第04章X射線物理學(xué)基礎(chǔ)0(2)

1、2022-3-25第四章第四章 X射線物理學(xué)基礎(chǔ)射線物理學(xué)基礎(chǔ)2022-3-252022-3-25X射線的發(fā)展史射線的發(fā)展史l 1895年，德國物理學(xué)家倫琴（Rntgen,W.C.）發(fā)現(xiàn) X射線，也稱為倫琴射線。倫琴(1845-1923)是德國維爾茨堡大學(xué)校長，第一屆諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。1895年他發(fā)現(xiàn)一種穿透力很強(qiáng)的一種射線。后來很快在醫(yī)學(xué)上得到應(yīng)用，也引起各方面重視。2022-3-252022-3-25倫琴夫人的手倫琴夫人的手X射線的發(fā)展史射線的發(fā)展史蛋白質(zhì)螺旋結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)螺旋結(jié)構(gòu)人體的人體的X照片照片2022-3-252022-3-25X射線的發(fā)展史射線的發(fā)展史l1912年，德國物理學(xué)家勞埃（

2、Von.Laue,M）等人發(fā)現(xiàn)X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象，確證X射線是一種電磁波。l1912年，英國物理學(xué)家布喇格父子(Bragg,W.H; Bragg,V.L.) 用X射線測(cè)定NaCl晶體，開創(chuàng)X射線晶體結(jié)構(gòu)分析的歷史。NaCl晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)2022-3-252022-3-25X射線的發(fā)展史射線的發(fā)展史年 份學(xué) 科得獎(jiǎng)?wù)邇?nèi) 容1901物理倫琴Wilhelm Conral RontgenX射線的發(fā)現(xiàn)1914物理勞埃Max von Laue晶體的X射線衍射亨利.布拉格Henry Bragg勞倫斯.布拉格Lawrence Bragg.1917物理巴克拉Charles Glover Barkla元素

3、的特征X射線1924物理卡爾.西格班Karl Manne Georg SiegbahnX射線光譜學(xué)戴維森Clinton Joseph Davisson湯姆孫George Paget Thomson1954化學(xué)鮑林Linus Carl Panling化學(xué)鍵的本質(zhì)肯德魯John Charles Kendrew帕魯茲Max Ferdinand Perutz1962生理醫(yī)學(xué)Francis H.C.Crick、JAMES d.Watson、Maurice h.f.Wilkins脫氧核糖核酸DNA測(cè)定1964化學(xué)Dorothy Crowfoot Hodgkin青霉素、B12生物晶體測(cè)定霍普特曼Herber

4、t Hauptman卡爾Jerome Karle魯斯卡E.Ruska電子顯微鏡賓尼希G.Binnig掃描隧道顯微鏡羅雷爾H.Rohrer布羅克豪斯 B.N.Brockhouse中子譜學(xué)沙爾 C.G.Shull中子衍射直接法解析結(jié)構(gòu)1915物理晶體結(jié)構(gòu)的X射線分析1937物理電子衍射1986物理1994物理1962化學(xué)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)測(cè)定1985化學(xué)2022-3-252022-3-254.1 X4.1 X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì)1. X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì)l是一種電磁波，與無線電波、可見光、紫外線、完全相同，僅是波長短而已。l具有波粒具有波粒二象性二象性 波動(dòng)性：以一定頻率、波長在空間傳播；波動(dòng)性：以一

5、定頻率、波長在空間傳播； 2022-3-252022-3-251. X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì) 粒子性：以光子形式輻射和吸收時(shí)具有一定的能量和粒子性：以光子形式輻射和吸收時(shí)具有一定的能量和 動(dòng)量，它們之間的關(guān)系為：動(dòng)量，它們之間的關(guān)系為：8343 10/,6.63 101chEhhPhKcm shK 2022-3-252022-3-251. X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì)lX射線的波長范圍射線的波長范圍： 0.00110nm 波長短的波長短的X射線為硬射線為硬X射線，反之為軟射線，反之為軟X射線射線 X射線金屬學(xué)常用波長在射線金屬學(xué)常用波長在0.050.25nm之間，材料探傷波之間，材料探傷波長在長在0.

6、0050.1nm2022-3-252022-3-251. X射線的本質(zhì)射線的本質(zhì)lx-ray的性質(zhì)：的性質(zhì)：不可見，極強(qiáng)的穿透能力不可見，極強(qiáng)的穿透能力沿直線傳播沿直線傳播使底片感光、熒光板發(fā)光、氣體電離使底片感光、熒光板發(fā)光、氣體電離殺死（傷）生物細(xì)胞殺死（傷）生物細(xì)胞2022-3-252022-3-252. X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生（1）產(chǎn)生原理）產(chǎn)生原理 高速運(yùn)動(dòng)的電子與物體碰撞時(shí)，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運(yùn)動(dòng)受阻失去動(dòng)能，其中一小部分（1左右）能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線，而絕大部分（99左右）能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。（2）產(chǎn)生條件）產(chǎn)生條件 產(chǎn)生自由電子； 使電子作定向的高速運(yùn)動(dòng); 在其運(yùn)動(dòng)的路

7、徑上設(shè)置一 個(gè)障礙物使電子突然減速或停止。2022-3-252022-3-252. X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生（3）過程演示過程演示X射線工作情況射線工作情況2022-3-252022-3-252. X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生封閉式X射線管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)大的真空二極管?；窘M成包括：基本組成包括： (1) 陰極：陰極：是發(fā)射電子的地方。由鎢絲制成，通電 后，鎢絲發(fā)熱釋放自由電子。 l X射線管射線管2022-3-252022-3-252. X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生 (2) 陽極：陽極：亦稱靶，是使電子突然減速和發(fā)射X射 線的地方。良好的循環(huán)水冷卻，防止靶熔化。 (3) 窗口：窗口：是X射線從陽極靶向外射

8、出的地方。 2個(gè)或4個(gè)專門材料（Be）制成的。 (4) 焦點(diǎn)：焦點(diǎn)：是指陽極靶面被電子束轟擊的地方， 正是從這塊面積上發(fā)射出X射線。2022-3-252022-3-254.2 X4.2 X射線譜射線譜n X射線譜可分為兩部分：射線譜可分為兩部分： 1）連續(xù)X射線譜； 2）標(biāo)識(shí)（特征）X射線譜。n X射線譜射線譜指的是指的是X射線的強(qiáng)度射線的強(qiáng)度I隨波長隨波長變化的關(guān)變化的關(guān)系曲線。系曲線。n X射線強(qiáng)度大小由單位時(shí)間內(nèi)通過與射線強(qiáng)度大小由單位時(shí)間內(nèi)通過與X射線傳播射線傳播方向垂直的單位面積上的光量子數(shù)決定。方向垂直的單位面積上的光量子數(shù)決定。特征X射線min相對(duì)強(qiáng)度I連續(xù)X射線2022-3-2

9、52022-3-251. 連續(xù)連續(xù)X射線譜射線譜l 定義：定義：具有連續(xù)波長的X射線，構(gòu)成連續(xù)X射線 譜，它和可見光相似，亦稱多色X射線。l 產(chǎn)生機(jī)理產(chǎn)生機(jī)理 能量為eV的電子與陽極靶的原子碰撞時(shí)，電子失去自己的能量，其中部分以光子的形式輻射，碰撞一次產(chǎn)生一個(gè)能量為hv的光子，這樣的光子流即為X射線。單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)陽極靶面的電子數(shù)目是極大量的，絕大多數(shù)電子要經(jīng)歷多次碰撞，產(chǎn)生能量各不相同的輻射，因此出現(xiàn)連續(xù)X射線譜。2022-3-252022-3-251. 連續(xù)連續(xù)X射線譜射線譜l 短波限短波限 連續(xù)X射線譜在短波方向有一個(gè)波長極限，稱為短波限0 。它是由電子一次碰撞就耗盡能量所產(chǎn)生的X射線。

10、它只與管電壓有關(guān)，不受其它因素的影響。)(40.12A)KV(0minminmaxVhcheV 管電壓越高， min越小。2022-3-252022-3-251. 連續(xù)連續(xù)X射線譜射線譜l 連續(xù)連續(xù)X射線譜的總強(qiáng)度：射線譜的總強(qiáng)度：l 連續(xù)X射線譜中每條曲線下的面積表示連續(xù)X射線的總強(qiáng)度。也是陽極靶發(fā)射出的X射線的總能量。2d )(minKiZVII連續(xù)當(dāng)增加X射線管壓時(shí)，各種波長射線的相對(duì)強(qiáng)度一致增高，最大強(qiáng)度X射線的波長max和短波限0變小；2022-3-252022-3-251. 連續(xù)連續(xù)X射線譜射線譜Ii1i2i3管流管流i3 i2 i1IMoAgW不同陽極不同陽極當(dāng)管壓保持恒定、增加

11、管流時(shí)，各種波長X射線的相對(duì)強(qiáng)度一致增高，但max和0數(shù)值大小不變當(dāng)改變陽極靶元素時(shí)，各種波長的相對(duì)強(qiáng)度隨靶元素的原子序數(shù)增加而增加2022-3-252022-3-252. 特征特征X射線譜射線譜l 定義：定義：具有特定波長的X射線，由于波長反映了靶材特征，所以稱為特征X射線，也稱單色X射線。l 特征特征X射線產(chǎn)生過程射線產(chǎn)生過程 在電子轟擊陽極的過程中，當(dāng)某個(gè)具有足夠能量的電子將陽極靶原子的內(nèi)層電子擊出時(shí)，于是在低能級(jí)上出現(xiàn)空位，系統(tǒng)能量升高，處于不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)。較高能級(jí)上的電子向低能級(jí)上的空位躍遷，并以光子的形式輻射出特征X射線譜。2022-3-252022-3-252. 特征特征X射線譜射

12、線譜特征特征X射線產(chǎn)生過程射線產(chǎn)生過程KKKK系激發(fā)系激發(fā)NMKLLLL系激發(fā)系激發(fā)K態(tài)（擊走態(tài)（擊走K電子）電子）L態(tài)（擊走態(tài)（擊走L電子）電子）N態(tài)（擊走態(tài)（擊走N電子）電子）擊走價(jià)電子擊走價(jià)電子中性原子中性原子WkWlWmWn0K激發(fā)L激發(fā)Ka輻射K輻射L輻射l K系激發(fā)機(jī)理系激發(fā)機(jī)理 K層電子被擊出時(shí)，原子系統(tǒng)能量由基態(tài)升到K激 發(fā)態(tài)，高能級(jí)電子向K層空位填充時(shí)產(chǎn)生K系輻射。2022-3-252022-3-252. 特征特征X射線譜射線譜 L層電子填充空位時(shí)，產(chǎn)生K輻射；M層電子填 充空位時(shí)產(chǎn)生K輻射。 由能級(jí)可知K輻射的光子能量大于K的能量，但K層與L層為相鄰能級(jí)，故L層電子填充幾率

13、大，所以K的強(qiáng)度約為K的5倍。 產(chǎn)生K系激發(fā)必須要陰極電子的能量eVk至少等于擊出一個(gè)K層電子所作的功Wk。Vk就是激發(fā)電壓。2022-3-252022-3-25l 莫塞萊定律莫塞萊定律特征特征X射線譜的射線譜的頻率頻率和和波長波長只只取決于取決于陽極靶物質(zhì)的原子能級(jí)陽極靶物質(zhì)的原子能級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，是物質(zhì)的固有特性。，是物質(zhì)的固有特性。莫塞萊定律：特征莫塞萊定律：特征X射線譜的射線譜的波長波長與原子序數(shù)與原子序數(shù)Z關(guān)系為關(guān)系為：ZK12. 特征特征X射線譜射線譜2022-3-252022-3-252. 特征特征X射線譜射線譜l 特征特征X射線的強(qiáng)度特征射線的強(qiáng)度特征當(dāng)工作電壓為當(dāng)工作電壓為K系激

14、發(fā)電壓的系激發(fā)電壓的35倍時(shí)，倍時(shí)，I特特/I連連最最大，連續(xù)譜造成的衍射背影最小。大，連續(xù)譜造成的衍射背影最小。nKVVCiI激特K系特征系特征X射線的強(qiáng)度與射線的強(qiáng)度與管電壓、管電流的關(guān)系為：管電壓、管電流的關(guān)系為：2022-3-252022-3-252. 特征特征X射線譜射線譜表表 幾種陽極靶材及其特征譜參數(shù)幾種陽極靶材及其特征譜參數(shù)注：注： K = ( 2 K 1+ K 2 ) / 32022-3-252022-3-254.3 X4.3 X射線與物質(zhì)相互作用射線與物質(zhì)相互作用l X射線與物質(zhì)相遇，會(huì)發(fā)生透射、散射、吸收。射線與物質(zhì)相遇，會(huì)發(fā)生透射、散射、吸收。因散射、吸收使穿過物質(zhì)的因

15、散射、吸收使穿過物質(zhì)的X射線強(qiáng)度減弱。射線強(qiáng)度減弱。 入射入射X射線射線2022-3-252022-3-254.3 X4.3 X射線與物質(zhì)相互作用射線與物質(zhì)相互作用l X射線與物質(zhì)相遇，會(huì)發(fā)生透射、散射、吸收。射線與物質(zhì)相遇，會(huì)發(fā)生透射、散射、吸收。因散射、吸收使穿過物質(zhì)的因散射、吸收使穿過物質(zhì)的X射線強(qiáng)度減弱。射線強(qiáng)度減弱。 入射入射X射線射線271、衰減規(guī)律和吸收系數(shù)、衰減規(guī)律和吸收系數(shù)如圖如圖1-6，強(qiáng)度為，強(qiáng)度為I0的的X射線照射厚度為射線照射厚度為t 的均勻物質(zhì)上，的均勻物質(zhì)上，穿過深度為穿過深度為x處的處的dx厚度時(shí)的強(qiáng)度衰減量厚度時(shí)的強(qiáng)度衰減量dIx/Ix與與dx成正比，成正比，

16、 (1-11) 式中，式中， l 是常數(shù)，稱線吸收系數(shù)是常數(shù)，稱線吸收系數(shù) (1-12) I / I0稱為透射系數(shù)，稱為透射系數(shù)， l是是X射線通過射線通過 單位厚度單位厚度(即單位體積即單位體積)物質(zhì)的強(qiáng)度衰物質(zhì)的強(qiáng)度衰 減量減量，圖，圖1-7表示強(qiáng)度隨透入深度的表示強(qiáng)度隨透入深度的 指數(shù)衰減關(guān)系指數(shù)衰減關(guān)系xIIlxxdd圖圖1-6 X射線通過物射線通過物質(zhì)后的衰減質(zhì)后的衰減tlIIe028單位體積內(nèi)物質(zhì)量隨其密度而異，因此對(duì)于一確定的物質(zhì)單位體積內(nèi)物質(zhì)量隨其密度而異，因此對(duì)于一確定的物質(zhì) l 并不是常量，并不是常量，為表達(dá)物質(zhì)本質(zhì)的吸收特性，采用質(zhì)量吸收系為表達(dá)物質(zhì)本質(zhì)的吸收特性，采用質(zhì)

17、量吸收系數(shù)數(shù) m= l / ( 是吸收物質(zhì)的密度是吸收物質(zhì)的密度)，代入式代入式(1-12)可得可得 (1-14) m為單位面積厚度為為單位面積厚度為 t 的體積中物質(zhì)的體積中物質(zhì) 的質(zhì)量。因此的質(zhì)量。因此 ， m 的物理意義是的物理意義是X射射 線通過單位面積單位質(zhì)量物質(zhì)的強(qiáng)度線通過單位面積單位質(zhì)量物質(zhì)的強(qiáng)度 衰減量。衰減量。 它避開了密度的影響，可以作為反映它避開了密度的影響，可以作為反映 物質(zhì)本身對(duì)物質(zhì)本身對(duì)X射線吸收性質(zhì)的物理量射線吸收性質(zhì)的物理量圖圖1-7 X射線強(qiáng)度隨透射線強(qiáng)度隨透入深度的變化入深度的變化mtmmeIeII001、衰減規(guī)律和吸收系數(shù)、衰減規(guī)律和吸收系數(shù)291、衰減規(guī)

18、律和吸收系數(shù)、衰減規(guī)律和吸收系數(shù)l 復(fù)雜物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)復(fù)雜物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù) 對(duì)于多元素組成的復(fù)雜物質(zhì)，如固溶體、化合對(duì)于多元素組成的復(fù)雜物質(zhì)，如固溶體、化合物和混合物等，其質(zhì)量吸收系數(shù)僅取決于各組元物和混合物等，其質(zhì)量吸收系數(shù)僅取決于各組元的質(zhì)量吸收系數(shù)的質(zhì)量吸收系數(shù) mi及各組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及各組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wi ，即，即 (1-15) niimimw1301、衰減規(guī)律和吸收系數(shù)、衰減規(guī)律和吸收系數(shù)l 質(zhì)量吸收系數(shù)與波長質(zhì)量吸收系數(shù)與波長 和原子序數(shù)和原子序數(shù) Z 的關(guān)系的關(guān)系 質(zhì)量吸收系數(shù)取決于質(zhì)量吸收系數(shù)取決于X 射線的波長射線的波長 和吸收物質(zhì)的原子和吸收物質(zhì)的原子序數(shù)序數(shù)Z，其關(guān)

19、系的經(jīng)驗(yàn)式如下，其關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)式如下 m K4 3 Z3 (1-16)式中，式中，K4為常數(shù)。上式表明，為常數(shù)。上式表明，物質(zhì)的原子序數(shù)越大，對(duì)物質(zhì)的原子序數(shù)越大，對(duì)X射射線的吸收能力越強(qiáng)線的吸收能力越強(qiáng)；對(duì)于一定的吸收體，對(duì)于一定的吸收體，X射線波越短，穿射線波越短，穿透能力越強(qiáng)，吸收系數(shù)下降透能力越強(qiáng)，吸收系數(shù)下降。但隨波長減小，但隨波長減小， m 并非單調(diào)下并非單調(diào)下降降，見圖，見圖1-8311、衰減規(guī)律和吸收系數(shù)、衰減規(guī)律和吸收系數(shù)l 質(zhì)量吸收系數(shù)與波長質(zhì)量吸收系數(shù)與波長 和原子序數(shù)和原子序數(shù) Z 的關(guān)系的關(guān)系 如圖如圖1-8所示，所示， 吸收系數(shù)在某些波長位置突然升高，吸收系數(shù)在某些波

20、長位置突然升高， 所所 對(duì)應(yīng)的波長稱為吸收限對(duì)應(yīng)的波長稱為吸收限 每種物質(zhì)都有其特定的一每種物質(zhì)都有其特定的一 系列吸收限，系列吸收限，吸收限是吸吸收限是吸 收元素的特征量收元素的特征量，將這種，將這種 帶有特征吸收限的吸收系帶有特征吸收限的吸收系 數(shù)曲線稱該物質(zhì)的吸收譜數(shù)曲線稱該物質(zhì)的吸收譜 為什么會(huì)存在吸收限？為什么會(huì)存在吸收限？圖圖1-8 質(zhì)量吸收系數(shù)與波長的關(guān)系曲線質(zhì)量吸收系數(shù)與波長的關(guān)系曲線322、X射線的真吸收射線的真吸收l 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 當(dāng)當(dāng) 入射入射X射線光量子能量等射線光量子能量等于或略大于吸收體原子某殼層電于或略大于吸收體原子某殼層電子的結(jié)合能時(shí)，電子易獲得能量子的結(jié)合

21、能時(shí)，電子易獲得能量從內(nèi)層逸出，成為自由電子，稱從內(nèi)層逸出，成為自由電子，稱為光電子，這種光子擊出電子的為光電子，這種光子擊出電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。將消耗大量將消耗大量入射能量，導(dǎo)致吸收系數(shù)突增，入射能量，導(dǎo)致吸收系數(shù)突增，對(duì)應(yīng)的入射波長稱為吸收限。對(duì)應(yīng)的入射波長稱為吸收限。光電效應(yīng)引起的入射能量消耗為光電效應(yīng)引起的入射能量消耗為真吸收，真吸收還包括熱效應(yīng)真吸收，真吸收還包括熱效應(yīng)光電效應(yīng)、熒光效應(yīng)和俄歇光電效應(yīng)、熒光效應(yīng)和俄歇效應(yīng)過程示意圖效應(yīng)過程示意圖332、X射線的真吸收射線的真吸收 吸收體原子某殼層吸收體原子某殼層(如如K層層)電子的結(jié)合能電子的結(jié)合能Wk，也就是可

22、也就是可引起原子該層激發(fā)態(tài)的入射光量子能量必須達(dá)到的數(shù)值。引起原子該層激發(fā)態(tài)的入射光量子能量必須達(dá)到的數(shù)值。 WK = h K = hc / K (1-17)式中，式中， K、 K 是是K系吸收限的頻率和波長。系吸收限的頻率和波長。同理，同理， L、 M 等為被照射物質(zhì)的等為被照射物質(zhì)的L、M系吸收限，系吸收限，L殼層包括三個(gè)能量差很小的亞能級(jí)（殼層包括三個(gè)能量差很小的亞能級(jí)（L、L、L），它），它們對(duì)應(yīng)三個(gè)們對(duì)應(yīng)三個(gè)L吸收限吸收限吸收限吸收限 L 、 L 、 L（圖（圖1-81-8） 342、X射線的真吸收射線的真吸收由于有由于有 h K = WK WL = h K - h L h K =

23、WK WM = h K - h M對(duì)于同一元素，有對(duì)于同一元素，有 K K K ，此為同一元素的此為同一元素的X射線發(fā)射線發(fā)射譜與其吸收譜的關(guān)系射譜與其吸收譜的關(guān)系l 熒光效應(yīng)熒光效應(yīng) 因光電效應(yīng)處于相應(yīng)的激發(fā)態(tài)的原子，將隨之發(fā)生如前因光電效應(yīng)處于相應(yīng)的激發(fā)態(tài)的原子，將隨之發(fā)生如前所述的外層電子向內(nèi)層躍遷的過程，同時(shí)輻射出特征所述的外層電子向內(nèi)層躍遷的過程，同時(shí)輻射出特征 X射射線，稱線，稱 X射線激發(fā)產(chǎn)生的特征輻射為二次特征輻射，稱射線激發(fā)產(chǎn)生的特征輻射為二次特征輻射，稱這種這種光致發(fā)光的現(xiàn)象為熒光效應(yīng)光致發(fā)光的現(xiàn)象為熒光效應(yīng)352、X射線的真吸收射線的真吸收l 俄歇效應(yīng)俄歇效應(yīng) 原子原子K

24、層電子被擊出后，層電子被擊出后， L層一個(gè)電子躍入層一個(gè)電子躍入 K層填補(bǔ)空位，層填補(bǔ)空位，而另一個(gè)而另一個(gè)L層電子獲得能量逸出層電子獲得能量逸出原子成為俄歇電子，稱原子成為俄歇電子，稱這種一個(gè)這種一個(gè)K層空位被兩個(gè)層空位被兩個(gè) L 層空位代替的層空位代替的過程為俄歇效應(yīng)過程為俄歇效應(yīng)熒光熒光X射線和俄歇電子均為物質(zhì)射線和俄歇電子均為物質(zhì)的化學(xué)成分信號(hào)。的化學(xué)成分信號(hào)。熒光熒光X射線用射線用于重元素的成分分析，俄歇電子于重元素的成分分析，俄歇電子用于表面輕元素分析用于表面輕元素分析光電效應(yīng)、熒光效應(yīng)和俄歇光電效應(yīng)、熒光效應(yīng)和俄歇效應(yīng)過程示意圖效應(yīng)過程示意圖2022-3-252022-3-253

25、. 吸收限的應(yīng)用吸收限的應(yīng)用l m與與的吸收曲線關(guān)系如圖所示的吸收曲線關(guān)系如圖所示m隨隨的變化是不連續(xù)的，其的變化是不連續(xù)的，其間被尖銳的突變分開。其中一間被尖銳的突變分開。其中一些突變對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的波長稱吸些突變對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的波長稱吸收限，與收限，與K層電子對(duì)應(yīng)的吸收稱層電子對(duì)應(yīng)的吸收稱為為K吸收限。吸收限。 吸收限與光電吸收有關(guān)。吸收限與光電吸收有關(guān)。 存在存在K、L、M系等吸收限。系等吸收限。2022-3-252022-3-253. 吸收限的應(yīng)用吸收限的應(yīng)用l 吸收限主要是由光電效應(yīng)光電效應(yīng)引起的：當(dāng)X射線的波長等于或小于時(shí)光子的能量E達(dá)到擊出一個(gè)K層電子的功W，X射線被吸收，激發(fā)光電效應(yīng)。

26、使m突變性增大。l 吸收限與原子能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)。如L系有三個(gè)副層，有三個(gè)吸收限。l X射線濾波片射線濾波片 利用吸收限兩邊吸收系數(shù)相差懸殊的特點(diǎn)，制作濾波片，以獲得單色X射線。KKKKImIm3. 吸收限的應(yīng)用吸收限的應(yīng)用2022-3-252022-3-25如圖如圖1-9所示，可利用吸收所示，可利用吸收限兩側(cè)吸收系數(shù)差別很大限兩側(cè)吸收系數(shù)差別很大的現(xiàn)象選用濾波片，用以的現(xiàn)象選用濾波片，用以吸收不需要的輻射，而得吸收不需要的輻射，而得到基本單色的到基本單色的X射線射線圖圖1-9 濾波片原理示意圖濾波片原理示意圖2022-3-252022-3-253. 吸收限的應(yīng)用吸收限的應(yīng)用2022-3-2

27、52022-3-253. 吸收限的應(yīng)用吸收限的應(yīng)用l 濾波片的選擇濾波片的選擇: : (1) 它的吸收限位于輻射源的K和K之間，且盡量靠近K，強(qiáng)烈吸收K， K吸收很小。 (2) 濾波片厚度以K強(qiáng)度被吸收一半為最佳。 (3) 濾波片的材料是根據(jù)靶材元素確定的 Z靶靶40時(shí)時(shí): Z濾片濾片=Z靶靶-241表表1-2 與幾種常用的陽極靶及及配用的濾波片參數(shù)與幾種常用的陽極靶及及配用的濾波片參數(shù)3. 吸收限的應(yīng)用吸收限的應(yīng)用2022-3-252022-3-253. 吸收限的應(yīng)用吸收限的應(yīng)用 例如在研究純鐵時(shí)，最好選用鈷鈀或鐵鈀，而不能用鎳鈀，更不能用銅鈀，因?yàn)殍F的k0.17429nm，鈷鈀的K波長0.

28、17902nm, 因此鈷鈀不能激發(fā)鐵的K系熒光輻射，同樣鐵鈀也不能激發(fā)自身的熒光輻射。l 陽極靶的選擇陽極靶的選擇: (1) 陽極靶K波長稍大于試樣的K吸收限； (2) 試樣對(duì)X射線的吸收最小。 Z靶靶Z試樣試樣+12022-3-252022-3-254. X射線的散射射線的散射l X射線被物質(zhì)散射時(shí)，產(chǎn)生兩種現(xiàn)象：射線被物質(zhì)散射時(shí)，產(chǎn)生兩種現(xiàn)象： 1)1)相干散射相干散射 物質(zhì)原子中的電子在X射線電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。這樣每個(gè)電子在各方向產(chǎn)生與入射X射線同頻率的電磁波。新的散射波之間發(fā)生的干涉現(xiàn)象稱為相干散射。 2)2)非相干散射非相干散射 X射線光子與束縛力不大的外層電子或自由電子碰

29、撞時(shí)電子獲得一部分動(dòng)能成為反沖電子，X射線光子離開原來方向，能量減小，波長增加。2022-3-252022-3-254. X射線的散射射線的散射l X射線穿過物質(zhì)后強(qiáng)度產(chǎn)生衰減射線穿過物質(zhì)后強(qiáng)度產(chǎn)生衰減l 強(qiáng)度衰減主要是由于真吸收消耗于光電效應(yīng)和熱效應(yīng)強(qiáng)度衰減主要是由于真吸收消耗于光電效應(yīng)和熱效應(yīng)l 強(qiáng)度衰減還有一小部分是偏離了原來的入射方向，即散強(qiáng)度衰減還有一小部分是偏離了原來的入射方向，即散射射l X射線的射線的散射散射包括包括 與原波長相同的相干散射與原波長相同的相干散射 與原波長不同的不相干散射與原波長不同的不相干散射2022-3-252022-3-254. X射線的散射射線的散射（1

30、）相干散射）相干散射l 當(dāng)入射當(dāng)入射 X射線與受射線與受原子核束縛較緊的電子原子核束縛較緊的電子相遇，使電子相遇，使電子在在X射線交變電場(chǎng)作用下發(fā)生受迫振動(dòng)，像四周輻射與射線交變電場(chǎng)作用下發(fā)生受迫振動(dòng)，像四周輻射與入射入射X射線波長相同的輻射射線波長相同的輻射l 因各電子散射的因各電子散射的X射線波長相同，有可能相互干涉，因射線波長相同，有可能相互干涉，因此稱此稱相干散射相干散射，亦稱經(jīng)典散射，亦稱經(jīng)典散射l 物質(zhì)對(duì)物質(zhì)對(duì)X射線的散射可以認(rèn)為射線的散射可以認(rèn)為只是電子的散射只是電子的散射l 相干散射波僅占入射能量的極小部分相干散射波僅占入射能量的極小部分l 相干散射是相干散射是 X 射線衍射分

31、析的基礎(chǔ)射線衍射分析的基礎(chǔ)2022-3-252022-3-254. X射線的散射射線的散射（1）相干散射）相干散射X 射線是非偏振光，電子在空間射線是非偏振光，電子在空間P點(diǎn)的相干散射強(qiáng)度點(diǎn)的相干散射強(qiáng)度 (1-18) 式中，式中，I0為入射線強(qiáng)度；為入射線強(qiáng)度；Ie為一個(gè)電子的相干散射強(qiáng)度；為一個(gè)電子的相干散射強(qiáng)度；R 為電子到空間一點(diǎn)為電子到空間一點(diǎn)P的距離；的距離；2 為散射角；為散射角；電子散射因數(shù)電子散射因數(shù) fe2 =7.94 10-30m2，說明，說明一個(gè)電子的相干散射強(qiáng)一個(gè)電子的相干散射強(qiáng)度很小度很??； (1+cos2 2 )/2 稱偏振因數(shù)，表明稱偏振因數(shù)，表明相干散射線是偏振的，強(qiáng)度相干散射線是偏振的，強(qiáng)度隨隨2 而變化而變化22cos122cos1422202222020eefRImceRII2022-3-252022-3-254. X射線的散射射線的散射（1）相干散射）相干散射 定義原子散射因數(shù)定義原子散射因數(shù)( f )為為一個(gè)一個(gè)原子中所有電子相干散原子中所有電子相干散射波合成振幅與一個(gè)電子相射波合成振幅與一個(gè)電子相干散射波振幅的比，則有干散射波振幅的比，則有當(dāng)當(dāng) = 0時(shí)，