X射線的性質(zhì)資料學(xué)習(xí)課程

1、自查書目：自查書目：(1) 1) 學(xué)校數(shù)字圖書館，學(xué)校數(shù)字圖書館，“超星超星”里搜索里搜索 有關(guān)材料分析類書有關(guān)材料分析類書(2) (2) 互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站搜索，互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站搜索， 小木蟲論壇網(wǎng)站小木蟲論壇網(wǎng)站參考書目：參考書目： 1)1)盧利平等著，盧利平等著，材料現(xiàn)代分析與測試技術(shù)材料現(xiàn)代分析與測試技術(shù)，國防工業(yè)出版，國防工業(yè)出版社，社， 2010年年1月第一版，（月第一版，（ X射線衍射分析中引入了計算機程序?qū)ι渚€衍射分析中引入了計算機程序?qū)ρ苌鋽?shù)據(jù)分析）衍射數(shù)據(jù)分析）2 2）齊海群，齊海群，材料分析測試技術(shù)材料分析測試技術(shù)，北京大學(xué)出版社，北京大學(xué)出版社， 2011年年10月月 第一版第一版3

2、）谷亦杰等，）谷亦杰等，材料分析檢測技術(shù)材料分析檢測技術(shù)，中南大學(xué)出版社，中南大學(xué)出版社， 2009年年02月第一版月第一版教材：教材：周玉，武高輝，材料分析測試技術(shù)周玉，武高輝，材料分析測試技術(shù)-材料材料X X射線衍射與電子顯微射線衍射與電子顯微分析，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，分析，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20072007年年8 8月第月第2 2版版 第1頁/共56頁第一頁，編輯于星期日：八點 三十分?；疽螅夯疽螅?掌握基本原理，了解常用實驗方法，在實際工作中能正掌握基本原理，了解常用實驗方法，在實際工作中能正確確選用選用本課程中介紹的實驗方法，并能與專門從事本課程中介紹的實驗方法，并能與

3、專門從事X X射線與電子射線與電子顯微分析的人員共同制定實驗方案與分析實驗結(jié)果顯微分析的人員共同制定實驗方案與分析實驗結(jié)果1) 知識知識 2) 技術(shù)技術(shù) 3）高端設(shè)備）高端設(shè)備 4）思維）思維素質(zhì)培養(yǎng)：素質(zhì)培養(yǎng)：怎樣學(xué)：怎樣學(xué)： 認(rèn)真認(rèn)真+思考思考 （利用好課堂，（利用好課堂， 某些同學(xué)作業(yè)要獨立）某些同學(xué)作業(yè)要獨立）考察：考察： 平時成績（出勤平時成績（出勤+聽課回答問題狀態(tài)聽課回答問題狀態(tài)+作業(yè)）作業(yè)） 30% 期末成績期末成績 70% 課堂課后深入透徹理解課堂課后深入透徹理解+期末熟練掌握和記憶好成績期末熟練掌握和記憶好成績第2頁/共56頁第二頁，編輯于星期日：八點 三十分。 材料內(nèi)部的

4、成份、結(jié)構(gòu)直接決定著材料的性能和應(yīng)用。 如何判定材料的成份和結(jié)構(gòu)是材料學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。 緒論緒論問題問題1 1： 假如你有一塊黃橙橙的礦石，你能判斷是否假如你有一塊黃橙橙的礦石，你能判斷是否含有黃金嗎？含有黃金嗎？ 阿基米德方法？阿基米德方法？第3頁/共56頁第三頁，編輯于星期日：八點 三十分。碳結(jié)構(gòu)的變化問題2：你能區(qū)分不同結(jié)構(gòu)的相同成分物質(zhì)？鍋煙灰-C60金剛石炭納米管第4頁/共56頁第四頁，編輯于星期日：八點 三十分。 在本次課程學(xué)習(xí)的主要材料分析方法： (1) X射線衍射儀（XRD， X-Ray diffraction） 用于物相(或說結(jié)構(gòu)）分析 及其他 dfrkn(2)透射電鏡（T

5、EM， Transmission Electron Microscope） 物相分析，和微觀形貌 makrskp (3) 掃描電鏡 （SEM， Scanning Electron Microscope） 表面形貌(4）電子探針顯微分析（EPMA, Electron P robe Micro-Analysis)： 微區(qū)成分分析, 可作為兩電鏡的附件。 nlss 它分兩類： 波長分散譜儀波譜儀WDS, Wavelength Dispersive Spectrometer 能量分散譜儀能譜儀 EDS, Energy Dispersive Spectrometer spektrmt(r) 第5頁/共5

6、6頁第五頁，編輯于星期日：八點 三十分。光電光電子子熒光（二次特?zé)晒猓ǘ翁卣髡鱔 X射線射線 掃 描掃 描電鏡電鏡SEMSEM樣品樣品1 1特征特征X X射線射線二次電子二次電子高能電子入高能電子入射射透射電子透射電子（TEMTEM）背 散 射背 散 射電子電子衍射衍射XRDXRDXPSXPSEDS/WDSEDS/WDS 高能電子束與固體樣品作用時產(chǎn)生的信號和高能電子束與固體樣品作用時產(chǎn)生的信號和6大材料分析手段大材料分析手段X X射線熒射線熒光譜分光譜分析析樣樣品品2 2X X射線射線樣樣品品2 2樣樣品品2 2第6頁/共56頁第六頁，編輯于星期日：八點 三十分。X射線衍射儀射線衍射儀(X

7、RD)第7頁/共56頁第七頁，編輯于星期日：八點 三十分。透射電鏡（TEM）多晶體衍射花樣多晶體衍射花樣單晶體衍射花樣單晶體衍射花樣可可進(jìn)進(jìn)行行物物相相分分析析第8頁/共56頁第八頁，編輯于星期日：八點 三十分。50 nm2nmTEM: (2) 可成像可成像 圖圖a, b(1) 可形成衍射花樣可形成衍射花樣, 進(jìn)行物相分析進(jìn)行物相分析, 圖圖c第9頁/共56頁第九頁，編輯于星期日：八點 三十分。蒼蠅的復(fù)眼掃蒼蠅的復(fù)眼掃描電鏡圖像描電鏡圖像掃描電微鏡（掃描電微鏡（SEM）第10頁/共56頁第十頁，編輯于星期日：八點 三十分。 第一部分第一部分 材料材料X X射線衍射分析射線衍射分析常用來分析 物

8、相、晶格參數(shù)，應(yīng)力等X-ray Diffraction第11頁/共56頁第十一頁，編輯于星期日：八點 三十分。 第一章 X射線的性質(zhì) 本章要點：本章要點：1. X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì)2. X射線管的主要構(gòu)造射線管的主要構(gòu)造3. X射線連續(xù)譜的特征、射線連續(xù)譜的特征、 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因4. X射線特征譜產(chǎn)生過程，產(chǎn)生條件射線特征譜產(chǎn)生過程，產(chǎn)生條件(難點難點) ， 命名命名, 莫塞萊定律莫塞萊定律5. X射線與物質(zhì)相互作用射線與物質(zhì)相互作用: 散射散射(相干與非相干相干與非相干), 真吸收真吸收( 光電子，熒光光電子，熒光X 射線射線, 俄歇效應(yīng)俄歇效應(yīng))6. X射線透過的強度公式，質(zhì)量吸收系數(shù)

9、射線透過的強度公式，質(zhì)量吸收系數(shù)7. 二次特征輻射概念，二次特征輻射概念， 吸收限吸收限(或稱激發(fā)限或稱激發(fā)限)的概念及對應(yīng)吸收曲線的概念及對應(yīng)吸收曲線8. 吸收限的應(yīng)用吸收限的應(yīng)用-怎樣濾波，一般怎樣選耙怎樣濾波，一般怎樣選耙第12頁/共56頁第十二頁，編輯于星期日：八點 三十分。電子束電子束W. K. Rontgen倫琴于1901年獲首屆諾貝爾物理獎 第一張第一張X X光照片光照片倫琴18951895年，倫琴發(fā)現(xiàn)了一種穿透力很強的射線年，倫琴發(fā)現(xiàn)了一種穿透力很強的射線射線射線 引言第13頁/共56頁第十三頁，編輯于星期日：八點 三十分。 X射線準(zhǔn)直縫晶體勞厄斑. . 19121912年勞厄

10、年勞厄（M.von LaueM.von Laue）發(fā)現(xiàn)通過晶體時產(chǎn)生衍射現(xiàn)象）發(fā)現(xiàn)通過晶體時產(chǎn)生衍射現(xiàn)象, , 勞厄勞厄證實了證實了X X射線的波動性射線的波動性第14頁/共56頁第十四頁，編輯于星期日：八點 三十分。X X射線的本質(zhì): : 波長很短的電磁波 X射線的本質(zhì)具有波粒二象性具有波粒二象性( (實際上任何物質(zhì)具波粒二象性實際上任何物質(zhì)具波粒二象性） 波動性：以一定頻率、波長在空間傳播；波動性：以一定頻率、波長在空間傳播； 微粒性：以光子形式輻射和吸收時具有一定的微粒性：以光子形式輻射和吸收時具有一定的波長很短的電磁波波長很短的電磁波 0.01100 用于晶體分析的用于晶體分析的 =

11、0.52.5質(zhì)量、能量和動量。質(zhì)量、能量和動量。第15頁/共56頁第十五頁，編輯于星期日：八點 三十分。hchE能量sJh3410626. 6smc/10998. 28其中：其中：h h為普朗克常數(shù)，為普朗克常數(shù)， c c為為X X射線的速度，射線的速度，例：求例：求200 nm 200 nm 的一個光子所具有的能量的一個光子所具有的能量)(10930. 91020010998. 210626. 6199834JchE 第16頁/共56頁第十六頁，編輯于星期日：八點 三十分。（了解）附：電磁波譜無線電波無線電波微波微波紅外光紅外光可見光可見光紫外光紫外光X X 射線射線射線射線第17頁/共56

12、頁第十七頁，編輯于星期日：八點 三十分。（1 1） X X射線管的作用：射線管的作用： 1- X射線的產(chǎn)生及X 射線管（）X射線管產(chǎn)生射線的條件：以高能電子打在靶材上產(chǎn)生以高能電子打在靶材上產(chǎn)生X X射線射線1 1） 產(chǎn)生自由電子；產(chǎn)生自由電子；2） 電子作定向高速運動電子作定向高速運動; ;3）使電子止住或突然減速的）使電子止住或突然減速的 障礙物障礙物第18頁/共56頁第十八頁，編輯于星期日：八點 三十分。（3）X射線管的結(jié)構(gòu)：射線管的結(jié)構(gòu)： 陰極：陰極：發(fā)射電子。由鎢絲制成，通電后，鎢絲發(fā)熱釋放自由電子， 奔向陽極 。 陽極：陽極：亦稱靶，是使電子突然減速并發(fā)射亦稱靶，是使電子突然減速并

13、發(fā)射X射線。射線。 通常的靶材有通常的靶材有: Cu、Mo、Co 等等 良好的循環(huán)水冷卻，防止靶熔化 窗口：窗口：窗口是窗口是X射線從陽極靶向外射出的地方。通常用金屬鈹，射線從陽極靶向外射出的地方。通常用金屬鈹，第19頁/共56頁第十九頁，編輯于星期日：八點 三十分。X X射線譜定義：射線譜定義：X X射線的射線的強度強度-波長波長的關(guān)系曲的關(guān)系曲線線X X射線管發(fā)射出來的射線管發(fā)射出來的X X射線射線 分為兩種類型：分為兩種類型：一一連續(xù)連續(xù)X X射線譜射線譜二二特征特征X X射線譜射線譜強度強度 （任意單位）（任意單位）波長（波長（ ）35 KV的管壓下，鉬靶的的管壓下，鉬靶的X射線射線

14、1- X射線譜連續(xù)X射線特征特征X射線射線第20頁/共56頁第二十頁，編輯于星期日：八點 三十分。一連續(xù)一連續(xù)X射線譜射線譜特點：特點： 波長連續(xù)變化。波長連續(xù)變化。 有一個波長極限有一個波長極限短波限短波限min。產(chǎn)生原因：高速運動的電子受阻而減速時產(chǎn)生的電磁輻射，也叫軔致輻射。 電子加速后撞向陽極靶，大部分動能轉(zhuǎn)化為熱能，一部分以x-ray釋放。撞向陽極的電子目數(shù)很多，時間、條件不同，或多次碰撞逐步減少其能量。 動能轉(zhuǎn)換為x-ray的能量有多有少，射出x-ray的頻率有大有小，形成不同波長的x-ray，構(gòu)成連續(xù)的譜線。第21頁/共56頁第二十一頁，編輯于星期日：八點 三十分。eVhcinm

15、短波極限波長短波極限波長minmina.a.對應(yīng)著極少數(shù)電子只經(jīng)過一次對應(yīng)著極少數(shù)電子只經(jīng)過一次碰撞，并且將全部能量碰撞，并且將全部能量eU eU 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為一個光量子。為一個光量子。b. 短波限只與管電壓有關(guān)，短波限只與管電壓有關(guān)，不受其它因素影響。不受其它因素影響。I不同陽極WAgMo連續(xù)譜連續(xù)譜第22頁/共56頁第二十二頁，編輯于星期日：八點 三十分。（了解）推導(dǎo)：（了解）推導(dǎo)：設(shè)管電壓為設(shè)管電壓為V，電子電量，電子電量e ，電場力做功，則電子，電場力做功，則電子獲得動能為獲得動能為eV，當(dāng)這一能量完全轉(zhuǎn)化為光子的能量時，當(dāng)這一能量完全轉(zhuǎn)化為光子的能量時eVchhminmax長為連續(xù)譜的

16、短波極限波 )(1240minnmeVeVhc得：得：第23頁/共56頁第二十三頁，編輯于星期日：八點 三十分。連續(xù)連續(xù)X X射線譜的強度射線譜的強度-兩種計算方法：兩種計算方法：1 1）光的強度決定于光的強度決定于單位時間內(nèi)單位時間內(nèi)通過通過單位面積單位面積的的光光 子數(shù)子數(shù)n n和每個光子的能量和每個光子的能量nhI 2）或者：I- 曲線下的面積表示連續(xù)x-ray的總強度。dII0)(連續(xù)第24頁/共56頁第二十四頁，編輯于星期日：八點 三十分。特點： 具有特定的波長。 當(dāng)管電壓超過某一特定值Vk時產(chǎn)生。 疊加在連續(xù)x-ray譜上的。二特征X射線譜n原子系統(tǒng)內(nèi)的電子按包利不相容原理和能量最

17、低原 理分布于各個能級，能級是不連續(xù)的，K層靠近原子核，能量最低。n管電壓增加到一定數(shù)值，電子脫離出來，體系處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)。 n電子從高能級向低能級的躍遷將以光子的形式輻射出標(biāo)識x-ray譜。產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：與陽極靶原子中內(nèi)層電子躍遷過程有關(guān)。與陽極靶原子中內(nèi)層電子躍遷過程有關(guān)。第25頁/共56頁第二十五頁，編輯于星期日：八點 三十分。K殼層殼層L殼層殼層M殼層殼層 內(nèi)殼層電子被擊出時，在內(nèi)殼空位產(chǎn)生空位。 外層電子向內(nèi)殼空位填充時產(chǎn)生一個X射線光子特征特征X射線譜：射線譜：KLh層：層躍遷到若電子從KL第26頁/共56頁第二十六頁，編輯于星期日：八點 三十分。第一步：第一步： 高能電

18、子把靶原子的高能電子把靶原子的內(nèi)殼層內(nèi)殼層電子打出，使原子電子打出，使原子 電離，在內(nèi)殼層上出現(xiàn)空位。電離，在內(nèi)殼層上出現(xiàn)空位。第二步：第二步： 原子中外電子向原子中外電子向內(nèi)殼層空位內(nèi)殼層空位躍遷，躍遷的能躍遷，躍遷的能 量差轉(zhuǎn)化成一個量差轉(zhuǎn)化成一個X X射線光子。射線光子。特征特征X射線的射線的產(chǎn)生過程：產(chǎn)生過程：高能電子高能電子擊擊出出靶的內(nèi)層電子，靶的內(nèi)層電子， 出現(xiàn)內(nèi)層空位出現(xiàn)內(nèi)層空位 外層電子躍外層電子躍入入填充填充，發(fā)射，發(fā)射X光子光子即：即：第27頁/共56頁第二十七頁，編輯于星期日：八點 三十分。K系輻射：系輻射： K層電子被打出，層電子被打出， 任意層上的電任意層上的電子向

19、子向K層空位躍遷，產(chǎn)生光子。層空位躍遷，產(chǎn)生光子。K： 鄰層向鄰層向K層空位躍遷（層空位躍遷（L K）K：隔隔層向?qū)酉騅層空位躍遷（層空位躍遷（M K）K：N層向?qū)酉騅層空位躍遷（層空位躍遷（N K）L系輻射系輻射： L層電子被打出，層電子被打出， 其他其他 層向?qū)酉騆層空位躍遷，產(chǎn)生光子。層空位躍遷，產(chǎn)生光子。M系輻射：系輻射： M層電子被打出，層電子被打出，其他層其他層躍入填充，躍入填充，產(chǎn)生光子產(chǎn)生光子。特征X射線譜的命名第28頁/共56頁第二十八頁，編輯于星期日：八點 三十分。k層電子被遷出的過程叫k系激發(fā)，隨之的電子躍遷所引起的輻射為k系輻射。K是由K1和K2兩條譜線組成，與原子能級

20、的精細(xì)結(jié)構(gòu)（亞能級）有關(guān)。 213132KKK第29頁/共56頁第二十九頁，編輯于星期日：八點 三十分。產(chǎn)生某系激發(fā)要陰極電子的能量產(chǎn)生某系激發(fā)要陰極電子的能量eUeU 至少等于擊出一個某至少等于擊出一個某層電子所作的功（將某層電子變成自由電子所需要的層電子所作的功（將某層電子變成自由電子所需要的 能量）能量）。臨界激發(fā)電壓：臨界激發(fā)電壓：電子具足夠能量把靶原子某一能級上的電子打電子具足夠能量把靶原子某一能級上的電子打掉，從而產(chǎn)生特征掉，從而產(chǎn)生特征x-rayx-ray所必須達(dá)到的最低電壓。所必須達(dá)到的最低電壓。對于同種原子：臨界激發(fā)電壓對于同種原子：臨界激發(fā)電壓V Vk k V VL L V

21、 VM M V VN N對于不同種原子：原子序數(shù)大的臨界激發(fā)電壓大。對于不同種原子：原子序數(shù)大的臨界激發(fā)電壓大。特征特征X射線譜產(chǎn)生條件：射線譜產(chǎn)生條件：第30頁/共56頁第三十頁，編輯于星期日：八點 三十分。En ( eV)氫氫原原子子能能級級圖圖-13.6-1.51-3.390n = 1n = 2n = 3n = 4n = 5n = 6選讀選讀 ：氫原子能級圖：氫原子能級圖(穩(wěn)態(tài)）穩(wěn)態(tài)）eVhmeE6 .13822041 , 3 , 2 , 121nnEEn 第31頁/共56頁第三十一頁，編輯于星期日：八點 三十分。 特征特征X X射線的頻率由靶原子能級的差值決定射線的頻率由靶原子能級的差

22、值決定, , 只取決陽極靶材料的原子序數(shù)，是元素的固有特性。 莫塞萊定律莫塞萊定律描述了它與原子序數(shù)描述了它與原子序數(shù)Z Z的關(guān)系。的關(guān)系。特征X射線的波長：)(1zK式中： z靶材料的原子序數(shù) K常數(shù)（與靶材物質(zhì)總量子數(shù)有關(guān)） (看書P9-10) 常數(shù)（與電子所在殼層位置有關(guān)） 第32頁/共56頁第三十二頁，編輯于星期日：八點 三十分。連續(xù)譜的只能增加衍射花樣的背底。V=（35）VK時，I標(biāo)/I連最大， VK 為臨界激發(fā)電壓輻射源選擇：輻射源選擇：在在X X射線的多晶體衍射中，主要利用射線的多晶體衍射中，主要利用K K線做輻射源，線做輻射源，L L系或系或M M系由于波長太長，系由于波長太長

23、， 容易被物質(zhì)吸收，所以容易被物質(zhì)吸收，所以 不利不利用用 X X射線管最佳工作電壓：射線管最佳工作電壓： V=（35）VK看書看書: P10, 表表1-1第33頁/共56頁第三十三頁，編輯于星期日：八點 三十分。一連續(xù)X射線譜特點產(chǎn)生原因 (減速輻射)二特征X射線譜 特點產(chǎn)生原因 (能級躍遷,或激發(fā)輻射)產(chǎn)生過程 產(chǎn)生條件特征X射線命名特征X射線的波長X射線譜的小結(jié)：三三. .在在X X射線的多晶體衍射中，主要利用射線的多晶體衍射中，主要利用K K線做輻射源線做輻射源X射線管最佳工作電壓： V=（35）VK第34頁/共56頁第三十四頁，編輯于星期日：八點 三十分。一束一束X射線通過物質(zhì)時，它

24、的能量可以分為三部分：射線通過物質(zhì)時，它的能量可以分為三部分： 1-5 X射線與物質(zhì)相互作用 散射 相干 非相干 真吸收 1. 產(chǎn)生（普通）光電子、X X射線的強度衰減的原因：射線的強度衰減的原因：“吸收吸收”= =真吸收真吸收+ +散射散射； 產(chǎn)生產(chǎn)生Auger Auger 電子（即俄歇效應(yīng)）電子（即俄歇效應(yīng)）3. 熱熱透過的強度透過的強度X X射線作射線作用于物用于物質(zhì)質(zhì)xmeII033ZKm質(zhì)量吸收系數(shù)2. 產(chǎn)生產(chǎn)生X射線熒光，或叫二次特征射線熒光，或叫二次特征X射線射線第35頁/共56頁第三十五頁，編輯于星期日：八點 三十分。X射線與物質(zhì)的相互作用，是一個比較復(fù)雜的物理過程一束X射線通

25、過物體后，其強度被衰減，是其散射和真吸收的結(jié)果，真吸收是造成強度衰減的主要原因。第36頁/共56頁第三十六頁，編輯于星期日：八點 三十分。一一. X射線的散射射線的散射可分為可分為 相干散射相干散射和和不相干散射不相干散射1. 相干散射相干散射: X X射線射線波長不變波長不變 在入射束電場的作用下，物質(zhì)原子中的電子被迫圍繞其平衡位置振動，向四周輻射與入射x-ray波長相同的散射x-ray。同一方向上各散射波符合相干條件，相互干涉后，能量集中在某些方向，得到一定的花樣。相干散射是x-ray在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)。2. 2. 不相干散射不相干散射: X: X射線波長變大射線波長變大第37頁/

26、共56頁第三十七頁，編輯于星期日：八點 三十分。二二. 物質(zhì)對物質(zhì)對X射線的真吸收射線的真吸收1. 發(fā)出（普通）光電子 發(fā)出俄歇電子（俄歇效應(yīng)）發(fā)出俄歇電子（俄歇效應(yīng)）2. X 射線熒光（或二次特征射線熒光（或二次特征X射線輻射，射線輻射， 即以即以X 射線照射射線照射3. 熱熱真真吸吸收收物體產(chǎn)生物體產(chǎn)生X射線）射線）真吸收時產(chǎn)生電離效應(yīng)，真吸收時產(chǎn)生電離效應(yīng)， 熒光效應(yīng)，熒光效應(yīng)， 熱效應(yīng)等熱效應(yīng)等第38頁/共56頁第三十八頁，編輯于星期日：八點 三十分。相關(guān)概念：光電子，X射線熒光當(dāng)入射x光的能量足夠大時，可以電離出被照物質(zhì)原子中的電子，電離出的電子稱為光電子, 同時，較外層電子向空位層

27、躍遷輻射出的次級特征X射線稱為X射線熒光（二次特征X射線）。第39頁/共56頁第三十九頁，編輯于星期日：八點 三十分。X X射線射線熒光（熒光（二次特征二次特征X射線）射線）產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件:如果要產(chǎn)生如果要產(chǎn)生K K系系X X射線射線熒光熒光, , 入射入射X X射線的能量射線的能量至少等于擊出至少等于擊出K K層電子所作的功層電子所作的功 。為產(chǎn)生K系熒光輻射 ，入射光能量式中：VK 把K層電子擊出的最小電壓KeVch K把把K K層電子擊出入射光最長波長層電子擊出入射光最長波長 只有入射只有入射X射線射線的的K時才能產(chǎn)生時才能產(chǎn)生K K系熒光輻射。系熒光輻射。第40頁/共56頁第四十頁，

28、編輯于星期日：八點 三十分。相關(guān)概念：俄歇相關(guān)概念：俄歇(Auger)效應(yīng)效應(yīng)當(dāng)激發(fā)源的能量足夠大時，可以擊出被照物質(zhì)原子中的電當(dāng)激發(fā)源的能量足夠大時，可以擊出被照物質(zhì)原子中的電子，擊出的電子稱為子，擊出的電子稱為光電子光電子, , 同時，較外層電子向空位層躍遷時產(chǎn)生的能量并沒有以同時，較外層電子向空位層躍遷時產(chǎn)生的能量并沒有以X X射線射線的形式輻射出的形式輻射出, ,而是打出某層的一個電子，該電子較電子而是打出某層的一個電子，該電子較電子叫叫俄歇電子，該效應(yīng)俄歇俄歇電子，該效應(yīng)俄歇(Auger)效應(yīng)。效應(yīng)。 俄歇電子激發(fā)源出射電子填充電子WXYEWEXEY俄歇電子激發(fā)源俄歇俄歇(Auger

29、)效應(yīng)示意圖效應(yīng)示意圖引申：引申：第41頁/共56頁第四十一頁，編輯于星期日：八點 三十分。2）俄歇）俄歇(Auger)效應(yīng)：效應(yīng)： 俄歇電子激發(fā)源出射電子填充電子WXYEWEXEY俄歇電子激發(fā)源激發(fā)源激發(fā)源 打出電子打出電子 較外層電子向空位躍遷的能較外層電子向空位躍遷的能量量 不產(chǎn)生不產(chǎn)生X射線而是打出某層電子（射線而是打出某層電子（俄歇電子）俄歇電子）1）二次特征X射線：激發(fā)源（ X射線) 打出電子 較外層電子向空位躍遷的能量 產(chǎn)生X射線俄歇俄歇(Auger)效應(yīng)示意圖效應(yīng)示意圖二次特征二次特征X射線與射線與俄歇電子俄歇電子兩者比較兩者比較引申：引申：第42頁/共56頁第四十二頁，編輯于

30、星期日：八點 三十分。每種物質(zhì)的俄歇電子的能量大小只取決于該原子的三個能級（參與過程的三個能級能量），是元素的固有特征。每種元素都有自己的俄歇電子能譜（固有特征）。俄歇電子能譜可進(jìn)行元素的成分分析及試樣表面狀態(tài)分析等。這種特征電子的能量較低，只有幾百電子伏特，在固體表面以內(nèi)深處即使有這種電子也跑不出來，儀器測量不到， 所以利用俄歇效應(yīng)設(shè)計的俄歇譜儀便成了對固體表面2-3層原子成分分析最適宜的儀器俄歇電子通常用參與過程的三能級來命名。即：初態(tài)空位所在能級、向空位作無輻射躍遷電子原在能級、出射電子原在能級。（空位所在能級/ 躍遷電子原在能級 /出射電子原在能級）例：K層電子被擊出，L2層電子跳入K

31、層空位，多余能量將L3層電子擊出， 俄歇電子表示為：KL2L3。俄歇電子特點俄歇電子特點俄俄歇歇電電子子命命名名引申：引申：第43頁/共56頁第四十三頁，編輯于星期日：八點 三十分。小結(jié)與引申:X射線光電子能譜(XPS) ：被X射線擊出殼層的電子。它帶有殼層的特征能量,可用來進(jìn)行成分分析。 俄歇電子能譜(AES) ：俄歇電子帶有三殼層的特征能量，僅由三殼層的能量決定?？捎脕磉M(jìn)行成分分析X射線熒光：帶有殼層的特征能量?？捎脕磉M(jìn)行成分分析。 第44頁/共56頁第四十四頁，編輯于星期日：八點 三十分。散射：無能量損失或損失相對較小 只有相干散射才能產(chǎn)生衍射 相干散射是進(jìn)行材料晶體結(jié)構(gòu)分析的工具真吸收

32、：能量大幅度轉(zhuǎn)換 真吸收（產(chǎn)生光電子、X射線熒光、俄歇電子、熱等， 光電子、X射線熒光和俄歇電子這些信號帶有元素的能級特征是進(jìn)行材料成分分析的工具小結(jié)與引申：第45頁/共56頁第四十五頁，編輯于星期日：八點 三十分。三三. X射線的透過強度射線的透過強度xxxmeIeII001.X射線的透過強度射線的透過強度X射線通過物質(zhì)時的衰減，是真吸收和散射造成的，主要是真吸收強度的衰減率與強度的衰減率與X X射線在均勻物射線在均勻物質(zhì)內(nèi)通過的距離質(zhì)內(nèi)通過的距離dx dx 成正比成正比2. 線吸收系數(shù)線吸收系數(shù) 物理意義：物理意義：X X射線沿傳播方向穿過射線沿傳播方向穿過單位長度單位長度物質(zhì)時強度的衰減

33、程度物質(zhì)時強度的衰減程度3.3.質(zhì)量吸收系數(shù)：質(zhì)量吸收系數(shù)： 可用生物透視或工業(yè)產(chǎn)品探傷可用生物透視或工業(yè)產(chǎn)品探傷X X射線沿傳播方向穿過射線沿傳播方向穿過單位質(zhì)量單位質(zhì)量單位長度物質(zhì)時強度的衰減程度單位長度物質(zhì)時強度的衰減程度m吸收體密度第46頁/共56頁第四十六頁，編輯于星期日：八點 三十分。種物質(zhì)的質(zhì)量百分比）是第混合物：iWWWWWi11miim(.3332221加權(quán)平均加權(quán)平均與吸收體的疏密程度（密度）和物質(zhì)狀態(tài)無關(guān)，與X射線的及吸收體Z有關(guān)。m隨的變化是不連續(xù)的其間被尖銳的突變分開。突變對應(yīng)的波長為吸收限，如K吸收線。33ZKm4.4.質(zhì)量吸收系數(shù)大小：質(zhì)量吸收系數(shù)大?。号c波長的三

34、次方和元素的原子序數(shù)的三與波長的三次方和元素的原子序數(shù)的三次方近似地成比例，因此次方近似地成比例，因此a.b.c.d.m第47頁/共56頁第四十七頁，編輯于星期日：八點 三十分。 四四. 吸收限及其應(yīng)用吸收限及其應(yīng)用定義定義: 在吸收體質(zhì)量吸收系數(shù)隨在吸收體質(zhì)量吸收系數(shù)隨x射線波長變化的圖譜上，射線波長變化的圖譜上， 出現(xiàn)一些出現(xiàn)一些吸收極大值，此時對應(yīng)著入射吸收極大值，此時對應(yīng)著入射x射線射線 剛好把吸收體元素的某內(nèi)層電離。剛好把吸收體元素的某內(nèi)層電離。 K 吸收吸收 限波長限波長 ：對應(yīng)著對應(yīng)著入射：對應(yīng)著對應(yīng)著入射x射線剛好能把吸收體元素的射線剛好能把吸收體元素的K層電子電離。層電子電離

35、。 注意：注意：（1）不管入射）不管入射x射線的波長是等于、大于還是小于射線的波長是等于、大于還是小于 ， 吸收體對吸收體對X 射線都有吸收，射線都有吸收， 吸收后可能轉(zhuǎn)化為熱能或吸收后可能轉(zhuǎn)化為熱能或X射線熒光等。在吸收限射線熒光等。在吸收限波長時，波長時， 物質(zhì)對物質(zhì)對X射線的吸收達(dá)到極值。射線的吸收達(dá)到極值。（2）但若是要使得吸收體產(chǎn)生）但若是要使得吸收體產(chǎn)生X射線熒光（二次特征射線），入射高能射線熒光（二次特征射線），入射高能粒子的能量必須大于等于被照射體的某內(nèi)層電子的電離能。粒子的能量必須大于等于被照射體的某內(nèi)層電子的電離能。例如：入射例如：入射X射線的波長必須等于和小于射線的波長必須等于和小于 才能產(chǎn)生才能產(chǎn)生K系熒光。系熒光。KchEK吸收限吸收限KK第48頁/共56頁第四十八頁，編輯于星期日：八點 三十分。曲線產(chǎn)生突變。不連續(xù)處極值稱為吸收限。相應(yīng)的波長為吸收限波長。m33ZKm 單質(zhì)的 曲線質(zhì)量吸收系數(shù)與質(zhì)量吸收系數(shù)與入射入射X射線波長的關(guān)系圖射線波長的關(guān)系圖第49頁/共56頁第四十九頁，編輯于星期日：八點 三十分。2.吸收限的應(yīng)用之一 ：濾波片利用特征x-ray進(jìn)行物相分析時，只用