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文檔簡介
材料分析測試技術
哈爾濱工業(yè)大學(威海)材料科學與工程學院夏龍
X射線衍射分析技術材料:你們最關心的是什么?
性能:你認為與哪些因素有關?
結構:有哪些檢測分析技術?緒論物質的性質、材料的性能決定于它們的組成和微觀結構。如果你有一雙X射線的眼睛,就能把物質的微觀結構看個清清楚楚明明白白!X射線衍射將會有助于你探究為何成份相同的材料,其性能有時會差異極大.X射線衍射將會有助于你找到獲得預想性能的途徑。1、衍射分析技術的發(fā)展與X射線及晶體衍射有關的部分諾貝爾獎獲得者名單
第一章X射線性質返回目錄
1-1X射線的本質;
1-2X射線的產(chǎn)生;
1-3X射線譜;
1-4X射線與物質相互作用;
1-5X射線的探測與防護;
返回電磁波譜1-1X射線的本質X射線的本質是電磁輻射,與可見光完全相同,僅是波長短而已,因此具有波粒二像性。(1)波動性;(2)粒子性。波動性X射線的波長范圍:
0.01~100?表現(xiàn)形式:在晶體作衍射光柵觀察到的X射線的衍射現(xiàn)象,即證明了X射線的波動性。硬X射線:波長較短的硬X射線能量較高,穿透性較強,適用于金屬部件的無損探傷及金屬物相分析。軟X射線:波長較長的軟X射線能量較低,穿透性弱,可用于分析非金屬的分析。X射線波長的度量單位常用埃(?)或晶體學單位(kX)表示;粒子性特征表現(xiàn)為以光子形式輻射和吸收時具有的一定的質量、能量和動量。表現(xiàn)形式為在與物質相互作用時交換能量。如光電效應;二次電子等。X射線的頻率ν、波長λ以及其光子的能量ε、動量p之間存在如下關系:
式中h——普朗克常數(shù),等于6.625×J.s;c——X射線的速度,等于2.998×cm/s.
相關習題:
1.試計算波長0.71A(Mo-Kα)和1.54A(Cu-Kα)的X射線束,其頻率和每個量子的能量?
解答1-2X射線的產(chǎn)生(1)產(chǎn)生原理;(2)產(chǎn)生條件;
(3)過程演示;
(4)X射線管;
(5)其它X射線裝置。
產(chǎn)生原理高速運動的電子與物體碰撞時,發(fā)生能量轉換,電子的運動受阻失去動能,其中一小部分(1%左右)能量轉變?yōu)閄射線,而絕大部分(99%左右)能量轉變成熱能使物體溫度升高。產(chǎn)生條件1.產(chǎn)生自由電子;2.使電子作定向的高速運動;3.在其運動的路徑上設置一個障礙物使電子突然減速或停止。接變壓器玻璃鎢燈絲金屬聚燈罩鈹窗口金屬靶冷卻水電子X射線X射線X射線管剖面示意圖(回車鍵演示)過程演示X射線管
1.X射線管的結構;圖;
2.特殊構造的X射線管;
3.市場上供應的種類。
X射線管的結構封閉式X射線管實質上就是一個大的真空()二極管?;窘M成包括:
(1)陰極:陰極是發(fā)射電子的地方。
(2)陽極:亦稱靶,是使電子突然減速和發(fā)射X射線的地方。(3)窗口:窗口是X射線從陽極靶向外射出的地方。(4)焦點:焦點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。
特殊構造的X射線管;
(1)細聚焦X射線管;
(2)旋轉陽極X射線管。
1-3X射線譜
由X射線管發(fā)射出來的X射線可以分為兩種類型:(1)連續(xù)X射線;
(2)標識X射線。
連續(xù)X射線具有連續(xù)波長的X射線,構成連續(xù)X射線譜,它和可見光相似,亦稱多色X射線。產(chǎn)生機理;
演示過程;
短波限;
X射線的強度。
產(chǎn)生機理
能量為eV的電子與陽極靶的原子碰撞時,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)生一個能量為hγ的光子,這樣的光子流即為X射線。單位時間內到達陽極靶面的電子數(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。短波限
連續(xù)X射線譜在短波方向有一個波長極限,稱為短波限λ0.它是由光子一次碰撞就耗盡能量所產(chǎn)生的X射線。它只與管電壓有關,不受其它因素的影響。相互關系為:式中e——電子電荷,等于靜電單位;V——電子通過兩極時的電壓降(靜電單位);h——普朗克常數(shù),等于X射線的強度
X射線的強度是指垂直X射線傳播方向的單位面積上在單位時間內所通過的光子數(shù)目的能量總和。常用的單位是J/cm2.s.X射線的強度I是由光子能量hv和它的數(shù)目n兩個因素決定的,即I=nhv.連續(xù)X射線強度最大值在1.5λ0,而不在λ0處。標識X射線
是在連續(xù)譜的基礎上疊加若干條具有一定波長的譜線,它和可見光中的單色相似,亦稱單色X射線。
1.標識X射線的特征
;2.產(chǎn)生機理
;3.過程演示
;4.K系激發(fā)機理
;5.莫塞萊定律;
6.標識X射線的強度特征。
標識X射線的特征
當電壓達到臨界電壓時,標識譜線的波長不再變,強度隨電壓增加。如鉬靶K系標識X射線有兩個強度高峰為Kα和Kβ,波長分別為0.71A和0.63A.標識X射線的特征產(chǎn)生機理
陽極靶原子的內層電子被擊出時,于是在低能級上出現(xiàn)空位,系統(tǒng)能量升高,處于不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)。較高能級上的電子向低能級上的空位躍遷,并以光子的形式輻射出標識X射線譜。K態(tài)(擊走K電子)L態(tài)(擊走L電子)M態(tài)(擊走M電子)N態(tài)(擊
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