X射线衍射基础

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1、X射线衍射基础目录1概述2X射线的产生3X射线管工作条件的确定4X射线光谱4.1连续光谱4.2特征光谱5物质对X射线的吸收，实验波长及滤波片的选择5.1线吸收系数5.2质量吸收系数5.3吸收系数与波长及元素的关系5.4实验波长的选择5.5滤波片6晶体对X射线的衍射6.1衍射几何方程6.2多晶X射线的衍射强度7X射线的检测7.1荧光板7.2照相方法7.3正比计数管7.4闪烁计数管7.5固体检测器7.6位敏正比计数管7.7成像屏7.8X射线电视8X射线的防护1.1概述1895年伦琴(W.C.Roentgen)研究

2、阴极射线管时，发现管的对阴极能放出一种有穿透力的肉眼看不见的射线。由于它的本质在当时是一个〃未知数〃，故称之为X射线。这一伟大发现当即在医学上获得非凡的应用——X射线透视技术。1912年劳埃(M.VonLaue)以晶休为光栅，发现了晶休的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品体学及其相关学科带来突破性的飞跃发展。由于X射线的重大意义和价值，所以人们乂以它的发现者的名字为其命名，称之为伦琴射线。X射线和可见光一样属于电磁辐射，但其波长比可见光短得多，介于紫外线与Y射线之间，

3、约为10"到10,埃的范围(图1.1)oX射线的频率大约是可见光的IO?倍，所以它的光子能量比可见光的光子能量大得多，表现明显的粒子性。由于X射线波长短，光了能量大的两个基木特性，所以，X射线光学(几何光学和物理光学)虽然具冇和普通光学一样的理论基础，但两者的性质却冇很大的区别，X射线与物质相互作用时产生的效应和可见光也迥然不同。额率V波长1光子能盘hv波Ml检测方法人为产生方法（胡铉）（米）（电子伏特*仁理耳》i(r原r•楼加速料TWtft1已IMeVIS8SlA.Inm-10'•10。IkeV内屁电子电离

4、室ITHzIGHzIMik1kHz10J2IO5km-Tl-i(rImIkin-103onH线10*1010110“IO'1紫外线空j雌]0I.外屋电平10®红外线分子振动和转动微波电子自旋■i丽―2核曲崗频电段电10»fIt无线电射频内的外层电子光畫歸管二人報他时热测凤器热电借X射歧管品体体行曾百热磁連行电子线跑电于坡路交谎发电机图1.1电磁波谱X射线和其它电磁波一样，能产生反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振和吸收等现彖。但是，在通常实验条件下，很难观察到X射线的反射。对于所有的介质，X射线的折射率n都很接

5、近于1（但小于1）,所以几乎不能被偏折到任一有实际用途的程度，不可能像可见光那样用透镜成像。因为n^l,所以只有在极精密的工作中才需考虑折射对X射线作用介质的影响。X射线能产生全反射,但是其掠射角极小，一般不会超过20'〜30'。在物质的微观结构中，原了和分了的距离（1〜10埃左右）止好落在X射线的波长范围内，所以物质（特别是品体）对X射线的散射和衍射能够传递极为丰富的微观结构信息。可以说，大多数关于X射线光学性质的研究及其应用都集屮在散射和衍射现彖上，尤英是衍射方而。X射线衍射方法是当今研究物质微观结构的主

6、要方法。X射线穿透物质时都会被部分吸收，其强度将被衰减变弱；吸收的程度与物质的组成、密度和厚度有关。在此过程屮X射线与物质的相互作用是很复杂的，会引起多种效应，产生多种物理、化学过程。例如，它可以使气体电离；使一些物质发出可见的荧光；能破坏物质的化学键，引起化学分解，也能促使新键的形成,促进物质的合成；作用于生物细胞组织，还会导致生理效应，使新陈代谢发生变化茯至造成辐射损伤。然而，就x射线与物质Z间的物理作用而言，可以分为两类：入射线被电子散射的过程以及入射线能量被原子吸收的过程。X射线散射的过程乂可分为两种

7、，一种是只引起X射线方向的改变，不引起能量变化的散射，称为相干散射，这是X射线衍射的物理基础；另一种是既引起X射线光子方向改变，也引起其能量的改变的散射，称为不相干散射或康普顿散射（或康普顿效应），此过程同时产生反冲电子（光电子）。物质吸收X射线的过程主要是光电效应和热效应。物质中原子被入射X射线激发，受激原子产生二次辐射和光电子，入射线的能量因此被转化从而导致衰减。二次辐射又称为荧光X射线，是受激原子的特征射线，与入射线波长无关。荧光辐射是X射线光谱分析的依据。如果入射光子的能量被吸收，却没冇激发出光电了，

8、那么其能量只是转变为物质中分了的热振动能，以热的形式成为物质的内能。综上所述，X射线的主耍物理性质及其穿过物质时的物理作用可以概括地用F图表示：图1・2X射线的物理性质和穿过物质时的作用1.2X射线的产生现在人们已经发现了许多的X射线产生机制，其中最为实用的能获得有足够强度的X射线的方法仍是当年伦琴所采用的方法一一用阴极射线（高速电子束）轰击对阴极（靶）的表面。各种各样专门用来产生X射线的X射线管工