第1章X射线的性质优秀PPT.ppt

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1、 X射线波长为射线波长为10-1210-8m，在电磁波谱中位于紫外线与在电磁波谱中位于紫外线与射线之间并与它们射线之间并与它们部分相重叠。部分相重叠。一般波长短的一般波长短的X射线穿透实力强，称为硬射线穿透实力强，称为硬X射射线，反之则称为软线，反之则称为软X射线。射线。电磁波谱：电磁辐射按波长依次排列 射射线线 X X 射射线线紫紫外外光光可可见见光光红红外外光光微微波波无无线电波线电波2、是粒子性和波动性的统一,动量;,能量h,普朗克常数6.62510-34JSC,光速2.998108mX射线的性质具有很强的穿透实力，通过物质时可被具有很强的穿透实力，通过物质时可被吸取使其强度减弱，能杀伤

2、生物细胞。吸取使其强度减弱，能杀伤生物细胞。沿直线传播，光学透镜、电场、磁场不沿直线传播，光学透镜、电场、磁场不能使其发生偏转。能使其发生偏转。二、X射线的产生X射线管(原理示意图)2、X射线产生必需具备的三个基本条件：()产生产生自由电子自由电子 ()使电子作定向高速运动使电子作定向高速运动 ()有障碍物使其突然减速有障碍物使其突然减速三、X射线谱连续连续X射线谱射线谱X X射线特征光谱射线特征光谱1、连续连续X射射线谱线谱连续射线的产生经典电动力学说明：量子力学说明：电子和原子的碰撞e,eU=1/2mv2hvhv=hc/=hc/eU=1.24/U连续X射线谱特征1、存在短波限02、随着管电

3、压的增加，短波限0向短波方向移动。3、随着管电压的增加，射线强度增大。4、射线管放射连续射线的效率比较低。钨阳靶，管电压钨阳靶，管电压100，12、特征、特征/标识标识X射射线谱线谱特征X射线谱特征X射线的产生KLMKK基态MLK20.003kev2.869kev2.630kev2.525kev0.509kev0.414kev0.396kev0.235kev0.232kev0M0的原子能级图123K1K2K1K2L1L2若K层产生空位，其外层电子向K层跃迁产生的X射线统称为K系特征辐射，由L层或M层或更外层电子跃迁产生的X系特征辐射分别依次称为K，K，射线；但距K层越远的能级，电子向K层跃迁几

4、率越小，相应产生的辐射光子数越少，故通常除K、K外，忽视其它辐射。若L层产生空位，其外M，N，层电子向其跃迁产生的谱线分别依次称为L，L，射线，并统称为L系特征辐射。M系等依此类推。特征X射线谱及管电压对特征谱的影响钼钯K系1-20kV2-25kV3-35kVK射线的双重线K1与K2(钼靶)特征X射线谱特征1、波长具有特征性，只与阳极靶原子系数有关，而和管电压无关。2、只有管电压超过一个临界值，才能够产生。3、随着管电压的增加，射线强度增大，但波长不变。特征谱线波长与物质原子序数的关系由莫塞莱(Mose1ey)定律表述.特征特征X射线小结射线小结1）定义定义：是具有特定波长的：是具有特定波长的

5、X射线，也射线，也 称单称单色色X射线射线。2）产朝气理：入射电子能量等于或大于物产朝气理：入射电子能量等于或大于物质原子中质原子中K层电子的结合能，将层电子的结合能，将K层电子激层电子激发掉，外层电子会跃迁到发掉，外层电子会跃迁到K层空位，因外层层空位，因外层电子能量高，多余的能量就会以电子能量高，多余的能量就会以X射线的形射线的形式辐射出来，两个能级之间的能量差是固式辐射出来，两个能级之间的能量差是固定的，所以此能量也是固定，即其波长也定的，所以此能量也是固定，即其波长也是固定的：是固定的：En2En1=h（c/）特征特征X射线小结射线小结3）特征谱结构）特征谱结构 K系特征谱系特征谱：K

6、、K、K,K(K1、K2)4）与与Z的关系的关系 1/1/K K(Z Z)荧光荧光X射线光谱分析（射线光谱分析（XRF、XFS）四、X射线与物质的相互作用散射吸取透过衰减X射线作用于物质射线作用于物质1 X射线的散射射线的散射X射线与物质内层电子作用时，电子便成为新的电磁波源向空间各个方向辐射与入射X射线频率相同的电磁波，新的散射波之间可以发生干涉作用。X射线射线 光量子光量子 碰撞碰撞(原子中原子中束缚较紧、束缚较紧、Z较大较大电子电子)新振动波源群新振动波源群（原子中的电子）；与原子中的电子）；与X射线的周期、射线的周期、频率相同，方向不同。频率相同，方向不同。相干散射相干散射非相干散射非

7、相干散射X射线与外层电子（受核束缚力小）或自由电子碰撞时，电子获得一部分动能成为反冲电子，碰撞后的光子能量削减并偏离原来的传播方向。由于散射波波长随散射方向变更，与入射X射线不存在固定的位相关系，散射线之间不能发生干涉作用。X射线穿过厚度为dx的薄层单元时，其强度衰减率dI/I可表示为：XX 线吸取系数，单位为cm-1。(1)吸取系数2、X射线的吸取及衰减规律射线的吸取及衰减规律XdXI0IxdIxI1）：线吸取系数，单位为cm-1。吸取系数探讨2）线吸取系数大小取决于入射X射线的波长及物质的密度。3）m=/，单位为cm2g-1。质量吸取系数。xxxm与入射X射线波长及原子序数Z的关系为：m

8、K 3Z2例例题题 假假如如以以金金属属Ni作作为为CuK 滤滤波波片片，要要求求只只有有2%的的K 辐辐射射穿穿过过，请请计计算算滤滤波波片片的的厚厚度度和和K 的透射率。的透射率。（Ni：=8.92g/cm3，m(CuK)=49.2 cm2/g，m(CuK)=286 cm2/g）解：解：1.K 滤波片的厚度计算：滤波片的厚度计算：当当一一束束平平行行的的X射射线线垂垂直直投投射射到到吸吸取取体体的的表表面面时时，其透射光的强度其透射光的强度I为：为：I=I0 exp(-m H)（1）式式中中：H为为吸吸取取体体的的厚厚度度，为为吸吸取取体体的的密密度度，m为为吸吸取取体体的的质质量量吸吸取

9、取系系数数。将将公公式式（1）整整理理成成log10的的形形式式：log(I0/I)=0.434(-m H)（2）按题义要求：按题义要求：CuK 的的 I0/I=50。代入公式（。代入公式（2）中得：）中得：H=log 50/(0.4342868.92)H=15.3 m2.K的透射率计算：滤波片的厚度已确定为15.3mlog100/I=0.43449.28.920.00153logI=log100-0.291I=101.71=51.3即在此条件下CuK辐射的透射率为51.3%。多元素物质（机械混合物、固溶体或化合物）:m=w1m1+w2m2+式中：w1，w2各元素的重量百分数 m1，m2各元素

10、的质量吸取系数（2）吸取限波长吸收系数l k荧光辐射（二次荧光辐射（二次X射线）射线）俄歇效应：俄歇效应：吸取限吸取限激发（吸取）限与激发电压激发（吸取）限与激发电压k12.4/vk k称称为为激激发发限限，从从X射射线线吸吸取取的的角角度度讲讲又又可可称称吸吸取取限限，Vk称称 K系系激激发发电压。电压。（3）吸取限的应用 滤波片的选择 当 Z靶 40时，Z滤片=Z靶-2 阳极靶的选择阳极靶放射出的X射线的K波长应稍大于试样的K吸取限K，而且尽量靠近K。Z靶 Z试样+1阳极靶放射出的X射线的波长K某种材料的吸取限K K铁元素吸取系数随波长的变更铁元素吸取系数随波长的变更铁的K=0.17429

11、nm 0.170.17429探讨纯铁样品时,如何选择阳极靶？靶材钴、镍的K波长分别为0.17902nm及0.16591nm，0.160.180.150.17镍的K波长0.16591nm K波长0.1500nm钴的K波长0.17902nm K波长0.160720nm小结：X射线与固体物质的相互作用五、X射线的探测与防护探测：荧光屏、照相底片、辐射探测器等。防护：铅板、铅玻璃、铅橡皮工作服、铅玻璃眼镜等。射线对物质晶体的探讨？波的干涉波的干涉1.X1.X射线的波粒二象性射线的波粒二象性 2.2.连续连续X X射线谱的特点射线谱的特点3.X3.X射线产生的基本条件与基本性质射线产生的基本条件与基本性

12、质4.4.特征（标识）特征（标识）X X射线的特点射线的特点,5.5.光电效应与光电效应与俄歇效应俄歇效应6.6.相干散射与非相干散射相干散射与非相干散射 7.7.什么叫特征什么叫特征X X射线激发电压射线激发电压V V激？激？习题1-1试计算波长为0.71(MoK)和1.54(CuK)的X射线束的频率(每秒)和每个量子的能量是多少?1-2试计算管压为50KV时,X射线管中的电子撞击阳极靶的速度和动能。此时X光管放射的连续光谱的短波限及每个光子的最大能量是多少？1-3铅对MoK，RhK及AgK的质量吸取系数分别为141，95.8及74.4，作图验证公式m=K3Z3。依据所作的曲线确定试样铅对6

13、0KV管压X射线管发出的最短波长辐射的质量吸取系数。1-4X射线衍射试验室为爱护操作人员所用的铅屏厚度通常至少为1毫米。试计算这种铅屏对于CuK、MoK及管压为60KV的X射线管所放射的最短波长辐射的透射系数（I透射/I入射）。精品课件精品课件！精品课件精品课件！1885年巴耳麦(J.Balmer)对氢原子在可见光区的十四条谱线总结出了巴耳麦阅历公式1895年德国物理学家伦琴(W.C.Rntgen)发觉了X射线，初步探讨了其性质。他于1901年成为了世界上第一位诺贝尔奖获得者1900年德国物理学家普朗克(M.Planck)提出振子能量有不连续性的“能量子”概念，成功地说明白黑体辐射中能量密度随

14、频率变更的规律1905年爱因斯坦(A.Einstein)提出“光子说”主见光子兼有粒子性，成功地说明白光最效应的试验规律1906年汤姆逊(J.J.Thomson)因证明电子是粒子诺贝尔物理奖1911年卢琴福(E.Rutherford)提出原子结构的有核模型19101912年劳厄(M.VonLaue)在其探讨生夫里德里克(W.Friedrich)及尼平(P.Knipping)的帮助下完成了五水硫酸铜单晶对X射线的衍射试验，一箭双雕的证明白X射线的波动性本质及晶体结构排列的周期性质。1914年劳厄师生获得了诺贝尔奖1912年英国物理学家布拉格(W.H.Bragg)发觉了X射线的特征谱线，后经莫塞莱

15、(H.G.Moseley)系统化1913年布拉格（W.L.Bragg)用比劳厄更简洁的公式表达了X射线在晶体中产生衍射的必要条件（布拉格方程）。1915年布拉格父子获得了诺贝尔奖1913年丹麦物理学家玻尔(N.Bohr)提出原子中电子运动的“定态”概念及“玻尔频率规律”，成功的说明白氢原子光谱的阅历公式（巴耳麦阅历公式）1921年德国物理学家厄瓦尔多将倒易点阵的概念引入了X射线衍射领域1923法国物理学家德布罗意(L.deBroglie)提出电子等微观质点的运动兼有波动性的假说（物质波）1927年汤姆逊(G.P.Thomson)的电子衍射试验证明白电子具有波动性（德布罗意的假说），并因此获得了1937年的诺贝尔物理奖1985年赫普特曼(H.Hauptman)及科尔勒(J.Karle)因发展了X射线分析的“干脆法”获得了诺贝尔奖