伤生物细胞。二.X射线具有波粒二相性1.X射线的本质是电磁辐射，与可见光完全相同，仅是波长短而已，因此其同样具有波粒二象性。波动性:§硬X射线：波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。§软X射线：

2、波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱，可用于非金属的分析。§三.X光与可见光的区别§1)X光不折射，因为所有物质对X光的折光指数都接近1。因此无X光透镜或X光显微镜。§2)X光无反射§3)X光可为重元素所吸收，故可用于医学造影。1.3X射线的产生及X射线管X射线的产生：X射线是高速运动的粒子（一般用电子）与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。产生原理X射线是高速运动的粒子（一般用电子）与某种物质（阳极靶）相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。高速运动的电子与物体碰撞时，

3、发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1％左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右）能量转变成热能使物体温度升高。产生X射线条件§1.产生自由电子；§2.使电子作定向的高速运动（阴极阳极间加高电压）;§3.在其运动的路径上设置一个障碍物（阳极靶）使电子突然减速或停止。§阴极——发射电子。一般由钨丝制成，通电加热后释放出热辐射电子。§阳极——靶，使电子突然减速并发出X射线。窗口——X射线出射通道。既能让X射线出射，又能使管密封。窗口材料用金属铍或硼酸铍锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成3-6°的斜角，

4、以减少靶面对出射X射线的阻碍。旋转阳极高速电子转换成X射线的效率只有1%，其余99%都作为热而散发了。所以靶材料要导热性能好，常用黄铜或紫铜制作，还需要循环水冷却。因此X射线管的功率有限，大功率需要用旋转阳极。3000r/min因阳极不断旋转，电子束轰击部位不断改变，故提高功率也不会烧熔靶面。目前有100kW的旋转阳极，其功率比普通X射线管大数十倍。思考：1、为何X光管应抽真空？1-4X射线谱X射线谱指的是X射线的强度（I）随波长（λ）变化的关系曲线。X射线强度大小由单位面积上的光量子数决定。§由X射线管发射出来的X射

5、线可以分为两种类型：§(1)连续（白色）X射线§(2)特征（标识）X射线§连续辐射，特征辐射(1)连续X射线由具有从某个最短波长（短波极限λ0）开始的连续的各种波长的X射线的集合（即：波长范围为λ0~λ∝）短波限§连续X射线谱在短波方向有一个波长极限，称为短波限λ0。它是由电子一次碰撞就耗尽能量所产生的X射线，此光子能量最大波长最短。它只与管电压有关，不受其它因素的影响。§光子能量为：§式中e—电子电荷，等于（库仑）§V—管电压h—普朗克常数，等于X射线的强度是指在单位时间内通过垂直于X射线传播方向的单位面积上光子数目

6、（能量）的总和。常用单位是J/cm2.s.•随着原子序数Z的增加，X射线管的效率提高，但即使用原子序数大的钨靶，在管压高达100kv的情况下，X射线管的效率也仅有1﹪左右，99％的能量都转变为热能。1、当增加X射线管压时，各波长射线的相对强度一致增高，最大强度波长λm和短波限λ0变小。2、当管压保持不变，增加管流时，各种波长的X射线相对强度一致增高，但λ0数值大小不变。3、当改变阳极靶元素时，各种波长的相对强度随元素的原子序数的增加而增加。总结：连续射线的总强度与管电压、管电流及阳极材料（一般为钨靶）的原子序数有关标识

7、X射线的特征§当电压低于临界电压时，只产生连续X射线。当电压达到临界电压时，在连续X射线的基础上产生波长一定的谱线，构成标识X射线谱。当电压、电流继续增加时，标识谱线的波长不再变，强度随电压增加。这种谱线的波长只决定于阳极材料，不同元素的阳极材料发出不同波长的X射线。如钼靶K系标识X射线有两个强度高峰为Ka和Kβ，波长分别为0.71Å和0.63Å.产生机理§在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统处于不稳定激发态。此时较外层较高能级上的电子向低能级上的空

8、位跃迁，并以光子的形式辐射出标识X射线谱：hnn2®n1=En2－En1，射线波长§λ＝h/ΔE必然是个仅仅取决于原子外层电子结构特点的常数，或者说是个仅仅取决于原子序数的常数.莫塞莱定律§同系（例如Ka1、La1等）特征X射线谱的频率和波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，是物质的固有特性。且存在如下关系：莫塞莱定律：同系特征X