材料測(cè)試方法第一章1

第一章X射線衍射分析§1.1X射線物理基礎(chǔ)§1.1X射線物理基礎(chǔ)1.X射線的發(fā)現(xiàn)X射線又名倫琴射線,是德國(guó)物理學(xué)家:R?ntgenWilhelmConrad(1845.03.27-1923.2.10)于1895年發(fā)現(xiàn)的。倫琴于1895年12月28日向德國(guó)維爾茨堡物理學(xué)醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)遞交了一篇轟動(dòng)世界的論文：《一種新的射線--初步報(bào)告》1901年R?ntgen獲首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

倫琴像

W.K.R?ntgen（1845-1923）X射線的衍射（1885年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線冷卻水<鉛板單晶片照像底片

單晶片的衍射1912年勞厄?qū)嶒?yàn)X射線的產(chǎn)生

老式X射線管倫琴拍下的他夫人的手的X射線圖X射線波動(dòng)性的證明X射線衍射示意圖鋁箔的X射線衍射圖像X射線波動(dòng)性的證明1912年,德國(guó)物理學(xué)家馮.勞厄：VonLaue,MaxTheodoreFelix（1879.10.9-1960.4.24）認(rèn)為：晶體是X射線衍射實(shí)驗(yàn)的理想光棚（1）證明了X射線是電磁波，（2）也第一次從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的規(guī)則而對(duì)稱的排列。

X射線管

X射線管玻璃X射線管X射線管單極金屬陶瓷x射線管X射線管醫(yī)療診斷射線管

X射線的特點(diǎn)

波動(dòng)性:

以一定的頻率ν和波長(zhǎng)λ在空間傳播;具有干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象微粒性:

具有一定的質(zhì)量m、能量E和動(dòng)量p.X射線的波粒兩重性

ν、λ與E、p之間也有如下的關(guān)系:

E=hν=hc/λP=h/λ式中，h-Planck常數(shù),等于6.625×10-27爾格.秒;

c-X射線的速度,等于2.998×1010cm/s.X射線是波長(zhǎng)為:0.001～10nm做晶體結(jié)構(gòu)分析用的X射線的波長(zhǎng)為:0.05～0.25nm

X射線譜

連續(xù)譜(白色射線)----波長(zhǎng)連續(xù)變化特征譜(標(biāo)識(shí)射線)----線狀譜X射線譜連續(xù)譜

1）最短波長(zhǎng)λ0

hν0=hc/λ0=eV；λ0=eV/hc=1239.81/V(nm)式中eV是電子達(dá)到靶子的動(dòng)能，如果電子被停止，其全部能量轉(zhuǎn)成輻射能，發(fā)射光子的能量等于電子的動(dòng)能。是所發(fā)光子的最大能量。上式是早年這是測(cè)定Planck常數(shù)很好的方法

連續(xù)譜2）連續(xù)譜強(qiáng)度：強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的光子數(shù)連續(xù)X射線的總強(qiáng)度是曲線下的面積，即:

連續(xù)X射線的總強(qiáng)度與管電壓V、管電流i及陽(yáng)極材料的原子序數(shù)Ｚ有如下關(guān)系（經(jīng)驗(yàn)公式）：

連續(xù)譜特征譜特征譜是英國(guó)物理學(xué)家巴克拉：

BarklaCharlesGlover（1877.6.27-1944.10.23）于1911年發(fā)現(xiàn)的。Barkla還設(shè)計(jì)了原子結(jié)構(gòu)的殼層模型，利用這種原子結(jié)構(gòu)的殼層模型，可以解釋特征X射線的產(chǎn)生機(jī)理。原子結(jié)構(gòu)模型——?dú)咏Y(jié)構(gòu)（1）主量子數(shù)n：決定電子的主要能量當(dāng)n=1，2，3，4……時(shí)用K，L，M，N……符號(hào)表示具有相同n值的電子處于相同的電子殼層；n值大，則電子離核就遠(yuǎn)。（2）角量子數(shù)（l）決定電子繞核運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量；確定電子的運(yùn)動(dòng)軌跡——軌道形狀。當(dāng)l=0，1，2……(n-1)進(jìn)用s，p，d，f……表示相同n值時(shí)，隨l值的增加，電子的能量稍有增加。（3）磁量子數(shù)（ml）決定電子繞核運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量沿磁場(chǎng)方向的分量。決定電子云在空間的伸展方向。ml=0，±1，±2，±3……±l，

數(shù)目為2l+1個(gè)當(dāng)兩個(gè)電子的n，l值相同時(shí)，ml不同時(shí)，無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，能量相等；相反，有外磁場(chǎng)時(shí)，能量不同。(4)自旋量子數(shù)ms決定自旋角動(dòng)量沿磁場(chǎng)方向的分量ms=1/2，順磁場(chǎng)ms=-1/2，反磁場(chǎng)當(dāng)兩個(gè)電子的n，l，ml值相同時(shí)，ms

不同時(shí)，無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，能量相等；相反，有外磁場(chǎng)時(shí)，能量不同。（5）原子核外電子的排布1保里原理：同一原子中不能有四個(gè)量子數(shù)

n，l，ml，ms完全相同的電子。2能量最低原理：應(yīng)盡可能使體系的能量為最低。3洪特規(guī)則：在角動(dòng)量量子數(shù)l值相同的軌道排布的電子，應(yīng)盡可能分占不同的軌道，且旋平行。由此由得出原子核外電子的排布（一）角動(dòng)量的偶合

（1）軌道角動(dòng)量的偶合兩個(gè)電子角動(dòng)量的偶合規(guī)則：

L=l1+l2,l1+l2-1,l1+l2-2……│l1-l2│總軌道角動(dòng)量在任意z方向的分量的本征值為ML(h/2π),量子數(shù)ML=-L,-L+1,-L+2……,+L多電子的偶合由按此規(guī)則依次偶合（2）自旋角動(dòng)量的偶合與軌道角動(dòng)量的偶合規(guī)則相似兩個(gè)電子自旋角動(dòng)量的偶合規(guī)則：

S=s1+s2,│s1-s2│多電子的偶合由按此規(guī)則依次偶合。當(dāng)電子數(shù)為偶數(shù)時(shí)，S取0和正整數(shù)；當(dāng)電子數(shù)為奇數(shù)時(shí)，S取正的半整數(shù)?？傋孕齋與總自旋量子數(shù)Ms之間有如下關(guān)系：量子數(shù)Ms=-S,-S+1,-S+2……,+S。（3）總角動(dòng)量的偶合總角動(dòng)量（J）的偶合規(guī)則：

J=L+S，L+S-1，L+S-2……│L-S│當(dāng)L≥S時(shí)，J可?。?S+1）個(gè)數(shù)值；當(dāng)L＜S時(shí)，J可?。?L+1）個(gè)數(shù)值總角動(dòng)量為(J(J+1))]1/2(h/2π）量子數(shù)MJ=-J,-J+1,……,+J：數(shù)目為2J+1個(gè)核外電子的排布特征譜的產(chǎn)生機(jī)理

若X射線管的管電壓超過(guò)某一臨界值Vk時(shí)，電子的動(dòng)能可以將陽(yáng)極物質(zhì)原子中的最內(nèi)層電子轟擊出來(lái)，就一過(guò)程稱為激發(fā)。原子被激發(fā)后，在原子的最內(nèi)層就形成空位，這樣次外層及其它外層電子就會(huì)躍入此空位，同時(shí)將它們多余的能量(ΔE)以X射線光子的形式釋放出來(lái)。原子核K系激發(fā)L系激發(fā)kLMN?特征譜的產(chǎn)生特征譜產(chǎn)生包括的兩個(gè)過(guò)程a)激發(fā)----產(chǎn)生空位b)躍遷----填補(bǔ)空位躍遷必須滿足選擇定則

Δn≠0

Δi＝±1

Δj=±1或0

特征譜的產(chǎn)生躍遷種類：K系躍遷L,M,N,...─→K

L系躍遷

M,N,O,...─→L

M系躍遷N,O,.....─→MKα線和Kβ線Kα線：

L─→KKβ線：M─→K

特征X射線的相對(duì)強(qiáng)度主要是由(電子在各能級(jí)之間的)躍遷幾率決定的。L層與K層較近，所以L層上的電子回跳幾率大：

IKα＞IKβ

Kα線和

Kβ線Kα線和

Kβ線電子從L2和L3子殼層跳入K層空位的幾率是的，但因處在L3子殼層上的電子數(shù)是四個(gè)，而處在L2殼層上的電子數(shù)只有二個(gè)，所以