x射线衍射分析-1.ppt

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1、X射线衍射分析-1Page1第一章X射线物理学基础目录什么是X射线？X射线的产生X射线的性质21.什么是X射线？X射线的本质X射线和可见光一样，都显示波粒二象性，故两者的本质是相同的，都会产生干涉、衍射、吸收和光电效应等现象，两者的主要差别于波长不同。X射线是由高能量粒子轰击原子所产生的电磁辐射，电磁辐射的辐射能是由光子传输的，而光子所取的路径是由波动场引导。X射线这种波、粒二象性，可随不同的实验条件表现出来。显示其波动性有：以光速直线传播、反射、折射、衍射、偏振和相干散射；显示其微粒性有：光电吸收、非相干散射、气体电离和产生闪光等。3X射线的波长

2、范围X射线是一种波长较短的电磁辐射：波长0.01~10nm；能量：124keV-0.124keV其短波段与γ射线长波段相重叠，其长波段则与真空紫外的短波段相重叠。g-raysX-raysUVVisual0.0010.010.11.010.0100200nm4X射线的能量量子理论将X射线看成由一种量子或光子组成的粒子流，每个光子具有的能量为：(依据X射线的波长即可计算出其能量)公式MgKCaKFeKPbLE(keV)1.2533.697.05710.55(nm)=1.24/E(nm)0.98950.33600.17570.117552.X

3、射线的产生X射线是由高能量粒子（电子）轰击原子所产生的电磁辐射，包括：连续谱(或韧致辐射)特征X射线6X光管示意图7连续谱(或韧致辐射)：高速电子在阳极原子核场中运动受阻，能量迅速损失而产生宽带连续X射线谱。特征X射线：当化学元素受高能光子或粒子照射，如内层电子被激发，将产生空穴，当外层电子跃迁时，就会放射出特征X射线。8Cu靶产生的X射线谱93.连续谱的特征(1)为什么会出现连续X射线谱呢？我们假设管电流强度为10mA，即0.01C/s，电子电荷为1.6X10-19C，则一秒钟时间内到达阳极靶上的电子数目为n=0.01/1.6X10-19=6.2

4、5X1016这么大数目的电子到达靶上的时间和条件不会相同，并且大多数电子要经过多次碰撞，能量逐步损失掉，故出现连续变化的波长谱。10每一连续光谱强度分布曲线都存在着短波限0，0的大小仅取决于X光管内电子加速电压V，与所加电流i和靶材（原子序数Z）无关。最短波长0，其数值0(nm)=1.24/V(kV)11(2)为什么会出现短波限0？对于能量为eV的电子与原子碰撞产生相应频率的X射线光子，由于所产生的光子的能量至多等于那个碰撞电子的能量eV，即光子能量hν永远小于或等于eV，即hνmax=eV,而我们知道νmax=c/λmin，所以λmin

5、=hc/eV（3-1）此时所产生的X射线光子具有最高的能量，最大的频率和最短的波长，λmin即为X射线谱的下限波长0若V以kV为单位，λmin以nm为单位，λmin=hc/eV=(6.625×10-34×2.998×108)/(1.602×10-9×1000V)=1.24(nm)/V(kV)12(3)连续谱的强度变化强烈的受X射线管的加速电压V的影响，当V升高时，其积分强度迅速增大。但均存在最强谱线λmax，λo和λmax具有近似的关系：λmax≈3/2λoλo和λmax取决于加速电压、阳极材料的原子序数和电压波形。连续谱的总强度与电压的平方和阳

6、极材料的原子序数成正比。13连续谱与电流、电压和靶材的关系143.特征X射线的产生1920年，W.Kossel首次正确的提出了依照波尔（Bohr）的电子能级理论对X射线光谱的合理解释：一个原子内的所有电子是分布在K,L,M,N(对应于n=1,2,3,4,…）等若干个壳层里面。该理论推测：相邻壳层间的能量差随着主量子数n的减小而增加，而且从n=2到n=1的电子跃迁会导致非常强烈的辐射（短波长）；相反，外层电子跃迁（例如，从n=5到n=4）就弱得多（长波长).15X光是由内层电子跃迁产生的,若要发生这种内壳层电子跃迁则必须要求一个电子空位的产生，也就是

7、说电子必须从如K壳层的轨道位置上被移开。这样一个空位在X光管中是很容易产生的：一束由被加热的细丝状阴极材料发出的电子流，在经过数千伏的加速电压投射以后，打在作为阳极的靶上。这些发生了碰撞的电子将会传递一部分的自身能量到靶材料当中，并且导致电子激化。16如果入射电子的能量足够高的话，他们就会将靶材料中的原子K壳层电子打出，因而产生一个空位。(需要明确的是，K到L的激发是不可能发生的，因为L壳层已被占据：激发必须是从n=1到n=∞。)只要空位一旦产生，它可以被该原子L或M壳层上的电子填充。这样的内部电子跃迁就导致产生了短波长的，具有高“穿透”能的“特征

8、”X射线。(因为电子流用于产生X射线，所以X光管必须是真空的——用于分散到达标靶的能量流量，而且靶的阳极支持材料是由循环水