X射线物理基础 XRD-基础与原理教学PPT课件.ppt

* 三、X射线谱 X射线强度与波长的关系曲线， 称之X射线谱,图（a） 从X-ray管中发出的X射线可以 分为：连续X射线谱,图（b） 特征X射线谱,图（c） * 1、连续X射线谱 包含从某个短波极限开始的各种波长的X射线谱。 轫致辐射：高速电子骤然减速产生辐射 到达阳极的电子数目很多， 并且由于绝大多数电子都要经历多次碰撞产能到达阳极。因此撞向阳极的时间、条件各不相同。 (1)产生原理 电子动能转化为x-ray的能量也有多有少，从而导致产生的x-ray频率有大有小，形成不同波长的x-ray，构成连续的谱线。 * （2）短波极限λ0 极限情况下，电子将其在电场中加速获得的全部动能转移给一个光子，那么该光子获得最高能量和具有最短波长，即短波极限λ0 ?0 = hc / eU = 1.24/ U E＝eU E=hν最大＝hc/?0 短波极限λ0只与管电压有关，不受其它因素的影响。 * （3）连续X射线的总强度 连续X射线的总强度的经验公式：I连续=kiZUm 曲线包围面积 m≈2, K=(1.1-1.4)*10-9 * 2、特征X射线谱 特征谱线的波长不随X射线管的工作条件而变，只决定于阳极靶材 （1）特征X射线及其激发电压 特征X射线由若干互相分离且具有特定波长的谱线组成，其强度大大超过连续谱线的强度。 当管电压超过某临界值（激发电压）时，特征谱才会出现。当管电压增加时，连续谱和特征谱强度都增加，但特征谱对应的波长保持不变。 Vk—K系激发电压 * 莫色莱定律 1913～1914年莫塞莱发现物质发出的特征谱波长与它本身的原子序数间存在以下关系： 特征X射线谱的频率（或波长）只与阳极靶物质的原子结构有关，而与其他外界因素无关，是物质的固有特性。 莫塞莱定律的应用 是X射线光谱分析的基本依据 K、?：常数。 * 根本原因：阳极材料（靶材）原子的内层电子的跃迁。 K激发态：K层电子被击出K层，在K层产生一个空位的不稳定状态。 L激发、M激发态…… 电子壳层：K、L、M、N … 主量子数n：1 、2、3、4… 当管电压达到或超过临界电压值时，则阴极发出的电子在电场加速下，可以将靶物质原子深层的电子激发到能量较高的外壳层或击出原子外，使原子电离。此时原子处于激发态。 （2）特征X-ray产生机理 * 处于激发状态的原子有自发回到稳定状态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴随着原子能量的降低。原子从高能态变成低能态时，多出的能量以X射线形式辐射出来。 Kα：△E= EL - Ek K系标识谱： Kα、Kβ、 Kγ……等X射线 物质一定，原子结构一定，两特定能级间的能量差一定，故辐射出的特征X射波长一定。 Kβ：△E= EM - Ek Kγ：△E= EN - Ek * K系标识谱： Kα、Kβ、 Kγ……等X射线 L系标识谱： Lα、Lβ、 ……等X射线 M系标识谱： Mα、Mβ、 ……等X射线 …… 标识X射线谱 当L层电子填充K层后，原子由K激发状态变成L激发状态，此时更外层如M、N……层的电子将填充L层空位，产生L系辐射。 因此，当原子受到K激发时，除产生K系辐射外，还将伴生L、M……等系的辐射。 * IKα ＞IKβ 在X射线衍射分析中，一般选用Kα谱线作为X射线源 Kα射线与Kβ射线 一个Kβ光子的能量大于 一个Kα光子的能量； L层电子填充K层空位的几率大于M层电子填充K层空位的几率 * Kα谱线组成 LⅢ→K Kα1辐射 LⅡ→K Kα2辐射 LⅠ、K 无辐射 电子跃迁选择定则 △n≠0； △?=±1； △j=0或△j=±1。 L3 L2 LⅠ * Kα辐射 IλKα1：IλKα2≈ 2:1 λKα= λKα12/3+λKα2/3 在X射线衍射分析中，一般选用Kα谱线作为X射线源 * 一些常用的X射线K波长（nm） Element K? (weighted average) K?2 (strong) K?1 (very strong) K? (weak) Cr 0.229100 0.229361 0.228970 0.208487 Fe 0.193736 0.193998 0.193604 0.175661 Co 0.179026 0.179285 0.178897 0.162079 Cu 0.154184 0.154439 0.154056 0.139222 Mo 0.071073 0.071359 0.070930 0.063229 注：不同书上的值略有差异。 * 连续谱 高速运动的粒子能量转换成电磁波 连续X-ray谱特征:强度随波长连续变化 是衍射分析的背底（噪声