自动ｘ射线衍射仪实验技术手册

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1、BDX系列X射线衍射仪实验技术手册自动Ｘ射线衍射仪实验技术手册第一章Ｘ射线基础1.1概述1895年W.C.伦琴研究阴极射线管时，发现管子的对阴极能发出一种能穿透物质的肉眼看不见的射线。它的本质在当时是一个“未知数”，故称之为X射线。这是一项伟大的发现，当即在医学上获得非凡的应用—X射线透视术，并在科学技术上带来晶体学及其相关学科突破性的飞跃发展。由于它的重大意义和价值，后来人们又以它发现者的名字命名为伦琴射线。1912年M.Von劳埃以晶体为光栅发现了晶体的X射线衍射现象，肯定了X射线的电磁波性质（图1．1）。X射线是一种电磁辐射，它像可见光，但其波长比可见光短得多，图1.1电磁波谱介于紫外

2、线与γ射线之间。X射线的波长范围没有严格的界限，一般指10-2至102埃[注1埃（Angstrom）＝10－8cm]的范围。X射线的频率约为可见光的103倍，所以X光子比可见光的光子有大得多的能量，表现出明显的粒子性。由于X射线具有波长短，光子能量大的两个基本特性，所以，X射线光学（几何光学和物理光学）虽然和普通光学有着一样的理论基础，但两者有很大的区别；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。X射线作为电磁波，像可见光一样，能产生反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振和吸收等现象。但是，在普通实验条件下，观察不到反射。对于所有的介质，X射线的折射率n都很近于1（但小于1），不能被偏

3、折到任一有实际用处的程度，不可能像可见光那样用透镜成像；但X射线能产生全反射，不过掠射角极小，一般不超过20’～30’。由于n≈1，所以只有在极精密的工作中才需考虑折射率对X射线通过介质的影响。由于在物质的微观结构中，原子和分子的距离（1～10埃）正好落在X射线的波长范围内，物质（特别是晶体）对于波长介于原子、分子距离范围内的X射线的散射和衍射将能传递极为丰富的物质微观结构方面的信息，所以可以说，有关X射线光学的研究及其应用几乎都集中在X射线的散射和衍射现象上，X射线衍射是研究物质微观结构的主要方法。X射线通过物质时强度会变弱，在此过程中X射线与物质的相互作用是很复杂的：会引起各种效应，产生

4、各种复杂的物理、化学过程。例如，它可以使气体电离；65BDX系列X射线衍射仪实验技术手册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；对生物细胞组织，能引起生理效应，使新陈代谢发生变化以至造成辐射损伤。然而，就X射线与物质之间的物理作用而言，可以分为两类:入射线被介质电子散射的过程以及被原子吸收的过程。X射线散射的过程有两种，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，称为非相干散射或康普顿散射（康普顿效应），同时产生反冲电子（光电子）

5、。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，入射线的能量因而被转化而衰减。二次辐射又叫荧光X射线，是受激原子的特征X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，没有激发出光电子，它的能量只是转变为物质中的原子或电子的热振动能，以热的形式成为物质的内能。综上所述，X射线的主要物理性质及其穿过物质时的物理作用可以概括地用图1.2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发现了许多X射线的产生机制，但是目前最实用的有足够强度的X射线源还是采用伦琴当年获得X射线的方法:

6、用阴极射线（高速电子束）轰击对阴极（靶）的表面（图1.3）。这是现在各种各样专门用以发生X射线的X射线管的工作原理。图1.3X射线管的工作原理65BDX系列X射线衍射仪实验技术手册X射线管实质上是一只真空二极管，它有两个电极:作为阴极的发射电子的灯丝（钨丝）和作为阳极的接受电子轰击的靶（又称对阴极）。阳极是强制冷却的。供电部分至少包含有一个供灯丝加热的低压电源和给两极施加高电压的高压发生器。当灯丝被通电加热至高温（达2000℃），产生大量的热电子，在极间的高电压作用下电子被加速，热电子将以高速轰击到靶面上。高速的电子射到靶面上，运动受到突然的制止，其动能传递给靶面，这些能量的一部分将转变为辐

7、射能，以X射线的形式辐射出来。所以，这种机制产生的辐射又叫轫致辐射。但是，转变为X射线的能量只占轰击到靶面上的电子束的总能量极小的一部分。靶面发射的X射线总能量与电子束的能量的比率ε可以用下列的近似公式来表示:ε=1.1×10-9ZV（1.1）式中Z为靶材组成元素的原子序数，V为X射线管的极间电压（又称管电压），以伏特为单位。对于一只铜靶管，在30KV工作时，ε＝0.2%，而一只钨靶管在100KV下工作时，也