中国地质大学《材料研究方法》第3章：X射线的产生及X射线的性质1-2.pptVIP

（1）X射线的衰减规律 X射线穿过物体时强度的减弱（dI)与原始X射线的强度（I）和穿过物体的厚度（dx)成正比。即：dI＝－ μIdx 则： Ix=I0exp(- μx) I0——入射光的强度； Ix——透射光的强度; x——物质厚度(cm)； Ix/I0 ——透射系数; μ ——衰减系数（cm-1)。 由公式可知，X射线通过物质时，按指数规律迅速衰减。 * （2）吸收系数 a.线吸收系数 X射线强度的衰减是通过散射和吸收两种方式进行的。所以有： μ＝σ+τ， μ ——衰减系数;σ——散射系数；τ——吸收系数。由于散射很小，σ常被忽略，故： μ＝τ 因此， 以后通常将μ称为线吸收系数。 * 当x=1cm时， μ＝ln(I0/I1) 因此，线吸收系数μ的定义为：沿穿越方向单位长度（1cm）时X射线强度衰减的程度。 b.质量吸收系数 由于吸收系数μ随物质的密度而变化，为此引入质量吸收系数。令： μm= μ/ρ μm——质量吸收系数; ρ为物质的密度(g/cm3)。 因此， μm的定义为：X射线通过质量为1克的物质时的衰减程度。 μ m不随物质的密度而变化，故在实验室常被采用。 μ m也是对一定元素及一定波长的X射线为常数。 质量衰减规律变为：Ix=I0exp(- μm ρx) * c.复杂物质的质量吸收系数 当物质不是单一元素，而是由两种以上元素组成的复杂物质（化合物、固溶体或机械混合物等）时，其吸收由所照射物质原子本身的性质决定，而与原子间的结合方式无关。其质量吸收系数如下计算： μm＝W1 μm1+W2 μm2+ W3 μm3+… W1，2，3， …——各种成分的质量分数; μm1，2，3， …——各种成分的质量吸收系数。 * （3）质量吸收系数与波长λ及原子序数Z的关系 一般来说，当吸收物质一定时，X射线的波长愈长愈容易被吸收；当波长一定时，吸收体的原子序数愈高，X射线被吸收的愈多。实验表明，μm与波长（λ）、原子序数（Z）之间的关系如下： μm = K λ3 Z3 K为常数，在不同的吸收限区间，k为恒定的值。如当λλk时（ λk为K吸收限），K＝0.007，当λλK时，K＝0.0009。 * 由于K值不同，因此， μm呈台阶状跳跃。 Pt（Z＝78）的μm随入射X射线波长的变化 （1） 元素恒定，即原子核外电子的结合能恒定。 当λ入↘ ，则E入↗ ，当E入＝ EL时，则E入全部被电子吸收，产生光电效应和荧光辐射。表现为μm 突然↑ 。当λ入继续 ↘， E入↗ ，但不足以激发K层电子，则激发L层发生的光电效应和荧光辐射吸收的能量E吸不变，因此，相对地衰减↘ ，表现为吸收系数↘。当λ入继续↘ ， E入↗ ，到E入＝ EK时，同理。 * μm = K λ3 Z3 对CuKα(λ=1.54178?）的μm随原子序数的变化 （2） λ恒定，即E入恒定。当Z ↘ ，原子核外电子的结合能E ↘ 。 当EZ1L=E入，同上可知μm 突然↑，当Z 继续↘ ，原子核外电子的结合能EZnL↘， 因此E入EZnL ，而同时E入EZmK时，激发L层的光电效应所需的能量↘,即X射线的衰减减弱，则μm ↘ ；当EZmK ＝ E入，光电效应增强，K系被激发， μm 突然↑。 * μm = K λ3 Z3 * 当沿同一方向的两条光路上存在μm = k λ3 Z3不同的两种物质时， μm和I均不相同。由此可进行生物体透视和工业生产中产品探伤研究。 （4）X射线吸收效应的应用 （1）吸收限的应用 a.靶材的选择 在晶体X射线结构分析时，要求入射X射线尽可能减少激发试样荧光辐射，以降低衍射背底，使衍射图像或曲线清晰。因此，入射X射线的波长应略长于试样的吸收限λk。换言之，就是要求靶材的原子序数比试样的原子序数稍小或者大很多。这样，产生的入射X射线通过试样时不产生荧光辐射或荧光辐射影响很小，相对衍射背底也低的多，图像清晰。 * 靶材的选择： Z靶≤ Z样+1 或Z靶? Z样。 如果试样中含有多种元素，应在含量较多的几种元素中以原子序数最轻的元素来选择靶材。 注意：这种选择靶材的方法仅从减少荧光辐射的的方面考虑。实际中，靶材选择还要考虑其它因素。 * * 常用的靶有Cu、Cr、Fe、Co、Mo、Ag，其中Cu靶用的最多，Cu的Kα波长为中等程度，对一般材料均是合适的波长。但对以下材料:Fe(26)、Co(27)、Ni(28),在CuKa射线照射下，吸收比较大，即产生较多的荧光散射，因此对于含大量这些元素的物质，衍射效果不好。 解决方法：换FeKa,波长1.9374A。 b.滤波片 K系特征谱线有两个：Kα、K