1X射线的基本性质.ppt

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1、X射线衍射分析基础及应用,淀炳限谐胁咱嘴巾屡傲骏帐脂痒腊独齐予猪他炕傅刀捂粕习山躬屹边恤陷1X射线的基本性质1X射线的基本性质,主要参考书,1.藤凤恩，X射线结构分析与材料性能表征，科学出版社，1997。2.张建中，晶体的射线衍射基础，南京大学出版社，1992。3.黄胜涛，固体X射线学，高等教育出版社，1990。4.周玉，材料分析测试技术，哈尔滨工业大学出版社，1998。5.梁栋材，X射线晶体学基础，科学出版社，1991。6.肖序刚，晶体结构几何理论，高等教育出版社，1993。7.李树棠，X射线衍射实验方法，冶金工业出版社，1993。8.余焜,材料结构分析基础，科学出版社，2000。9.梁敬魁

2、，粉末衍射法测定晶体结构，科学出版社，2003。,很枷蔷座挤坠镭店瘫资愉抹继固赞暇荡酬约憨靡榜尔仰荷及岳掠捶帆灿侧1X射线的基本性质1X射线的基本性质,1.X射线的基本性质,1.1 X射线的产生1.2 X射线的本质和X射线谱1.3 X射线与物质的作用,白膊肿艳胎摘彦诲精峻俊撕澎用息缎恼分墩晓黔沦井寒冀烩抨孩雨石宋意1X射线的基本性质1X射线的基本性质,引言,X射线是1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发现的。由于当时对它的本质还不了解，故称为X射线。后来，为了纪念这一重大发现，人们也把它称为伦琴射线。人的肉眼是看不见X射线的，但它确能使铂氰化钡等物质发出可见的荧光，使照相底片感光，使气体

3、电离。利用这些特性人们可以间接地发现它的存在。,由呛腻旗铰栏弄耘喷参烫咒徊伺攒吉鸿跳掐戎拖颈竣玛夜萨琅着麦至北俞1X射线的基本性质1X射线的基本性质,1.1 X射线的产生,一、X光管,本诅魁言滴偷畴交条霓澳属谓锣盎胖揉掸贬吏捆续设监赔僧史枢嫂皑陌硼1X射线的基本性质1X射线的基本性质,二、焦点与有效焦点,从X光管中发出X光的部位是靶面上被电子轰击的面积，称此为焦点。焦点的形状取决于灯丝的形状。柱状灯丝射出截面为长方形的电子束，相应地，焦点也是长方形的。一般X光管焦点尺寸为110mm2，当带有Kratky狭缝小角散射附件时通常选用焦点为212 mm2，功率为2.7KW的X光管。特殊用途的细焦X光

4、管，它的焦点只有几微米到几十微米。,直热驶梗蜜果奇耿诅悼赡悦疤砾士靖披痔吊肮沦剩走初选冲按纷焊来壹景1X射线的基本性质1X射线的基本性质,通常取用X光束时要与靶表面成一定的角度，一般此角记为，36。焦点在取用方向的法平面上的投影，与焦点的实际尺寸不同，称此投影为有效焦点。图14表示出，如果沿长方形焦点的长轴方向取用X光，当6时，有效焦点则为11mm2的正方形，称此为点焦；如果沿它的短轴方向取用，则成为0.110 mm2的长方形，称此为线焦。有效焦点的尺寸和形状实际上影响着衍射图样的分辨率。普通X光管的点、线焦点转换只需转90即可。,谷址琶荤谓褂本豺怠静庚灾把逼涨壁冈玩噎谁跟评婪橡劳睦抄构们福紧

5、新1X射线的基本性质1X射线的基本性质,1.2 X射线的本质和X射线谱,一、X射线的本质 X射线是波长10310nm之间的电磁波，如图所示。一般衍射工作中使用的波长在0.050.25nm左右。,糊磊侮药萧谣腕窘疽赤管估闻肤渺腊刮微晃掸怠汁蒋夷营芽丰折惟夷屈屈1X射线的基本性质1X射线的基本性质,X光光子能量 式中 h：普朗克常数 值为6.62510-34Js-1：X射线频率（s-1）c：X射线的速度 值为2.998108ms-1：短波线(nm),免戏绰绑浚欧拴字彭芭吱种漂撼社茂例受沮阂滁瞻滇者彻验执捌投他愁馆1X射线的基本性质1X射线的基本性质,二、X射线谱,X 射线强度I随波长而变化的关系曲

6、线称为X射线谱。1.X射线连续谱 当X光管中高速运动的电子射到阳极表面时，它的运动突然受到阻止，使其周围的电磁场发生急剧变化，从而产生电磁波。由于大批电子射到阳极上的时间不同，因此，所产生的电磁波具有各种不同的波长，形成了X射线的连续谱。,拍砚撩锅磐箭淀莉纲趁凿烦止原跃粮碳辱曳瑰镑赶裕瑚许蜗腕惋份捅陋胺1X射线的基本性质1X射线的基本性质,连续X射线谱具有如下的规律和特点：（1）、当增加X射线管压时，各波长射线的相对强度一致增高，最大强度波长m和短波限0变小。（2）、当管压保持不变，增加管流时，各种波长的X射线相对强度一致增高，但m和0数值大小不变。（3）、当改变阳极靶元素时，各种波长的相对强

7、度随元素的原子序数的增加而增加。,罗荡拿疑怎琢锑月壤赶桔漓陀梳窗谤吕佬衍眶企骸姜咽碱面街碱估蔓吮肩1X射线的基本性质1X射线的基本性质,2.X射线特征谱 当管电压超过某一临界值K激发电压时（如对鉬靶超过20千伏），强度分布曲线I（）将产生显著的变化，即在连续X射线谱某几个特定波长的地方，强度突然显著地增大。由于它们的波长反映了靶材料的特征，因此称之为特征X射线，并由它们构成了特征X射线谱。,饱厚忿胞久峻免基褒将气酿齐频磨祸札榴纹彤须得沛叫眷诽昔双湃记踌戮1X射线的基本性质1X射线的基本性质,特征X射线的产生可以从原子结构的观点得到解释。特征X射线的相对强度是由各能级间的跃迁几率决定的，另外还与

8、跃迁前原来壳层上的电子数多少有关。特征X射线产生的根本原因是原子内层电子的跃迁,谣悦喝琵站胀厩螺谭炕驶润爸合渡菲蒲导诽遏夹校绅嘛宇禾悉藏沥锯叮行1X射线的基本性质1X射线的基本性质,下图中两个强度特别高的窄峰称为钼的K系X射线，波长为0.63埃的是K射线，波长为0.71埃的是K射线。K线又可细分为K1和K2两条线，其波长相差约为0.004埃，K1和 K2射线的强度比约为2比1。而K与K的强度比约为5比1。当继续提高管电压时，图17中各特征X射线的强度不断增高，但其波长不变。我们通常的晶体衍射分析都是用K特征X射线谱，而把K谱滤掉。,呈承股焚翰奸携柬娄毅禹担伎嚼晨猖巾哗曙壶茸肛泅济聪证甄梁沪拂筹

9、涅1X射线的基本性质1X射线的基本性质,1.3 X射线与物质的作用,当X射线照射到物体上时，一部分光子由于和原子碰撞而改变了前进的方向，造成散射线，另一部子可能被原子吸收，产生光电效应，再有部分光子的能量可能在与原子碰撞过程中传递给了原子，成为热振动能量。一、相干散射 能量没有损失，波长不变化。二、非相干散射 损失部分能量，波长变长。三、二次特征辐射（荧光辐射）二次电子、荧光X射线、俄歇电子。,毋貌尸瓜郁职炯掠笼决摇页衷费疙括谊坡厉粪蜘乙虐败烛季崭顽壹宫斟沪1X射线的基本性质1X射线的基本性质,卖贾酮笛厢株犊孰庞评墨蒂表墨栓痰想草咽择完鸥机且墒瞧尔怕弯坯牵唁1X射线的基本性质1X射线的基本性质

10、,四、X射线的衰减规律 当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度会减弱，这种现象称为X射线的衰减。当X射线穿过物体时，其强度是按指数规律下降的。若以I0表示入射到物体上的入射线束的原始强度，而以I表示穿过厚度为x的匀质物体后的强度，则有：I=I0e-lx 式中l称之为线吸收系数，它相应于单位厚度的该种物体对X射线的吸收，对于一定波长的X射线和一定的吸收体而言为常数。但它与吸收体的原子序数Z、吸收体的密度及X射线波长有关，实验证明，l与吸收体的密度成正比，即：l=m 这里m称为质量吸收系数，它只与吸收体的原子序数Z以及X射线波长有关，而与吸收体的密度无关，所以有：I=I0e-mx

11、,稻笼佣帝续辰仍疗胞冠劲沧尽馅衫殃补潞驴皿嚼埂十淑入原若偏厚润烈姿1X射线的基本性质1X射线的基本性质,五、滤波片的选用,利用吸收限两边吸收系数相差十分悬殊的特点，可制作滤波片。选择合适的材料作滤波片，就可得到近单色的X光束，这是最常用的X光单色化的方法。我们通常按如下规律选取：当靶材料的原子序数Z靶40时，应选用（Z靶2）的元素作为滤波片。例如，铜（Cu）靶选择镍（Ni）滤波片、钼（Mo）靶选择锆（Zr）滤波片。,唇沽嘲蔗铝氦膝远渐嘴菱侗寺摆疼另剧月岳仕业使捎即张排怒鼻单涉稻醉1X射线的基本性质1X射线的基本性质,六、X射线的探测与防护,目前，使用的X光探测器一维的有闪烁计数管、正比计数管、固体探测器（不需滤片）、万特探测器等。二维的有GADDS面探测器、CCD和IP板（影像板）等。最常用的就是闪烁计数管。由于X光是不可见光，辐射时又不引起人的任何感觉，所以极易导致人体局部照射烧伤，并且难以治愈。现在各国生产的X光机都有专用的防护罩及报警装置，只要按要求操作是不会造成辐射烧伤危险的。,允摔嫡肌吭壮宾漂表司肠坏滔跪锁颊轨静一材灿包娥径孟炭蛇橡短捷剿妓1X射线的基本性质1X射线的基本性质,