X射线衍射应用.docVIP

X射线衍射应用 （ 刘倩 摘要：X射线的特征，衍射的基本原理，X射线衍射实验。 关键词：X射线，衍射，电磁波，穿透力，医学应用。 X射线是波长很短的一种电磁波，因此能产生干涉、衍射现象。X射线用来帮助人们进行医学诊断和治疗；用于工业上的非破坏性材料的检查；在基础科学和应用科学领域内，被广泛用于晶体结构分析，及通过X射线光谱和X射线吸收进行化学分析和原子结构的研究。 1．X射线 X射线特征： 定义：由高速电子撞击物质的原子所产生的电磁波。 产生：实验室中X射线由X射线管产生，X射线管是具有阴极和阳极的真空管，阴极用钨丝制成，通电后可发射热电子，阳极（就称靶极）用高熔点金属制成（一般用钨，用于晶体结构分析的X射线管还可用铁、铜、镍等材料）。用几万伏至几十万伏的高压加速电子，电子束轰击靶极，X射线从靶极发出。 特点：波长非常短，频率很高。其波长约为（20～0.06）×10-8厘米之间。因此X射线必定是由于原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的。所以X射线光谱是原子中最靠内层的电子跃迁时发出来的，而光学光谱则是外层的电子跃迁时发射出来的。 X射线在电场磁场中不偏转。这说明X射线是不带电的粒子流，因此能产生干涉、衍射现象　X射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应，波长越短的X射线能量越大，叫做硬X射线，波长长的X射线能量较低，称为软X射线。当在真空中，高速运动的电子轰击金属靶时，靶就放出X射线，这就是X射线管的结构原理。 X射线照射的图片： x射线下的日常生活 x射线下的人体艺术 伦琴拍摄的第一张X线片 2.衍射的基本原理 衍射的概念 ? X射线照射晶体，电子受迫振动产生相干散射； ? 同一原子内各电子散射波相互干涉形成原子散射波； ? 晶体内原子呈周期排列，因而各原子散射波间也存在固定的位相关系而产生干涉作用，在某些方向上发生相长干涉，即形成衍射。 衍射的本质：晶体中各原子相干散射波叠加的结果 衍射波包含两面个基本特征： ? 衍射方向 ? 衍射强度 与晶体结构有关 布拉格方程 1.布拉格实验 实验装置如图所示 ? C为样品； ? 入射线以掠射角或布拉格角q照射样品； ? 满足反射定律的方向设置反射线接收装置； ? X射线照射样品过程中，记录装置与样品台以2：1的角速度同步转动，以保证记录装置始终处于反射线位置上。 试验结果表明，即仅在特定的角度才有反射线，X射线的反射具有选择性，即“选择反射”。 d = PM2 + M2Q = 2dsinq 干涉相互加强的条件为 d = nl， 即2dsinq = nl (2-1) 式中，n — 任意整数，反射级数。 d —（hkl）晶面面间距 q — Bragg角 l — X射线波长 式（2-1）称为布拉格方程。 3.X射线衍射应用 ①X射线衍射在金属学中的应用 X射线衍射现象发现后，很快被用于研究金属和合金的晶体结构，出现了许多具有重大意义的结果。如韦斯特格伦（A.Westgren）(1922年)证明α、β和δ铁都是立方结构，β-Fe并不是一种新相;而铁中的α─→γ转变实质上是由体心立方晶体转变为面心立方晶体，从而最终否定了β-Fe硬化理论。随后,在用X射线测定众多金属和合金的晶体结构的同时，在相图测定以及在固态相变和范性形变研究等领域中均取得了丰硕的成果。如对超点阵结构的发现，推动了对合金中有序无序转变的研究，对马氏体相变晶体学的测定，确定了马氏体和奥氏体的取向关系；对铝铜合金脱溶的研究等等。目前 X射线衍射(包括散射)已经成为研究晶体物质和某些非晶态物质微观结构的有效方法。在金属中的主要应用有以下方面。 物相分析 　　物相分析 是 X射线衍射在金属中用得最多的方面，分定性分析和定量分析。前者把对材料测得的点阵平面间距及衍射强度与标准物相的衍射数据相比较，确定材料中存在的物相；后者则根据衍射花样的强度，确定材料中各相的含量。在研究性能和各相含量的关系和检查材料的成分配比及随后的处理规程是否合理等方面都得到广泛应用。 精密测定点阵参数 　　精密测定点阵参数 常用于相图的固态溶解度曲线的测定。溶解度的变化往往引起点阵常数的变化；当达到溶解限后，溶质的继续增加引起新相的析出，不再引起点阵常数的变化。这个转折点即为溶解限。另外点阵常数的精密测定可得到单位晶胞原子数，从而确定固溶体类型；还可以计算出密度、膨胀系数等有用的物理常数。 ②X射线衍射在医学上的应用 X-射线粉末衍射技术 X-射线粉末衍射技术的原理 X-射线