材料科学研究（第4版）课件：X射线的产生与性质.pptxVIP

X射线的产生与性质 材料研究方法 课程内容 一 X射线的发展史 X射线的产生 X射线的本质 X射线谱 二 三 四 一、X射线的发展史 1895年德国物理学家伦琴（W C Rontgen）发现X射线。几个月后，X射线就应用到医学领域和金属零件的内部探伤，产生了X射线透射学。 1912年德国物理学家劳埃（M V Laue）发现X射线在晶体中的衍射现象，建立了劳埃衍射方程组，产生了X射线衍射学。 1913年英国物理学家布拉格父子（W H Bragg和W L Bragg）首次利用X射线测定了NaCl和KCl的晶体结构，简化老埃方程组导出简单实用的布拉格方程。 一、X射线的发展史 X射线的发现，相继产生了： X射线透射学（硬：一般为0.005～0.01nm） X射线衍射学（软：一般为0.05～0.25nm） X射线光谱学 本书主要讨论X射线衍射学。 1913年，厄瓦尔德利用Gibbs的倒易空间的观念，提出倒易点阵概念，建立厄瓦尔德球（反射球）解释各种衍射现象。 1914年，莫塞莱建立莫塞莱方程，产生X射线光谱学. 二 、X射线的产生 组成：阴极、阳极、真空室、窗口和电源等。 阴极：又称灯丝，由钨丝制成，是电子的发射源。 阳极：又称靶材，一般由纯金属（Cu、Co、Mo等）制成，是X射 线的发射源。 二 、X射线的产生 真空室：真空度高达10－3Pa，其目的是保证阴阳极不受污染； 窗口：X射线从阳极靶材射出的地方，通常有两个或四个呈对称分布， 窗口材料一般为铍金属，目的是对X射线的吸收尽可能少。 电源：阴阳极间产生强电场，促使阴极发射电子。 过程：当两极电压高达数万伏时，电子从阴极发射，射向阳极靶材， 电子的运动受阻，与靶材作用后，电子的动能大部分转化为 热能散发，仅有1％左右的动能转化为X射线能，产生的X射 线通过铍窗口射出。 二 、X射线的产生 单电子-靶材碰撞：碰撞1次产生1个X光子hν1 碰撞2次产生2个X光子hν1+ hν2 碰撞3次产生3个X光子hν1+ hν2+ hν3 …………………… 多电子-靶材碰撞：产生系列波长的X射线 三 、X射线的本质 是一种电磁波，波长较长的X射线称为软X射线，波长较短的X射线称为硬X射线。 X射线具有以下性质 1．波粒二象性 注意点： 1）波粒二象性是X射线的客观属性，同时具有，不过在一定条件下，某种 属性表现得更加突出，如X射线的散射、干涉和衍射，就突出表现了X 射线的波动性；而X射线与物质的相互作用，交换能量，则突出表现了 它的微粒性。 2）X射线的磁场分量H在与物质的相互作用中效应很弱，故在本书的讨论 中仅考虑电场分量E。 2．不可见 波长在0.001～10nm 3．折射率1（无法成像，故无形貌分析） 4．穿透性强 5．杀伤作用 X射线具有以下性质 四、X射线谱 1、X射线谱 是指X射线的强度与波长的关系曲线。 2、X射线的强度 是指单位时间内通过单位面积的X光子的能量总和，它不仅与单个X光子的能量有关，还与光子的数量有关。 图2-4 Mo靶材的X射线谱 1) X射线连续谱 连续谱强度： 效率： 影响因素 2) X射线特征谱 莫塞莱定律: 特征峰强度： K系：m=1.5;L系：m=2 UC-特征谱的激发电压，m为指数（K系m=1.5，L系m=2）。在晶体衍射中，总希望获得以特征谱为主的单色光源，即尽可能高的I特/I连. 对K系谱线，在U=4UC时，I特/I连获得最大值，管压通常取(3~5)Uc。 2) X射线特征谱 特征峰产生机理： λKα2＞λKα1＞λKβ I Kα1≈2 I Kα2 I Kα≈（5～7）I Kβ 　 2) X射线特征谱