[工学]材料分析方法第一章.ppt

材料：你们最关心的是什么？性能：你认为与哪些因素有关？结构：有哪些检测分析技术？ 衍射分析技术的发展 与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单 产生机理 能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为hv的光子，这样的光子流即为X射线。单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱。 短波限 连续X射线谱在短波方向有一个波长极限，称为短波限λ0.它是由光子一次碰撞就耗尽能量所产生的X射线。它只与管电压有关，不受其它因素的影响。 相互关系为： 式中e——电子电荷，等于 静电单位； V——电子通过两极时的电压降（静电单位）； h——普朗克常数，等于 X射线的强度 X射线的强度是指行垂直X射线传播方向的单位面积上在单位时间内所通过的光子数目的能量总和。 常用的单位是J/cm2.s. X射线的强度I是由光子能量hv和它的数目n两个因素决定的,即I=nhv.连续X射线强度最大值在1.5λ0,而不在λ0处。 连续X射线谱中每条曲线下的面积表示连续X射线的总强度。也是阳极靶发射出的X射线的总能量。图1-7 实验证明，I与管电流、管电压、阳极靶的原子序数存在如下关系： 且X射线管的效率为: 小结 莫塞莱定律 标识X射线谱的频率和波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，是物质的固有特性。且存在如下关系： 莫塞莱定律：标识X射线谱的波长λ与原子序数Z关系为： 光电效应小结 小结 X射线的衰减小结 总结 本章主要讲述三个问题: 1.X射线的性质,本质和X射线的产生 2.X射线谱---连续谱,特征谱 3.X射线与物质的相互作用 总结 关于X射线的性质,本质和X射线的产生 1.了解X射线有哪些性质! 2.X射线的本质是电磁波,具有波粒二相性. 3.X射线的产生定义:高速运动的粒子遇阻嘎然停止,其能量可以X射线形式释放. 4.X射线管结构与工作原理 总结 关于X射线谱---连续谱,特征谱 1.连续谱产生机理的二种解释(经典,量子),什么是短波限? 2.特征谱产生机制?特征谱的命名方法, 什么是临界电压?什么是激发电压?什么是激发限? 总结 关于X射线与物质的相互作用 1.宏观效应----X射线强度衰减 2.微观机制----X射线被散射,吸收 (1)散射---相干散射,康谱顿散射 (2)吸收---产生光电子,二次荧光,俄歇电子 (3)什么是吸收限?如何选择滤波片,靶? 由图7可见，Kα1线要比Kβ线的强度大5倍左右，这是因为电子由L→K层跃迁的几率比由M→ K层跃迁的几率大5倍左右。 由于同一壳层还有精细结构，其能量差固定，所以同一壳层上的电子并不处于同一能量状态，而分属于若干个亚能级。如L层8个电子分届于LⅠ，LⅡ，LⅢ三个亚能级，M层的18个电子分属五个亚能级等。不同亚能级上电子跃迁会引起特征波长的微小差别。实验证明，Kα是由LⅢ上的4个电子和LⅡ上的3个电子向K壳层跃迁时辐射出来的两根谱线(称为Kα1 和K α2 双线)组成的，如图7所示。又由于LⅢ→K跃迁几率较LⅡ →K的大一倍，所以组成Kα的两条线的强度比为 衍射分析采用 是衍射分析的背底; 是医学采用的 仅在特定波长处有特别强的强度峰 谱图特征:强度随波长连续变化 高能级电子回跳到低能级多余能量转换成电磁波 特征谱 (硬X射线) 高速运动的粒子能量转换成电磁波 连续谱 (软X射线) 第四节 X射线与物质的相互作用 一束X射线通过物质时，它的能量可分为三部分： (1)一部分被散射; (2)一部分被吸收; (3)一部分透过物质继续沿原来的方向传播。透过物质后的射线束由于放射和吸收的影响，强度被衰减。 一、X射线的散射： X射线被物质散射时，产生两种散射现象： 即相干散射和非相干散射。 1．相干散射 物质对X射线的散射主要是物质中的电子与X射线的相互作用。 电子在x射线电场的作用下，产生强迫振动。每个受迫振动的电子便成为新的电磁波源向空间各个方向辐射电磁波。 如果散射波的波长和频率与入射波相同，这些新的散射波之间可以发生干涉作用，这种散射现象称为相干散射。相干散射是x射线在晶体中产生衍射现象的基础。 相干散射并不损失X射线的能量，而只是改变了它的传播方向。但对入射线方向来说，却起到了强度衰减的作用。汤普逊根据经典物理学理论导出了物质的质量散射系数公式： e和m——分别为电子电荷和电子