X射线与物质相互作用课件.ppt

（4）其它应用： X光机对机场、车站对旅客行李的安全检查； 检验集成电路板质量； 墙壁厚度测量； 测量尺寸的复杂变化； 透视复杂物体的内部结构； 辅助设计和生产； 产生组件缺陷位置的影像； 用特征X射线可对材料的元素成分做出分析，在考古、材料研究等方面有重要应用。 X光下的世界 X射线衍射 成分分析 无损检测 1.1.5 X射线与物质的相互作用 X 射 线 原子或离子中的电子——受迫振动。 振动着的电子成为次生X射线的波源，向外辐射与入射 X 射线同频率的电磁波，称为散射波。 一）、相干散射：由于入射线与散射线的波长与频率一致，位相固定，各散射波之间以及与入射波可以发生干涉，故称相干散射（弹性散射）。 干涉的结果：散射波在某些方向上相互加强，在另一些方向上相互减弱或抵消。 －晶体中发生衍射的基础 相干散射并不损失x-ray能量，而只是改变了它的传播方向，但对入射线方向来说，却起了强度衰减的作用。 一、X射线的散射 二）、非相干散射 1、概念 电子被撞出原来的轨道，成为反冲电子，而入射X射线被撞偏方向，在θ角度上形成散射X射线。 由于反冲电子消耗一定的能量（变为动能），故散射X射线的能量要比入射X射线低，其波长变大，频率变小，从而使散射波与入射波之间不存在固定的位相关系，因此不能产生任何干涉效应。 所以，这种散射被称为非相干散射。也称为康普顿—吴有训散射，或康普顿—吴有训效应 ，或量子散射。 2、非相干散射的特征 ①波长变化 设散射波的波长为λ，入射波的波长为λ，则λ＞λ，其增量为： △λ＝λ－λ≈0.00243（1－cos2θ） nm 式中，2θ是散射波与入射波之间的夹角，称为散射角。 可见：△λ随散射角2θ而变化。 ②非相干散射波分布在各个方向上，强度很低，且随sin2θ/λ的增加而增大。 ③非相干散射不能参与衍射，也无法避免，通常，它在衍射图形上形成连续的背底，会给分析带来困难。 二、X射线的吸收 物质对x-ray的吸收，指的是x-ray能量在通过物质时转变为其它形式的能量，对x-ray而言，也就是发生了能量损耗。物质对x-ray的吸收主要是由原子内部的电子跃迁而引起的。 发生x-ray的光电效应和俄歇效应，使x-ray的部分能量转变成为光电子、荧光x-ray及俄歇电子的能量，故x-ray的强度被衰减。 当入射X射线光子的能量足够大时，(hν明显超过原子的芯电子束缚能Eb)，将使原子中的内层电子被击出，使原子处于激发态。随后，原子中的外层电子将跃迁到内层电子空位上，同时辐射出特征X射线(辐射跃迁)。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ° ?光电子 hν 特征X射线 二次特征X射线， 荧光X射线 1）光电效应与荧光(二次特征)辐射 光电效应——吸收限的产生机制 x-ray与物质相互作用可以看作是x-ray光子和物质中的原子相互碰撞，光子与原子的碰撞很像前面讲过的电子与阳极靶的原子碰撞产生标识x-ray谱的情况。当x-ray波长足够短时，其光子的能量就很大，以至能把原子中处于某一能级上的电子打出来使原子处于高能激发态，内层出现空位，外层电子往此空位跃迁，产生标识x-ray。光电效应这种以光子激发原子所发生的激发和辐射过程称为光电效应，被击出的电子称为光电子，所辐射出的次级标识x-ray（由x-ray激发出的x-ray）称为荧光x-ray（二次标识x-ray）。一次的特征x-ray的一部分能量转变为所照射物质的二次特征辐射，表现为物质对入射x-ray的吸收，这一吸收非常强烈。 2）俄歇效应 定义：光子与物质中原子相撞，使原子处于激发状态，当外层电子跃入内层空位时，其多余的能量不以x-ray形式放出（荧光x-ray），而是传递给其它外层的电子，使之脱离原子。 ——俄歇效应。 例：俄歇电子KL2L2 K层电子被击出，L2层电子跳入K层空位，多余能量传递L2、L3、M层电子，使其脱离原子（形成二次电子）。这种二次电子称俄歇电子，上述K层一个空位被L层二个空位所代替，这个过程称俄歇效应（无辐射跃迁过程）。 俄歇效应 ?光电子 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ° ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ° ° 俄歇电子? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ° ° 俄歇电子? KL1L1 LM1M