X-射线原理重点.pptVIP

第2章 X射线物理学基础 大事记： 1895年 伦琴 1912年 劳厄 （衍射现象） 1912年 布拉格父子（NaCl晶体结构） X射线衍射学 1912年德国物理学家劳厄发现了X射线在晶体上的衍射现象、从而证实X射线是光的一种，具有波动性；同时又证实了晶体结构的周期性。同年，英国物理学家布拉格父子用X射线衍射方法测定了NaCl晶体的结构，开创了晶体结构分析的历史。此后，用X射线衍射方法确定了数万种无机和有机晶体结构。除此之外，还提供了其它方面的应用。 X射线衍射图谱 多晶的X射线衍射 第2章 X射线物理学基础 §2-1 X射线的本质 电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列 γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波 X射线的波长 X射线的波长很短，与晶体的晶格常数同一数量级，称为纳米级。通常用 nm，或者 A0表示。 硬X射线：波长在0.25～0.05nm, 用于晶体结构分析。 短X射线: 波长在0.1～0.005nm, 用于金属部件无损探伤。 软X射线：波长较长, 用于医学透视分析。 X射线的波粒两相性 X射线强度的描述 电磁波的特性 X射线是电磁波，电磁波是一种横波，当波长一定的X射线沿X方向传播时，同时具有电场矢量E和磁场矢量H，这两个矢量以相同周相，在两个相互垂直的平面内（即y，z方向）作周期震动，且与x方向相垂直，传播速度等于光速。 §2-2 X射线的产生 陶瓷X射线管的构造图 X射线管的组成（三部分） 产生X射线具备的三个基本条件： (Ⅰ) 产生自由电子 (Ⅱ) 使电子作定向高速运动 (Ⅲ) 有障碍物使其突然减速 §2-3 X射线谱 一. 连续X射线谱：对X射线管施加不同的电压，测管发出的X射线的波长和强度，可得到它们的关系曲线。当管电压≤20kV时曲线呈连续变化。 短波限λo与管电压的关系 λo＝1.24/V(kV) λo ：nm V：kV 由式知，管电压越高，短波限越短。 如果管电压固定，改变管电流或者改变靶时λo不变。 二.特征X射线 特征X射线谱 特征X射线的能量 定义： K层电子被击出的过程叫K系激发。电子向K层跃迁引起的辐射叫K系辐射。 L层电子被击出的过程叫L系激发。电子向L层跃迁引起的辐射叫L系辐射。 M层电子被击出的过程叫M系激发。电子向M层跃迁引起的辐射叫M系辐射。 电子跃迁的能级数目 Kα线比Kβ线波长长而强度高的原因 Kα双线形成的原因 莫塞莱定律 公式表明：只要是同种原子，不论它所处的物理状态和化学状态如何，它发出的特征X射线均具有相同波长。 §2-4 X射线与物质的相互作用 一. X射线的散射 2. 非相干散射（Comptom 散射、Comptom-吴有训效应） 当X射线与原子的外层电子相碰撞时，这个电子将被撞离原运动方向，同时带走光子的一部分能量成为反冲电子。原X射线光子也因碰撞而失掉一部分能量，使得波长增加并偏离原运动方向。这种使电子或光子既改变方向又改变能量的散射叫非相干散射。 非相干散射在衍射谱中形成背底衬度。 二.X射线的吸收 强度为I0的入射X射线通过厚度为t的物质后强度改变为 吸收系数与X射线波长的关系 吸收系数与原子序数Z的关系 2. 二次特征辐射 光电效应：入射X射线的光电子与物质原子相互碰撞时产生的物理效应(光子激发原子所产生的激发和辐射)。 当入射X射线的光量子把物质原子的内层电子击出一个后，外层高能态电子要向内层空位处跃迁(高能态→低能态)，多余能量以光电效应的形式释放出来。即辐射出波长一定的特征X射线或荧光X射线。 3. 俄歇效应 光电效应与俄歇效应 (1) 光电效应—以X射线产生X射线的过程。 (2) 俄歇效应—以X射线产生X射线，但该射线不辐射出而是再激发其它电子的过程。 俄歇电子与荧光X射线在同一过程中产生，几率之和为一；轻元素易产生俄歇电子，重元素易产生荧光X射线 三. 吸收限的应用 滤色片的选择 选择原则：λKβ﹤λK滤﹤λKα Z滤= Z靶－1 （Z靶＜40) Z滤= Z靶－2 （Z靶＞40） 铜靶辐射在通过镍滤色片前后的强度比较 几种阳极靶的波长及滤波片 2.阳极靶的选择 为避免在试样上产生荧光辐射，造成较强的背底对衍射分析不利，选阳极靶时应遵循： §2-5 X射线的防护 人体过量接受X射线照射会引起局部组织损伤坏死或带来其它疾病，要注意安全防护。 重金属铅是最有效的隔离板。铅板、铅玻璃、铅橡皮工作服、铅玻璃眼镜等。 到与X射线有关的实验室时，一定要遵守操作规程。 第2章 X射线物理