《材料现代研究方法》教学课件：x射线衍射.ppt

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1、X射线的衍射分析原理德国物理学家伦琴M.K.RÖntgen(1845-1923)伦琴是德国维尔茨堡大学校长，第一届诺贝尔奖获得者。1895年他发现一种穿透力很强的一种射线。后来很快在医学上得到应用，也引起各方面重视。一.X射线的产生与性质W.C.1895年伦琴(Rontgen..(发现X射线。一.X射线的产生与性质W.C.1895年伦琴(Rontgen..(发现X射线。X射线是波长很短的电磁波。一.X射线的产生与性质W.C.1895年伦琴(Rontgen..(发现X射线。X射线是波长很短的电磁波。X射线的波长：0.00

2、1100nm~一.X射线的产生与性质W.C.1895年伦琴(Rontgen..(发现X射线。X射线是波长很短的电磁波。X射线的波长：0.001100nm~X射线管+一.X射线的产生与性质W.C.1895年伦琴(Rontgen..(发现X射线。X射线是波长很短的电磁波。X射线的波长：0.0010.01nm~X射线管阴极+一.X射线的产生与性质W.C.一.X射线的产生与性质1895年伦琴(Rontgen..(发现X射线。X射线是波长很短的电磁波。X射线的波长：0.0010.01nm~X射线管阳极（对阴极）阴极+W.C.18

3、95年伦琴(Rontgen..(发现X射线。X射线是波长很短的电磁波。X射线的波长：0.0010.01nm~X射线管阳极（对阴极）阴极104~105V+一.X射线的产生与性质抽真空容器，阴极K，阳极A，也叫对阴极，由金属(铜,钼,钨)制成，K、A间加高压。工作过程：X射线是由阴极加发射出(热)电子，经高速电压加速，获得能量，运动速度很大，这种高速电子去撞击阳极A，而发射出X射线。A---K间加几万伏高压，加速阴极发射的热电子。1.X射线产生机制一种是由于高能电子打到靶上后，电子受原子核电场的作用而速度骤减，电子的动能转

4、换成辐射能----X光谱连续。其次是高能电子将原子内层的电子激发出来，当回到基态时，辐射出X射线，光谱不连续。2.X射线性质：1.X射线在磁场或电场中不发生偏转，是一种电磁波。2.X射线穿透力很强，波长很短。二.X射线谱由X射线管发出的X射线，其波长并不相同。X射线管中发射出的X射线有两种不同的波谱，其中强度随波长连续变化的部分称为连续谱，它和白光相似，是多种波长的混合体，也被称为白色X射线。叠加在连续谱上面的是强度很高的具有一定波长的X射线，称为特征谱，它和单色光相似，也被称为单色X射线。(一)连续谱在各种不同的管压

5、下，连续谱都有一强度最大值，并在短波方面有一波长极限。随X射线管电压的升高，各种波长的X射线的强度一致升高，最大强度对应的波长变短，与此同时波谱变宽。即管压既影响连续谱的强度，也影响其波长范围。一般来说，当用钨阳极（Z=74），管压为100kV时，X射线管发射连续X射线的效率约为1%。电子能量的绝大部分在与阳极撞击时生成热能而损失掉，因此必须设法强烈地冷却阳极。为了提高X射线管发射X射线的效率，常选用重金属靶并施以高电压。(二)特征谱当管压增高到某一临界值Uk时，则在连续谱的某些特定波长上出现一些强度很高的锐峰，它们构

6、成了X射线特征谱。刚好激发特征谱的临界管压称为激发电压。特征谱的波长不受管压与管流的影响，只决定于阳极靶材的原子序数。对一定材料的阳极靶，产生的特征谱的波长是固定的，此波长可以作为阳极靶材的标志或特征，故称为特征谱或标志谱。原子内层电子造成空位是产生特征辐射的前提，激发出靶材原子内层电子的必要条件是由阴极射来的电子的动能必须大于（至少等于）内层电子与原子核的结合能。只有受电场加速的电子的动能足够大时，才能将靶材原子的内层电子击出，才能产生特征X射线。阳极靶材的原子序数越大，所需临界激发电压也越高。三.X射线与物质的相互

7、作用X射线与物质相互作用时，会产生各种不同的复杂过程。但就其能量转换而言，一束X射线通过物质时，它的能量可分为三部分：其中一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过物质连续沿原来方向传播。(一).X射线的散射X射线被物质散射时，产生两种散射，即相干散射和非相干散射。1.相干散射物质对X射线的散射主要是物质中的电子与X射线的交互作用。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的各个方向辐射电磁波。如果散射波的波长和频率与入射波相同，这些新的散射波之间可以发生干涉作用，因此把这种散射称为

8、相干散射。相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础。2.非相干散射当X射线光子与原子中受束缚力弱的电子（如原子中的外层电子）发生碰撞时，电子被撞离原子并带走光子的一部分能量而成为反冲电子。因损失能量而波长变长的光子也被撞偏了一个角度2θ。这种散射称为非相干散射，非相干散射突出地表现出X射线的微粒特性。(二).X射线的真吸收物质对