X射线相互作用PPT.pptVIP

第二章：X射线与物质的相互作用 ;1.概述;2.X射线的相干散射; 1)自由电子的相干散射 电子在入射X射线的交变电场作用下作受迫振动，成为具有交变电矩的电偶极子。 电偶极子辐射出次级辐射，即是散射X射线。 电子受迫振动的频率与入射波的振动频率一致（不考虑阻尼），故散射波的频率与入射波一致，也即散射波的波长与入射波相同。即相干散射，对入射X射线（原级）来说，这种散射只是改变方向而波长不变的一种次级辐射。;由电动力学，一个电子作加速运动时，电磁辐射为 式中 为辐射方向，R为观察点与电子之间的距离， ;式中负号表示在入射波前进方向上，散射波与入射波位相差180度，散射波的强度为 为电子经典半径， ;图6 单个电子的X射线相干散射;(2)入射波为非偏振情况 令入射方向为 ，P为观察点，散射方向 与 确定的平面为散射面 ,令散射方向与入射方向夹角为θ。 可将任一偏振方向的 的入射波，分解为 、 ;分别计算它们的散射波电场 、 ，然后矢量相加求出散射波总的电场及散射强度。计算可得散射波强度为 （2.4） ;如入射X射线为完全非偏振光（例X射线管发射的X射线），则 对求平均，得 （2.5） 式中 是偏振因子 由入射波的偏振情况确定。偏振情况不同时，偏振因子相应变化。; 2）单个原子的X射线相干散射 原子对X射线的散射，主要由电子贡献，原子核的作用一般情况下是微不足道的，因为散射波强度与带电粒子的质量平方成反比。 设原子半径为a，电子分布在这球体中，入射X射线波长为λ，原子散射波强度为 。; ⑴ 长波 原子内不同处的电子的散射波到达远处的观察点P时没有显著的位相差。 ; ⑵ 短波 λ～ 这时原子内各处电子发出的散射波有很大的位相差， 散射波的强度由相互间干涉来决定。 结构分析中常用的X射线波长λ～à，正是这种情况 定义 原子结构因子（原子散射因子） 一个原子相干散射波的振幅（电场强度） 一个电子相干散射波的振幅（电场强度）; 计算可得出 式中 为原子中径向电子密度分布函数， 为电子波函数。 ，散射角为2θ f 与Z，?，?有关 各元素原子、离子的结构因子可查 International Tables for X-ray crystallography;f;;4）介质的X射线光学特性 界面的反射、折射、全反射 原子→电偶极子→ 可以得出折射率n为 式中N为单位体积内的电子数，ω为X射线频率，在X射线频率的范围内δ的数值为 。 由光学在界面上的折射、反射的菲涅耳公式，在掠入射角为大角度时，X射线在界面的反射率是很小的，可以忽略不计，折射引起的角度变化也很小，一般情况可以不考虑。;; 但当X射线从真空（空气）以小角度掠入射至介质，当掠入射角小于临界角将发生全反射。由折射定律， ; 当 ?1? 0 时， ?2更快地趋近于0。当 时，即折射光束消失，发生全反射。此时的掠入射角 为全反射临界角 对X射线， 的数值为mrad量级，它随X射线波长（频率）与介质的电子密度变化。;X射线全反射的重要应用 X射线反射镜 用于改变X射线方向、聚焦、滤去高能X射线 X射线“透镜