第1章 X射線性質(zhì)

材料分析測試技術(shù)

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(shù)材料：你們最關(guān)心的是什么？

性能：你認為與哪些因素有關(guān)？

結(jié)構(gòu)：有哪些檢測分析技術(shù)？緒論物質(zhì)的性質(zhì)、材料的性能決定于它們的組成和微觀結(jié)構(gòu)。如果你有一雙X射線的眼睛，就能把物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)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(shù)的發(fā)展與X射線及晶體衍射有關(guān)的部分諾貝爾獎獲得者名單

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1-1X射線的本質(zhì)；

1-2X射線的產(chǎn)生；

1-3X射線譜；

1-4X射線與物質(zhì)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(zhì)X射線的本質(zhì)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(zhì)量、能量和動量。表現(xiàn)形式為在與物質(zhì)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(guān)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(guān)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(zhuǎn)換，電子的運動受阻失去動能，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。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(jié)構(gòu)；圖；

2.特殊構(gòu)造的X射線管；

3.市場上供應的種類。

X射線管的結(jié)構(gòu)封閉式X射線管實質(zhì)上就是一個大的真空（）二極管。基本組成包括：

(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(gòu)造的X射線管；

(1)細聚焦X射線管；

(2)旋轉(zhuǎn)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(gòu)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(nèi)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(guān)，不受其它因素的影響。相互關(guān)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(nèi)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(chǔ)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(nèi)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