第一章X射线01.ppt

2、同步辐射X射线源 第二节 倒点阵 第三节 X射线衍射几何条件 2、光电吸收（光电效应） 第一章　X射线衍射分析 当X射线与物质相互作用时，当一个具有足够能量的光子从原子内部击出一个电子，光子被完全吸收，使该电子成为具有一定能量的光电子，并使原子处于高能的激发态，这个过程称为光电吸收或光电效应。 激发态的原子处于不稳定状态，外层电子向内跃迁，以光子的形式向外辐射能量，产生标识X射线，我们称这种X射线激发出的标识X射线为荧光X射线—荧光X射线分析。 第一章　X射线衍射分析 俄歇（Auger，M.P.）在1925年发现，原子中K层的一个电子被打出后，它就处于K激发状态。如果一个L层电子来填充这个空位，释放出的能量，可能产生荧光X射线，也可能给予其它外层的电子，使其脱离原子，这样的电子称为俄歇电子。这种现象称俄歇效应。 每种原子的俄歇电子均具有一定的能量，测定俄歇电子的能量，即可确定该种原子的种类，所以，可以利用俄歇电子能谱作元素的成分分析。不过，俄歇电子的能量很低，一般为几百eV，其平均自由程非常短，人们能够检测到的只是表面两三个原子层发出的俄歇电子，因此，俄歇谱仪是研究物质表面微区成分的有力工具。 五、X射线的吸收及其应用 第一章　X射线衍射分析 1、强度衰减规律 实验证明，X射线透过物质时引起的强度衰减是按指数规律下降的。一束强度为I0的X射线束，通过厚度为x的物体后，强度被衰减为I。 I＝I0exp(-μ1x) (1-16) μ1- 线吸收系数，单位厚度的该物体对X射线的吸收。 （波长一定，吸收体一定， μ1为常数） μm- 质量吸收系数，只与X射线的波长和吸收体的原子 序数有关，与吸收体的密度无关。且μ1＝ μm? I＝I0exp(-μm?x) (1-17) 吸收体为多种元素组成的化合物、混合物、陶瓷、合金，则 μm=ω1μm1+ω2μm2+…ωiμmi ，其中ωi各元素的质量百分数 第一章　X射线衍射分析 实验证明，质量吸收系数μm与波长的三次方和元素的原子序数的三次方近似地成正比(λ3Z3)。因此，波长越短，原子序数越小，透射线越强。 实验证明， μm与X射线波长有类似下图的关系曲线，曲线的突变点处的波长又称为吸收限。 图1－12 质量吸收系数μm与波长λ的关系 可计算K系激发电压 第一章　X射线衍射分析 从荧光X射线的产生机理，可以解释图中的吸收突变。当入射波长非常短时，它能够打出K电子，形成K激发。但因其波长太短，K电子不易吸收这样的光子能量，因此衰减系数小。 随着波长的逐渐增加，K电子也越来越容易吸收这样的光子能量，因此衰减系数也逐渐增大，直到K吸收限波长为止。 如果入射X射线的波长比λK稍大一点，此时入射光子的能量已无法打出K电子，不产生K吸收。而对L层电子来说，入射光子的能量又过大，也不易被吸收，因此，入射X射线的波长比λK稍大一点时，衰减系数突然减小。同理，可以解释K吸收限至L吸收限之间曲线的变化规律。 2、X射线滤波片－吸收限的应用 第一章　X射线衍射分析 许多X射线工作要求应用单色X射线，一般选择Kα谱线。 （伴有Kβ谱线和连续光谱） Kα Kβ 滤波片原理图 滤波片的K吸收限波长 正好介于Kα和Kβ线的 波长之间 第一章　X射线衍射分析 图1-13滤波片的原理示意图 滤波片的选择规律：Z靶40, Z滤=Z靶-1 Z靶40, Z滤=Z靶-2 常见的滤波片见书P13 第一章　X射线衍射分析 问题： 如果用Cu靶X光管照相，错用了Fe滤波片，会出现什么现象？ 第一章　X射线衍射分析 思考与作业题 1.什么是连续谱，其产生机理是什么? 什么是短波极限? 2.什么是特征谱（标识谱），其产生机制? 特征谱的命名方法? 3.什么是K系激发电压? 4.什么是相干散射和光电效应？ 5.滤波片的作用原理？ 补充：点阵知识 晶态结构示意图 按周期性规律重复排列 非晶体结构 周期性结构的研究方法—点阵理论: 空间点阵的定义：组成晶体的粒子（原子、离子或分子）在三维空间中形成有规律的某种对称排列，如果我们用点来代表组成晶体的粒子，这些点的总体就称为空间点阵。点阵中的各个点，称为阵点。空间点阵是一种数学抽象。 晶体结构 点 阵 结构基元 + 石墨层 点阵 对于实际的三维晶体，将其恰当地划分成一个个完全等同的平行六面体，叫晶胞。它代表了晶体结构的基本重复单位。 Mn (简单立方) Li Na K Cr Mo (体心立方) 向量a、b、c的长度及其间的夹角