第1章 緒論及X射線物理學基礎課件

晶體X射線衍射學基礎

X-rayDiffractionofCrystals

(FoundationsandApplications)

材料近代分析測試方法-I燕山大學材料科學與工程學院王利民◆◆◆聯(lián)系方式：材料館C樓411，LIMIN_WAN.CN第1章_緒論及X射線物理學基礎1，本課程的重要性2，本科課程包含的內(nèi)容3，X射線的歷史與發(fā)展4，X射線衍射的應用5，本課程的整體安排、教學以及其他第0章、緒論第1章_緒論及X射線物理學基礎X射線――體檢透視、旅行安檢（火車、飛機）、海關驗貨、工業(yè)探傷等等。第1章_緒論及X射線物理學基礎

材料結構分析

材料性能化學成分物相組成相結構相形貌相分布相大小缺陷材料結構分析方法：建立在材料的各種物理化學效應基礎上

物理方法：光束、X射線束，電子束、中子束、其它粒子等化學方法：利用X射線束和電子束與材料相互作用產(chǎn)生效應來對材料進行分析測試的方法是材料近代分析中最重要的方法----（1）材料的X射線分析方法+（2）材料電子顯微分析方法材料科學研究第1章_緒論及X射線物理學基礎課程的中心是圍繞：

X射線衍射譜1，X射線是怎么回事？--X射線的基本物理2，衍射譜的構成3，衍射譜的形成原理4，如何從衍射譜中獲取結構信息…………2，本課程包含的內(nèi)容第1章_緒論及X射線物理學基礎材料“大夫”－專業(yè)、職業(yè)的！第1章_緒論及X射線物理學基礎物質(zhì)的性質(zhì)、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(zhì)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。第1章_緒論及X射線物理學基礎X射線衍射（XRD）邊緣X-射線吸收微細結構（EXAFS）X射線吸收近邊結構（XANES）X射線形貌（XRT）X射線成像（XRI）X射線小角散（XRS）X射線光刻（XRL）X射線熒光（XRF）

第1章_緒論及X射線物理學基礎3，X射線以及X射線衍射學發(fā)展歷程1.1895年，德國，倫琴，發(fā)現(xiàn)，醫(yī)療，第一個諾貝爾物理獎；2.1912年，德國，勞埃，第一張X射線衍射花樣，晶體結構，電磁波，原子間距，勞埃方程，不方便；1913-1914年，英國，布拉格父子，布拉格方程，晶體結構分析；3.1916年，德拜、謝樂，粉末法，多晶體結構分析；4.1928年，蓋格，彌勒，計數(shù)管，X射線衍射線強度，衍射儀。第1章_緒論及X射線物理學基礎

TheNobelPrizeinPhysics1901WilhelmConradRoentgen

GermanyMunichUniversity

Munich,Germany1845-1923倫琴第1章_緒論及X射線物理學基礎

1901年獲諾貝爾物理獎

W.C.(WilhelmConradRoentgen1845——1923)

1845年3月27日生于德國萊茵省勒奈普市。1869年在蘇黎世大學獲哲學博士學位，并留校任教。1872年——1879年先后在斯特拉斯堡大學，霍恩海姆農(nóng)學院、吉森大學等校任教，1888年起任維爾茨堡大學教授及物理所所長，后任校長。1896年成為柏林和慕尼黑科學院通訊院士，1900——1920年任慕尼黑物理所所長，1923年2月10日逝世。主要成就：從1876年開始研究各種氣體比熱，證實氣體中電磁旋光效應存在。1888年實驗證實電介質(zhì)能產(chǎn)生磁效應，最重要在1895年11月8日在實驗中發(fā)現(xiàn)：當克魯克斯管接高壓電源，會放射出一種穿透力極強的射線，他命名為X射線。X射線在晶體結構分析，金相材料檢驗，人體疾病透視檢查即治療方面有廣泛應用，因此而獲得1901年諾貝爾物理獎。

倫琴第1章_緒論及X射線物理學基礎倫琴第1章_緒論及X射線物理學基礎李鴻章在X光被發(fā)現(xiàn)后僅7個月就體驗了此種新技術，成為拍X光片檢查槍傷的第一個中國人。第1章_緒論及X射線物理學基礎衍射分析技術的發(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1章_緒論及X射線物理學基礎4，X射線衍射技術的主要應用領域

1，晶體結構分析：人類研究物質(zhì)微觀結構的第一種方法。2，物相定性分析3，物相定量分析4，晶粒大小分析5，非晶態(tài)結構分析，結晶度分析6，宏觀應力與微觀應力分析7，擇優(yōu)取向分析第1章_緒論及X射線物理學基礎X射線（緒論、第一章）衍射方向（衍射峰的位置）（第三章）衍射強度（衍射峰的高度）（第四章）衍射形狀（衍射峰的形狀）（第四、九章）物質(zhì)（晶體、納米晶、非晶與液體等）（第二章）吸收、散射等等晶粒尺度結構確定，物相標定，點陣參數(shù)確定，應力分布（第六、七、八章）衍射衍射技術與設備（第五章）干涉函數(shù)非晶態(tài)一、課程總體結構第1章_緒論及X射線物理學基礎二、課程特點

1.課時安排：講26學時，實驗6學時；

2.內(nèi)容抽象，涉及知識面較廣，物理學、化學、數(shù)學、材料學等，但邏輯性很強，在原理方面說不清楚的地方不多。三、教材與參考書范雄《金屬X射線學》，經(jīng)典、錯少李樹棠《晶體X射線衍射學基礎》，冶金工業(yè)出版社四、上課要求

1.認真聽講；

2.上課期間不許說話，請大家理解；五、考試期末閉卷考試+平時表現(xiàn)第1章_緒論及X射線物理學基礎

第一章X射線的物理學基礎

第1章_緒論及X射線物理學基礎

1-1X射線的產(chǎn)生

1-2X射線的本質(zhì)

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

第1章_緒論及X射線物理學基礎1-1X射線的產(chǎn)生X-射線管–重點同步輻射光源–了解X-射線激光激光等離子體光源產(chǎn)生X-射線的方式：第1章_緒論及X射線物理學基礎(1)產(chǎn)生原理—重點(2)產(chǎn)生條件—重點(3)X射線管(4)過程演示（一）X射線管—重點第1章_緒論及X射線物理學基礎產(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。第1章_緒論及X射線物理學基礎產(chǎn)生條件1.產(chǎn)生自由電子---電子源，如加熱鎢絲產(chǎn)生熱電子

2.使電子作定向的高速運動---施加在陽極和陰極（鎢絲）間的電壓1236541-高壓變壓器;2-鎢絲變壓器；3-X射線管；4-陽極；5-陰極；6-電子；7-X射線7常規(guī)的X射線產(chǎn)生裝置第1章_緒論及X射線物理學基礎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。4.真空---把陰極和陽極密封在真空度高于10-3Pa的真空中，保持兩極潔凈并使加速電子無阻地撞擊到陽極靶上。1236541-高壓變壓器;2-鎢絲變壓器；3-X射線管；4-陽極；5-陰極；6-電子；7-X射線7產(chǎn)生條件常規(guī)的X射線產(chǎn)生裝置第1章_緒論及X射線物理學基礎X射線管

1.X射線管的結構2.特殊構造的X射線管3.市場上供應的種類

第1章_緒論及X射線物理學基礎X射線管的結構

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：靶，是使電子突然減速和發(fā)射X射線的地方。第1章_緒論及X射線物理學基礎(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。第1章_緒論及X射線物理學基礎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射線管剖面示意圖過程演示第1章_緒論及X射線物理學基礎特殊構造的X射線管(1)細聚焦X射線管(2)旋轉(zhuǎn)陽極X射線管第1章_緒論及X射線物理學基礎市場上供應的種類

(1)密封式燈絲X射線管(2)可拆式燈絲X射線管第1章_緒論及X射線物理學基礎（1）產(chǎn)生原理利用電子在作加速運動時能輻射電磁波的原理，輻射電磁波的光子能量在2479.7—0.0496keV范圍的稱為同步輻射X射線。（二）同步輻射第1章_緒論及X射線物理學基礎（2）同步輻射光源：20世紀60年代末出現(xiàn)。是速度接近光速的帶電粒子在作曲線運動時，沿切線方向發(fā)出電磁輻射—同步光（同步輻射）。電子同步加速器（1947美國通用電器）。同步輻射最初是作為電子同步加速器的有害物而加以研究的，后來成為一種從紅外到硬X-射線范圍內(nèi)有著廣泛應用的高性能光源。第1章_緒論及X射線物理學基礎（3）同步輻射光的特點（1）波段寬：具有頻譜寬且連續(xù)可調(diào);（2）高亮度；（3）高準直度；（4）高偏振性；（5）高純凈性；（6）窄脈沖；（7）精確度高；（8）高穩(wěn)定性；（9）高通量；（10）微束徑；（11）準相干等獨特的性能。第1章_緒論及X射線物理學基礎（4）同步輻射裝置世界上有近40臺同步輻射光源正在運行，還有幾十臺在設計建造中。北京同步輻射裝置（BSRF）合肥中國科技大學同步輻射裝置（NSRL）上海光源（SSRF）屬第三代光源。臺灣新竹的同步輻射裝置（SRRC）第1章_緒論及X射線物理學基礎BSRF4w1漫散射XAFSX-射線成像4B9衍射和小角散射光電子能譜3B1光刻VUV3W1軟X射線光學4W1B4W1A4B9B4B9A3B1B3B1A3W1A3W1B1W1

熒光分析4W2生物大分子高壓3B3中能束線LIGA13條光束線13個實驗站第1章_緒論及X射線物理學基礎北京同步輻射裝置第1章_緒論及X射線物理學基礎（5）同步輻射的特殊應用：

----利用高的空間分辨率：1，同步輻射X-衍射技術在三維結構生物學中的應用2，細胞膜通道的研究3，光合作用機制的研究4，能量轉(zhuǎn)換的研究5，信號轉(zhuǎn)導的研究6，基因轉(zhuǎn)錄的研究7，病毒生物大分子結構的研究第1章_緒論及X射線物理學基礎第1章_緒論及X射線物理學基礎1-2X射線的本質(zhì)X射線的本質(zhì)是電磁波，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)粒子性第1章_緒論及X射線物理學基礎波動性X射線的波長范圍：

0.01~100?或者10-8-10-12m1?=10-10m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。

X射線是波長在10-8到10-12米范圍內(nèi)，具有極強穿透能力的電磁波。第1章_緒論及X射線物理學基礎硬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（?）,或者通用的國際計量單位中用納米（nm）表示，它們之間的換算關系為：1?=10-10

m

1nm=10-9m第1章_緒論及X射線物理學基礎粒子性特征表現(xiàn)為以光子（光量子）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×m/s.

第1章_緒論及X射線物理學基礎相關習題：

1.試計算波長0.71?（Mo-Kα）和1.54?（Cu-Kα）的X射線束，其頻率和每個量子的能量。

Mo靶X射線:Cu靶X射線:第1章_緒論及X射線物理學基礎第1章_緒論及X射線物理學基礎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)（白色）X射線(2)特征（標識）X射線連續(xù)輻射，特征輻射X射線譜指的是X射線的強度隨波長變化的關系曲線。X射線強度大小由單位面積上的光量子數(shù)決定。第1章_緒論及X射線物理學基礎連續(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射線的強度第1章_緒論及X射線物理學基礎產(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hv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)目是很多的，絕大多數(shù)電子要經(jīng)歷多次碰撞，逐漸地損耗自身的能力，即產(chǎn)生多次輻射，由于多次輻射中光子的能量不同，因此出現(xiàn)連續(xù)X射線譜。第1章_緒論及X射線物理學基礎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)（擊走N電子）擊走價電子中性原子WkWlWmWn0原子的能量連續(xù)X射線產(chǎn)生過程電子沖擊陽極靶X射線射出演示過程第1章_緒論及X射線物理學基礎短波限

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。它是由電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（庫侖）V—管電壓h—普朗克常數(shù)，等于或者第1章_緒論及X射線物理學基礎相關習題試計算用50千伏操作時，X射線管中的電子在撞擊靶時的速度和動能，所發(fā)射的X射線短波限為多少？第1章_緒論及X射線物理學基礎X射線的強度

X射線的強度是指在單位時間內(nèi)通過垂直于X射線傳播方向的單位面積上光子數(shù)目（能量）的總和。常用單位是J/cm2.s.X射線的強度I是由光子能量hν和它的數(shù)目n兩個因素決定的,即I=nhν，連續(xù)X射線強度最大值在1.5λ0,而不在λ0處。第1章_緒論及X射線物理學基礎連續(xù)X射線譜中每條曲線下的面積表示連續(xù)X射線的總強度，也是陽極靶發(fā)射出的X射線的總能量。實驗證明，I與管電流、管電壓、陽極靶的原子序數(shù)存在如下關系：且X射線管的效率為:第1章_緒論及X射線物理學基礎1，各種波長的X射線的相對強度一致增高，2，最高強度的射線的波長逐漸變短（曲線的峰相左移動），3，短波極限逐漸變小，即

0向左移動，4，波譜變寬。因此，管電壓既影響連續(xù)X射線譜的強度，也影響其波長范圍。當增加X射線管的電壓，連續(xù)X射線譜有下列特征第1章_緒論及X射線物理學基礎特征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。

對于一定元素的靶，當管電壓小于某一限度時，只激發(fā)連續(xù)譜。隨著管電壓升高，射線譜向短波及強度升高方向移動，本質(zhì)上無變化。但當管電壓升高到超過某一臨界值（如對鉬靶為20kV）后，曲線產(chǎn)生明顯的變化，即在連續(xù)譜的幾個特定波長的地方，強度突然顯著增大，如圖所示。由于它們的波長反映了靶材的特征，因此稱之為特征X射線譜。

鉬陽極管發(fā)射的X射線譜波長，×0.1nm相對強度35kV2520第1章_緒論及X射線物理學基礎1.特征X射線的特性

管電壓特征

強度特征

特征波長取決于原子序數(shù)--

莫塞萊定律2.產(chǎn)生機理3.K系激發(fā)機理第1章_緒論及X射線物理學基礎1、特征X射線的特性（1）激發(fā)管電壓特征：每一條譜線對應一定的激發(fā)電壓，只有當管電壓超過激發(fā)電壓時才能產(chǎn)生相應的特征譜線，且靶材原子序數(shù)越大其激發(fā)電壓越高。當電壓達到臨界電壓時，特征譜線的波長不再變，強度隨電壓增加。第1章_緒論及X射線物理學基礎K系特征X射線的強度與管電壓、管電流的關系為：強度特征：每個特征射線都對應一個特定的波長，不同靶材的特征譜波長不同。如管電流和管電壓V的增加只能增強特征X射線的強度，而不改變波長。2、特征X射線的特性（2）第1章_緒論及X射線物理學基礎同系（例如K1、L1等）特征X射線譜的頻率和波長只取決于陽極靶物質(zhì)的原子能級結構，是物質(zhì)的固有特性。且存在如下關系：

莫塞萊定律：同系特征X射線譜的波長λ或頻率

與原子序數(shù)Z關系為：3、特征X射線的特性（3）

--莫塞萊定律C，C1

與為常數(shù)或者第1章_緒論及X射線物理學基礎莫塞萊定律K

1:C=3*103

=2.9K

1:C1=5.2*107

=2.9第1章_緒論及X射線物理學基礎產(chǎn)生機理

特征X射線譜的產(chǎn)生機理與陽極物質(zhì)的原子內(nèi)部結構緊密相關的。原子系統(tǒng)內(nèi)的電子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各個能級。在電子轟擊陽極的過程中，當某個具有足夠能量的電子將陽極靶原子的內(nèi)層電子擊出時，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。第1章_緒論及X射線物理學基礎K態(tài)L態(tài)M態(tài)N態(tài)

k

l

m

n0原子的能級h

l→k=l-kK

K

K

L

L

h

n→k=n-kh

n→l=n-l特征X射線產(chǎn)生過程

特征X射線是波長一定的特征輻射。第1章_緒論及X射線物理學基礎特征X射線產(chǎn)生過程K態(tài)L態(tài)M態(tài)N態(tài)

k

l

m

n0原子的能級h

l→k=l-kK

K

K

L

L

h

n→k=n-kh

n→l=n-l

特征X射線是波長一定的特征輻射。第1章_緒論及X射線物理學基礎當K系電子被激發(fā)時，原子的系統(tǒng)能量便由基態(tài)升高到K激發(fā)態(tài)，即K系激發(fā)。同樣，L系，電子被激發(fā)，稱為L系激發(fā)，依此類推。當K層電子出現(xiàn)空位，其被高能級電子填充時產(chǎn)生K系輻射。具體地，當K層空位被L層電子填充時，產(chǎn)生K

輻射，而被M層電子填充時，產(chǎn)生K

輻射。同樣，電子從高能態(tài)填充到L時產(chǎn)生的輻射為L系輻射，依此類推。激發(fā)與輻射第1章_緒論及X射線物理學基礎K系激發(fā)機理

K層電子被擊出時，原子系統(tǒng)能量由基態(tài)升到K激發(fā)態(tài)，高能級電子向K層空位填充時產(chǎn)生K系輻射。L層電子填充空位時，產(chǎn)生Kα輻射；M層電子填充空位時產(chǎn)生Kβ輻射。第1章_緒論及X射線物理學基礎由能級可知Kβ輻射的光子能量大于Kα的能量，但K層與L層為相鄰能級，故L層電子填充幾率大，所以Kα的強度約為Kβ的5倍。產(chǎn)生K系激發(fā)要陰極電子的能量eVk至少等于擊出一個K層電子所作的功Wk。Vk就是激發(fā)電壓。返回莫賽萊定律第1章_緒論及X射線物理學基礎第1章_緒論及X射線物理學基礎1-4X射線與物質(zhì)相互作用

X射線與物質(zhì)相互作用時，產(chǎn)生各種不同的和復雜的過程。就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束X射線通過物質(zhì)時，可分為三部分：

一部分被散射，一部分被吸收，一部分透過物質(zhì)繼續(xù)沿原來的方向傳播。X射線的散射

；X射線的吸收

；X射線的衰減規(guī)律；

吸收限的應用；

X射線的折射；總結

。第1章_緒論及X射線物理學基礎X射線與物質(zhì)相互作用穿透入射X射線束散射吸收相干的（經(jīng)典散射）非相干的光電子+二次特征輻射熱能第1章_緒論及X射線物理學基礎1.4.1X射線的散射

X射線被物質(zhì)散射時，產(chǎn)生兩種現(xiàn)象：

相干散射（也稱為經(jīng)典散射）非相干散射第1章_緒論及X射線物理學基礎

相干散射定義

物質(zhì)中的電子在X射線電場的作用下，產(chǎn)生強迫振動。這樣每個電子在各方向產(chǎn)生與入射X射線同頻率的電磁波。由于散射線與入射線的頻率和波長一致，位相固定，在相同的方向上各個散射波符合干涉條件，因此稱為相干散射。電子將入射X射線向其四周散射；或者說入射波將自身的能量傳給電子，而電子又將該能量轉(zhuǎn)化為與入射波長相同的散射X射線。干涉條件：1，頻率相同2，相位差固定3，振動方向一致第1章_緒論及X射線物理學基礎X射線

原子或離子中的電子——受迫振動。振動著的電子成為次生X射線的波源，向外輻射與入射X射線同頻率的電磁波，稱為散射波。第1章_緒論及X射線物理學基礎相干散射并未損失X射線的能量（頻率或者波長沒變），而只是改變了它的傳播方向。因此相干散射又稱為彈性散射。**相干散射是X射線在晶體中產(chǎn)生衍射的基礎。

第1章_緒論及X射線物理學基礎晶體底片鉛屏X射線管因此，晶體可看作三維立體光柵。（1）勞厄方法（2）衍射儀法X射線衍射第1章_緒論及X射線物理學基礎X射線衍射的成功證明了兩個問題1.人們對可見光的衍射現(xiàn)象有了確切的了解：光柵常數(shù)(a+b)只要與點光源的光波波長為同一數(shù)量級，就可產(chǎn)生衍射，衍射花樣取決于光柵形狀。2.晶體學家和礦物學家對晶體的認識：晶體是由原子或分子為單位的共振體（偶極子）呈周期排列的空間點陣，各共振體的間距大約是10-8-10-7cm，M.A.Bravais已計算出14種點陣類型。第1章_緒論及X射線物理學基礎相干散射強度一個電子的散射強度討論：1，由一個電子散射到相距R的P點的散射波強度只是入射波的強度的極小一部分。2，散射強度與距離的平方成反比。3，各個方向上散射強度不同。PR入射X射線散射X射線電子2

第1章_緒論及X射線物理學基礎非相干散射

（量子散射，或非彈性散射）

X射線光子與束縛力不大的外層電子或自由電子碰撞時電子獲得一部分動能成為反沖電子，X射線光子離開原來方向，能量損失，波長增加。入射X射線量子散射電子2

這種散射波的位相與入射線的位相之間不存在固定關系，不能產(chǎn)生干涉效應，因此稱為非相干散射第1章_緒論及X射線物理學基礎非相干散射是康普頓（pton）和我國物理學家吳有訓等人發(fā)現(xiàn)的，亦稱康普頓效應或康普頓-吳有訓效應。非相干散射突出地表現(xiàn)出X射線的微粒特性，只能用量子理論來描述，亦稱量子散射。它會增加連續(xù)背影，給衍射圖象帶來不利的影響，特別對輕元素。第1章_緒論及X射線物理學基礎1.4.2X射線的吸收

物質(zhì)對X射線的吸收指的是X射線能量在通過物質(zhì)時轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，X射線發(fā)生了能量損耗。物質(zhì)對X射線的非熱能的吸收主要是由原子內(nèi)部的電子躍遷而引起的。這個過程中發(fā)生X射線的光電效應和俄歇效應。光電效應；

俄歇效應。熱能

第1章_緒論及X射線物理學基礎光電效應（熒光輻射）（1）定義：當一個具有足夠能量的X射線光子碰撞到物質(zhì)的原子時，也可以擊出原子內(nèi)層(如K層)的電子而產(chǎn)生電子空位，且高能級的電子填充該空位發(fā)生電子躍遷時，同樣會產(chǎn)生輻射，即產(chǎn)生特征X射線。這種以X射線光子激發(fā)物質(zhì)原子所發(fā)生的激發(fā)和輻射的過程稱為光電效應。被擊出的電子被稱為X射線光電子，所輻射的特征X射線稱為次級（或二次）X射線，或稱為熒光X射線。第1章_緒論及X射線物理學基礎（2）產(chǎn)生條件：產(chǎn)生光電效應，X射線光子波長必須小于吸收限λk。當X光子激發(fā)K系（電子）產(chǎn)生光電效應時，光子的能量必須大于擊出一個K層電子所做的功（臨界值）：此式把吸收限與激發(fā)電壓聯(lián)系起來。從激發(fā)光電效應角度講，我們可以稱

K為激發(fā)限波長，即只有波長小于

K的X光子才能激發(fā)K系產(chǎn)生X光電效應而使X射線的能量被吸收。

吸收限與光電效應相關聯(lián)。K系光電效應（熒光輻射）L系光電效應（熒光輻射）……第1章_緒論及X射線物理學基礎俄歇效應原子在入射X射線光子或電子的作用下失掉K層電子，處于K激發(fā)態(tài)；當L層電子填充空位時，放出EL-EK能量，產(chǎn)生兩種效應：(1)熒光X射線；(2)產(chǎn)生二次電離，使另一個核外電子成為二次電子——俄歇電子。第1章_緒論及X射線物理學基礎KLILIILIIIMKLILIIKLL俄歇躍遷俄歇電子的能量與激發(fā)源（光子或電子）的能量無關，只取決于物質(zhì)原子的能級結構，每種元素都有自己的特征俄歇電子能譜。故可利用俄歇電子能譜做元素的成分分析。真空能級第1章_緒論及X射線物理學基礎X射線與物質(zhì)相互作用的總結熱能透射X射線衰減后的強度I0散射X射線電子熒光X射線相干的非相干的反沖電子俄歇電子光電子康普頓效應俄歇效應

光電效應第1章_緒論及X射線物理學基礎第1章_緒論及X射線物理學基礎1.4.3X射線的衰減規(guī)律

（由于散射+吸收而引起的衰減）當一束X射線通過物質(zhì)時，由于散射和吸收的作用使其透射方向上的強度衰減。衰減的程度與所經(jīng)過物質(zhì)中的距離成正比。dxx第1章_緒論及X射線物理學基礎I0入射X射線強度，Ix為穿透厚度為x的物質(zhì)后的X射線強度，

l為線衰減系數(shù)，衰減與散射的關系很小，因此，

l也稱線吸收系數(shù)（附表上單位為厘米