X光与电镜(第二讲)3-3.ppt

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1、§4X射线与物质的相互作用X射线与物质的相互作用是分析物质结构的基础。一束X射线通过物质时，其能量可分为三部分，其中一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过物质继续沿原来的方向传播。微结构实验室11.X射线的散射(1)相干散射（Thomsonscattering）（coherentscattering）电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动。每个受迫振动的电子便成为新的电磁波源向空间各个方向辐射与入射X射线同频率的电磁波。这些新的散射波之间可以产生干涉作用，故把这种散射现象称为相干散射。也叫汤姆逊散射

2、（Thomsonscattering）（coherentscattering）微结构实验室2汤姆逊推导的质量散射系数公式为：e,m:电子的电荷和电子质量c：X射线的速度。NA：阿佛加德罗常数Z，A：吸收体的原子序数和原子量。公式是近似的，因为没有考虑原子核与电子之间的相互作用。(1-12)微结构实验室31.X射线的散射X射线的强度衰减：吸收+散射；X射线的↑；Z↑，越易吸收，吸收>>散射；吸收为主；↓，Z↓；穿透力越强；对轻元素N,C,O，散射为主；(1)相干散射(Coherentscatter

3、ing，Thomsonscattering弹性散射)E较小、较长的X射线→碰撞(原子中束缚较紧、Z较大电子)→新振动波源群（原子中的电子）；与X射线的周期、频率相同，方向不同。实验可观察到该现象；测量晶体结构的物理基础；X射线碰撞新振动波源群相干散射微结构实验室4(2)非相干散射（Comptonscattering）（incoherentscattering）当X射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞时，电子获得一部分能量成为反冲电子，光子也离开原来的方向。碰撞后的光子能量减少（hν’＜hν

4、）,波长增加（λ’＞λ）波长变化为(1-13)2q：散射线与入射线间的夹角h：普朗克常数，c：光速，m0：电子的静止时质量。微结构实验室5（2）非相干散射Compton散射、非弹性散射；Compton-吴有训效应；X射线非弹性碰撞，方向，变反冲电子波长、周相不同，无相干=-=K(1-cos)K与散射体和入射线波长有关的常数；Z↓，非相干散射↑；衍射图上出现连续背景。微结构实验室62.X射线的吸收absorptionofX-rayX射线的吸收分为真吸收以及与散射有关的吸收。真吸收是由光电

5、效应引起的，X射线光子的能量传给物质中的K层或L层的电子。X射线光子自己消灭。散射所引起的吸收，是指X射线被物质中的电子所散射，入射X射线的强度变弱的现象。波长大，原子序数大时，真吸收占主要地位。波长短，对于轻元素来说，散射所造成的吸收变得重要。微结构实验室7真吸收与散射引起的吸收X射线的强度衰减：吸收+散射；总的质量衰减系数m：m=m+mm：质量吸收系数；m：质量散射系数；吸收由光电子放出，引起的真吸收与散射引起的吸收σ构成：在我们利用的波长范围内基本是真吸收，这里讲讲真吸收。(1-1

6、4)微结构实验室8（1）光电效应（photoelectriceffect）当一个具有足够能量的光子从原子内部击出一个K层电子时，同样会发生象电子激发原子时类似的辐射过程，即产生标识X射线。这种以光子激发原子所产生的激发和辐射过程成为光电效应。被击出的电子成为光电子（X-rayphotoelectron）所辐射出的次级标识X射线称为荧光X射线（或称为二次标识X射线）：击出一个K层电子所作的功：分别为K系吸收限频率和波长(1-15)微结构实验室9（1）光电效应（photoelectriceffect）称

7、为激发限波长，即具有该波长的X射线可以激发出来（从激发光电效应的角度）或称为吸收限波长（从X射线吸收的角度）荧光X射线可以应用在荧光光谱分析中，需要尽可能强的荧光X射线。而在一般的衍射中，荧光X射线增加衍射花样的背影，是有害因素。(1-17)(1-16)微结构实验室10（2）俄歇效应（Augereffect）原子中一个K层电子被击出后，L层一个电子跃入K层填补空位，此时多余的能量不以辐射光量子的形式放出，而是促使L层的另一个电子跳到原子外部，即K层的一个空位被L层的两个空位所代替，这个过程称为俄歇效

8、应。俄歇效应也是一种光电效应。俄歇二次电子的能量是元素固有的，等于(1-18)微结构实验室11（2）俄歇效应（Augereffect）从L层跳出来的点子称为KLⅠLⅡ俄歇电子（也是一种二次电子）是Auger在1925年发现的。俄歇电子能谱可作元素的成分分析。但是俄歇电子的能量很低，一般只有几百点子伏特，且平均自由程飞长短，只有几个Å。人们所呢个检测到的俄歇电子只来源于表面两三层原子，这个特点是俄歇电子能谱可进行表面两三个原子层厚的成分分析。微结构实验室12光电子、荧光