第1章射线性质及产生精选文档.ppt

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1、第1章射线性质及产生本讲稿第一页，共七十三页1.1 X-Ray的性质X射线是一种电磁波电磁波，波长范围如图1.1,具有波粒二象性具有波粒二象性图图1.1 电磁波谱电磁波谱本讲稿第二页，共七十三页（1 1）波动性）波动性表表现现形形式式：以以一一定定频频率率和和波波长长在在空空间间传传播播;干涉及衍射干涉及衍射效应；效应；如如在在晶晶体体作作衍衍射射光光栅栅观观察察到到的的X X射射线线的的衍衍射现象射现象，即证明了，即证明了X X射线的波动性射线的波动性。X X射线的波长范围：射线的波长范围：0.01100 0.01100 或者或者1010-8-8-10-10-12-12 mm 硬硬x射线：射

2、线：0.05-2.5 0.5-2.5 主要用于主要用于晶体结构分析晶体结构分析0.05-1 主要用于主要用于金属探伤金属探伤等等 软软x射线：射线：10-100 主要用于主要用于医学医学 换算关系：换算关系：1nm=10-9m=10 本讲稿第三页，共七十三页（2 2）粒子性）粒子性表表现现形形式式:以以光光子子（光光量量子子）形形式式辐辐射射和和吸吸收收时时具具有有一一定的定的质量、能量和动量质量、能量和动量;在在与与物物质质相相互互作作用用时时交交换换能能量量。如如光光电电效效应应；二二次次电电子等。子等。X X射射线线的的频频率率、波波长长 以以及及其其光光子子的的能能量量、动动量量p p

3、之之间间存在如下关系：存在如下关系：式中h普朗克常数，等于6.62510-34J.s;cX射线的速度，等于2.998108 m/s.本讲稿第四页，共七十三页X射线产生核心装置：X射线管与X射线同步辐射1.2 X-Ray的产生本讲稿第五页，共七十三页 高高速速运运动动的的电电子子与与物物体体碰碰撞撞时时，与与物物质质内内层层电电子子相相互互作作用用发发生生能能量量转转换换，电电子子的的运运动动受受阻阻失失去去动动能能，其其中中一一小小部部分分（1 1左左右右）能能量量转转变变为为X X射射线线；绝绝大大部部分分（9999左左右右）能能量量转转变变成成热热能能使使物体温度升高。物体温度升高。（1）

4、X-Ray的产生原理原理本讲稿第六页，共七十三页（2）产生条件1.1.产产生生自自由由电电子子-电电子子源源，如如加加热热钨钨丝产生热电子丝产生热电子 2.2.使使电电子子作作定定向向的的高高速速运运动动 -施施加加在在阳阳极极和和阴阴极极（钨钨丝）间的电压丝）间的电压1236541-高压变压器;2-钨丝变压器；3-X射线管；4-阳极；5-阴极；6-电子；7-X射线7常规的X射线产生装置本讲稿第七页，共七十三页83.3.在在其其运运动动的的路路径径上上设设置置一一个个障障碍碍物物使使电电子突然减速或停止。子突然减速或停止。4.4.真真空空-把把阴阴极极和和阳阳极极密密封封在在真真空空度度高高于

5、于1010-3-3Pa Pa 的的真真空空中中，保保持持两两极极洁洁净净并并使使加加速速电电子子无无阻阻地撞击到阳极靶上。地撞击到阳极靶上。1236541-高压变压器;2-钨丝变压器；3-X射线管；4-阳极；5-阴极；6-电子；7-X射线7（3）产生条件常规的X射线产生装置本讲稿第八页，共七十三页X射线产生原子序数越大，X射线波长越短，能量越大，穿透能力越强。辅助设备：冷却系统、安全防护系统、检测系统，等（3）X射线管本讲稿第九页，共七十三页焦斑焦斑阳极靶面被电子束轰击的区域阳极靶面被电子束轰击的区域阳极靶面被电子束轰击的区域阳极靶面被电子束轰击的区域X X射线从焦斑区域出发射线从焦斑区域出发

6、焦斑的形状对焦斑的形状对X X射线衍射图的形状、清晰度、分辨率有较大影响射线衍射图的形状、清晰度、分辨率有较大影响在与焦斑在与焦斑短边垂直处短边垂直处，可得到，可得到正方形焦点正方形焦点，即电光源，即电光源在与焦斑在与焦斑长边垂直处长边垂直处，可得到，可得到细线型焦点细线型焦点，即线光源，即线光源较小的焦斑&较强的强度在与靶面成出射角为36处接受X射线本讲稿第十页，共七十三页接变压器玻璃钨灯丝金属聚灯罩铍窗口金属靶冷却水电子X射线X射线X X射线管剖面示意图射线管剖面示意图（4）过程演示本讲稿第十一页，共七十三页1.3 X射线谱 由由X X射线管发射出来的射线管发射出来的X X射线可以分为两种

7、类射线可以分为两种类型：型：(1)(1)连续（白色）连续（白色）X X射线射线(2)(2)特征（特征（标识）标识）X X射线射线 X X射线谱射线谱指的是指的是X X射线的射线的强度强度随随波长波长变化的关系曲线。变化的关系曲线。X X射线强度大小射线强度大小由单位面积上的由单位面积上的光量子数光量子数决定。决定。本讲稿第十二页，共七十三页连续X射线谱特征X射线谱本讲稿第十三页，共七十三页（1）连续X射线具具有有连连续续波波长长的的X X射射线线，构构成成连连续续X X射射线线谱谱，它和可见光相似，亦称多色它和可见光相似，亦称多色X X射线射线。产生机理产生机理演示过程演示过程短波限短波限X

8、X射线的强度射线的强度本讲稿第十四页，共七十三页连续X射线谱产生机理 能能量量为为eVeV的的电电子子与与阳阳极极靶靶的的原原子子碰碰撞撞时时，电电子子失失去去自自己己的的能能量量，其其中中部部分分以以光光子子的的形形式式辐辐射射，碰碰撞撞一一次次产产生生一一个个能能量量为为hvhv的的光光子子，这样的光子流即为这样的光子流即为X X射线射线。单单位位时时间间内内到到达达阳阳极极靶靶面面的的电电子子数数目目是是很很多多的的，绝绝大大多多数数电电子子要要经经历历多多次次碰碰撞撞，逐逐渐渐地地损损耗耗自自身身的的能能量量，即即产产生生多多次次辐辐射射，由由于于多多次次辐辐射射中中光光子子的的能能量

9、量不不同同，因因此此出出现现连连续续X X射线谱。射线谱。本讲稿第十五页，共七十三页K态（击走K电子）L态（击走L电子）M态（击走M电子）N态（击走N电子）击走价电子中性原子WkWlWmWn0原子的能量连续X射线产生过程电子冲击阳极靶X射线射出演示过程本讲稿第十六页，共七十三页短波限 连连续续X X射射线线谱谱在在短短波波方方向向有有一一个个波波长长极极限限，称称为为短短波波限限 0 0。它它是是由由电电子子一一次次碰碰撞撞就就耗耗尽尽能能量量所所产产生生的的X X射射线线。它只与。它只与管电压管电压有关，不受其它因素的影响。有关，不受其它因素的影响。相互关系为：式中 e 电子电荷，等于 （库

10、仑）V管电压h普朗克常数，等于c 光速2.998*108m/s本讲稿第十七页，共七十三页X射线的强度 X射线的强度是指在单位时间内通过垂直于X射线传播方向的单位面积上光光子子数数目目（能能量量）的的总总和和。常用单位是J/cm2.s.X X射射线线的的强强度度I I是是由由光光子子能能量量hh和和它它的的数目数目n n两个因素决定的两个因素决定的,即I=nh，连续X射线强度最大值在1.50,而不在0处。本讲稿第十八页，共七十三页连续X射线谱中每条曲线下的面积表示连续X射线的总强度，也是阳极靶发射出的X射线的总能量。实验证明，I与管电流、管电压、阳极靶的原子序数存在如下关系：且X射线管的效率为:

11、本讲稿第十九页，共七十三页201.强度随波长连续变化，2.每条曲线都对应有一个最短的波长（短波限0）和一个强度最大值3.短波限0与管电压有关因此，管电压既影响连续因此，管电压既影响连续X X射线谱的强度，也影响其波长范围。射线谱的强度，也影响其波长范围。当增加当增加X X射线管的电压，连续射线管的电压，连续X X射线谱有下列特征射线谱有下列特征本讲稿第二十页，共七十三页Page 21连续谱与电流、电压和靶材的关系本讲稿第二十一页，共七十三页练习题1.1.试试计计算算波波长长0.71 0.71（Mo-KMo-K）和和1.54 1.54（Cu-Cu-KK）的的X X射线束，其频率和每个量子的能量。

12、射线束，其频率和每个量子的能量。Mo靶靶X射线射线:Cu靶靶X射线射线:本讲稿第二十二页，共七十三页练习题2.2.试试计计算算用用5050千千伏伏操操作作时时，X X射射线线管管中中的的电电子子在在撞撞击击靶靶时时的的速速度度和和动动能能，所所发发射射的的X X射射线线短短波波限限为多少？为多少？本讲稿第二十三页，共七十三页1.1.产生机理产生机理2.2.特征特征X X射线的特性射线的特性 管电压特征管电压特征 强度特征强度特征 特征波长取决于原子特征波长取决于原子 序数序数-莫塞莱定律莫塞莱定律3.K3.K系激发机理系激发机理(2)特征特征X射线谱射线谱Mo的特征X射线谱本讲稿第二十四页，共

13、七十三页Page 251.特征X射线产生机理跃迁本讲稿第二十五页，共七十三页X射线管中，射线管中，阴极发射的电子束阴极发射的电子束 轰击阳极轰击阳极 内层电子击出内层电子击出 低能级上出现低能级上出现空位空位 系统处于系统处于激发状态（不稳定）激发状态（不稳定）较高能级上的电子较高能级上的电子向向低能级上的空位跃迁低能级上的空位跃迁（系（系统能量重新降低而趋于统能量重新降低而趋于稳定稳定）多余的能量以光子多余的能量以光子的形式向外辐射特征的形式向外辐射特征X射线。辐射光子的能量为：射线。辐射光子的能量为：hn2-n1En2-En1 En2和和En1 分别为高能级和低能级电子的能量分别为高能级和

14、低能级电子的能量 特征特征x-ray产生的机理产生的机理X射线的物理基础射线的物理基础本讲稿第二十六页，共七十三页2.特征X射线的特性(1)(1)激激发发管管电电压压特特征征：每每一一条条谱谱线线对对应应一一定定的的激激发发电电压压，只只有有当当管管电电压压超超过过激激发发电电压压时时才才能能产产生生相相应应的的特特征征谱谱线线，且且靶材原子序数越大其激发电压越高。靶材原子序数越大其激发电压越高。当当电电压压达达到到临临界界电电压压时时，特特征征谱谱线线的的波长不再变，强度随电压增加。波长不再变，强度随电压增加。本讲稿第二十七页，共七十三页K系特征X射线的强度与管电压、管电流的关系为：(2)(

15、2)强度特征强度特征：每个特征射线都对应一个：每个特征射线都对应一个特定的波长，特定的波长，不同靶材的特征谱波长不同不同靶材的特征谱波长不同。如如管电流和管电压管电流和管电压V V的增加的增加只能增强特征只能增强特征X X射线的强度，而不改变波长。射线的强度，而不改变波长。2.特征X射线的特性K2和和n是常数；是常数；V和和Vk分别是工作电压和分别是工作电压和K系激发电压；系激发电压；i管电流管电流本讲稿第二十八页，共七十三页同同系系（例如K1、L1等）特征X射线谱的频率和波长只取决于阳阳极极靶靶物物质质的的原原子子能能级级结结构构，是物物质质的固有特性的固有特性。且存在如下关系：莫莫塞塞莱莱

16、定定律律：同同系系特征X射线谱的波长或频率与原子序数Z关系为：2.2.特征特征X X射线的特性射线的特性 莫塞莱定律莫塞莱定律(3)(3)C，C1 与为常数或者本讲稿第二十九页，共七十三页30莫塞莱定律莫塞莱定律K K 1 1:C=3*103:C=3*103 =2.9=2.9K K 1 1:C1=5.2*107:C1=5.2*107 =2.9=2.9本讲稿第三十页，共七十三页由由能能级级可可知知K K 辐辐射射的的光光子子能能量量大大于于K K 的的能能量量，但但K K层层与与L L层层为为相相邻邻能能级级，故故L L层层电电子子填填充充几几率率大大，所所以以K K 的的强强度度约约为为K K

17、 的的5 5倍。倍。产产生生K K系系激激发发要要阴阴极极电电子子的的能能量量eVeVk k至至少少等等于于击击出出一一个个K K层层电电子子所所作作的的功功WWk k。V Vk k就就是激发电压。是激发电压。返回莫赛莱定律返回莫赛莱定律本讲稿第三十一页，共七十三页K系激发机理 K K层层电电子子被被击击出出时时，原原子子系系统统能能量量由由基基态态升升到到K K激激发发态态，高高能能级级电电子子向向K K层层空空位位填填充充时时产产生生K K系系辐辐射射。L L层层电电子子填填充充空空位位时时，产产生生K K 辐辐射射；MM层层电电子子填填充充空空位位时时产产生生K K 辐射。辐射。本讲稿第

18、三十二页，共七十三页表表1.1本讲稿第三十三页，共七十三页连续连续X射线谱射线谱特征特征X射线谱射线谱1.强度随波长连续变化强度随波长连续变化2.强度与管电压、管电流、原子序数有关强度与管电压、管电流、原子序数有关3.其产生：高能电子的能量损失频率有其产生：高能电子的能量损失频率有关（电子能量关（电子能量X射线光子能量）射线光子能量）1.波长一定而强度很强波长一定而强度很强2.与与靶材有关靶材有关，有一个激发电压有关，与管，有一个激发电压有关，与管电流无管电流无管3.特征谱的产生与靶材原子内部结构有特征谱的产生与靶材原子内部结构有关如关如K，K（核外不同能级之间能量差（核外不同能级之间能量差X

19、射线光子能量）射线光子能量）连续谱与特征谱的比较本讲稿第三十四页，共七十三页1.4 X射线与物质相互作用 X X射射线线与与物物质质相相互互作作用用时时，产产生生各各种种不不同同的的和和复复杂杂的的过过程程。就就其其能能量量转转换换而而言言，一一束束X X射射线线通通过过物物质质时时，可可分分为为三三部部分分：一部分被散射一部分被散射;一部分被吸收一部分被吸收;一一部部分分透透过过物物质质继继续续沿沿原来的方向传播。原来的方向传播。X X射线的散射射线的散射 ；X X射线的吸收射线的吸收 ；X X射线的衰减规律；射线的衰减规律；吸收限的应用；吸收限的应用；本讲稿第三十五页，共七十三页1.4.1

20、 X射线的散射 X射线被物质散射时，产生两种现象：相干散射相干散射 （也称为经典散射）（也称为经典散射）非相干散射非相干散射本讲稿第三十六页，共七十三页 1.4.1.11.4.1.1相干散射相干散射:（汤姆逊散射（汤姆逊散射/弹性散射）弹性散射）X射线与物质的作用射线与物质的作用相干散射是相干散射是X射线在晶体中产生射线在晶体中产生衍射衍射的基础的基础A.与物质原子中与物质原子中束缚力较大束缚力较大的的电子（内层电子）的作用电子（内层电子）的作用。B.电子作电子作受迫振动受迫振动发射电磁发射电磁波，称散射波。波，称散射波。C、各散射波之间符合振动方、各散射波之间符合振动方向相同、频率相同、位相

21、差向相同、频率相同、位相差恒定的干涉条件，可恒定的干涉条件，可产生产生干涉作用干涉作用。特点：特点：本讲稿第三十七页，共七十三页38X X 射射 线线 原子或离子中的电子原子或离子中的电子受迫振动。受迫振动。振动着的电子成为次振动着的电子成为次生生X射线的波源，射线的波源，向向外辐射与入射外辐射与入射 X X 射线射线同频率的电磁波，称同频率的电磁波，称为为散射波散射波。本讲稿第三十八页，共七十三页1.4.21.4.2非相干散射（康普顿散射/非弹性散射）X射线与物质的作用射线与物质的作用特点：特点：A.X射线与束缚力较小的外层电子或自由电子碰撞B.外层电子成为反冲电子，X射线光子能量减小，波长

22、的改变：=0.0024(1-cos2)C、由于散射、由于散射X射线的波长随散射方向而变，射线的波长随散射方向而变，不能产生干涉效应不能产生干涉效应。故这种。故这种X射线散射称射线散射称为为非非相干散射。本讲稿第三十九页，共七十三页 非相干散射是康普顿康普顿（A.H.Compton）和我国物理学家吴有训吴有训等人发现的，亦称康普顿效应或康普顿康普顿效应或康普顿-吴有训效应吴有训效应。本讲稿第四十页，共七十三页在非相干散射中，除康普顿散射外，在非相干散射中，除康普顿散射外，还有还有拉曼散射、热漫散射、黄昆散射（了解）拉曼散射、热漫散射、黄昆散射（了解）。拉曼散射拉曼散射：是：是X X射线光子能量比

23、壳层电子临界射线光子能量比壳层电子临界激发能小得非常多时发生的共振散射。应用：激发能小得非常多时发生的共振散射。应用：利用拉曼散射可以利用拉曼散射可以测量物质内的电子状态变化。测量物质内的电子状态变化。X射线与物质的作用射线与物质的作用本讲稿第四十一页，共七十三页热漫散射热漫散射：是：是X X射线光子与声子射线光子与声子（谐振动（谐振动的能量的量子化）碰撞造成的。光子的能的能量的量子化）碰撞造成的。光子的能量损失很少，可以把它看成量损失很少，可以把它看成晶格热振动造晶格热振动造成的晶格畸变引起的漫散射成的晶格畸变引起的漫散射。应用：利用热漫散射可以应用：利用热漫散射可以测定物质的特征温测定物质

24、的特征温度等热学性质，判断原子间结合力。度等热学性质，判断原子间结合力。X射线与物质的作用射线与物质的作用本讲稿第四十二页，共七十三页黄昆散射黄昆散射：是：是晶格静畸变晶格静畸变 引起的漫散引起的漫散射，这种散射引起的射，这种散射引起的X X射线能量损失也射线能量损失也很少。很少。应用：利用黄昆散射可以应用：利用黄昆散射可以测定晶体缺陷测定晶体缺陷及其附近的应力场、原子偏聚、短程有及其附近的应力场、原子偏聚、短程有序等序等。本讲稿第四十三页，共七十三页1.4.2 X射线的吸收 物物质质对对X X射射线线的的吸吸收收指指的的是是X X射射线线能能量量在在通通过过物物质质时时转变为其它形式的能量，

25、转变为其它形式的能量，X X射线发生了射线发生了能量损耗。能量损耗。物物质质对对X X射射线线的的非非热热能能的的吸吸收收主主要要是是由由原原子子内内部部的的电电子跃迁而引起的。子跃迁而引起的。这个过程中发生这个过程中发生X X射线的射线的光电效应和俄歇效应光电效应和俄歇效应。光电效应；光电效应；俄歇效应。俄歇效应。热能热能 本讲稿第四十四页，共七十三页光电效应光电效应 以光子以光子激发原子所发生的激发和辐射过程。激发原子所发生的激发和辐射过程。当一个具有足够能量的当一个具有足够能量的X射线光子与物质中的原子相互碰撞时，从原子内部（射线光子与物质中的原子相互碰撞时，从原子内部（例如例如K层）击

26、出一个电子，同时发生辐射而产生特征层）击出一个电子，同时发生辐射而产生特征X射线。被击出的电子称为射线。被击出的电子称为光电子光电子；所辐射的；所辐射的次级次级X射线射线称为标识称为标识X射线或射线或荧光荧光X射线射线。X射线与物质的作用射线与物质的作用本讲稿第四十五页，共七十三页 激发K K系光电效应时，X X射线光子的能量必须大于（其临界值应等于）为击出一个K K层电子所作的功：X射线与物质的作用射线与物质的作用本讲稿第四十六页，共七十三页X射线与物质的作用射线与物质的作用本讲稿第四十七页，共七十三页k k 从从激发激发光电效应的角度说，称为光电效应的角度说，称为激发限波长激发限波长，意义

27、是只有入射的，意义是只有入射的X X射线射线波长达到或小于它时，才能激发物质波长达到或小于它时，才能激发物质的二次特征的二次特征X X射线。射线。从从X射线射线被吸收的被吸收的角度看，称为角度看，称为吸收吸收限波长限波长。意义：当入射的。意义：当入射的X射线的波长射线的波长达到或小于达到或小于k它时，入射它时，入射X射线将被射线将被该物质强烈吸收，并产生光电效应。该物质强烈吸收，并产生光电效应。本讲稿第四十八页，共七十三页 在不同的场合，对于在不同的场合，对于K K 有不同的要求：有不同的要求：衍衍射射分分析析中中，荧荧光光X X射射线线增增加加衍衍射射花花样样的的背背底底，因因此此要要尽尽量

28、量避避免免。(阳阳极极材材料料的的K K 大大于于样品物质的样品物质的K K)X X射射线线荧荧光光分分析析中中，希希望望得得到到尽尽可可能能强强的的荧荧光光X X射射线线，因因此此，激激发发源源的的K K 应应小小于于样样品品物物质的质的K KX射线与物质的作用射线与物质的作用本讲稿第四十九页，共七十三页俄歇电子俄歇电子 处于电离态的原子中的电子发生能级跃迁（退激）时，所处于电离态的原子中的电子发生能级跃迁（退激）时，所释放的能量使另一核外电子被电离，此电子即为俄歇电子。释放的能量使另一核外电子被电离，此电子即为俄歇电子。即：当特征即：当特征X-RayX-Ray光子的能量足够大时，可以再次激

29、发原子的外光子的能量足够大时，可以再次激发原子的外层电子，使之成为自由电子，并勉出样品。层电子，使之成为自由电子，并勉出样品。俄歇电子的能量范围：俄歇电子的能量范围：501500eV。X射线与物质的作用射线与物质的作用本讲稿第五十页，共七十三页本讲稿第五十一页，共七十三页本讲稿第五十二页，共七十三页1.4.3 X射线的衰减规律（由于散射+吸收而引起的衰减）当当一一束束X X射射线线通通过过物物质质时时，由由于于散散射射和和吸吸收收的的作作用用使使其其透透射射方方向向上上的的强强度度衰衰减减,衰衰减减的的程程度度与与材材料料的的厚厚度度，密度密度有关。有关。dxx本讲稿第五十三页，共七十三页54

30、I0入射X射线强度，Ix为穿透厚度为x的物质后的X射线强度，l为线衰减系数，衰减与散射的关系很小，因此，l也称线吸收系数（单位为cm-1）,它与物质的它与物质的种类、密度和种类、密度和X射射线的有关。线的有关。dxx本讲稿第五十四页，共七十三页 单位为单位为cm2/g,则：则：实际中最常用的是物质的实际中最常用的是物质的质量吸收系数质量吸收系数um为物质的密度。质量吸收系数的为物质的密度。质量吸收系数的意义意义是是单位质量物质对单位质量物质对X射线射线的衰减程度的衰减程度。X射线与物质的作用射线与物质的作用本讲稿第五十五页，共七十三页 质量吸收系数与物质的密度和状态质量吸收系数与物质的密度和状

31、态无关无关，而与物质的原子序数（即原子的种而与物质的原子序数（即原子的种类）和入射类）和入射X X射线的波长射线的波长有关有关。它们。它们的关系为：的关系为：K K为常数。为常数。质量质量吸收系数反映了不同物质对吸收系数反映了不同物质对X X射线的吸收程度。射线的吸收程度。X射线与物质的作用射线与物质的作用本讲稿第五十六页，共七十三页图图1.11 Pt（Z=78）的质量吸收系数）的质量吸收系数m随入射随入射X射线波长射线波长的变化的变化本讲稿第五十七页，共七十三页 1 1）吸收系数随）吸收系数随波长的增大而增大波长的增大而增大,且在一定区间内是连续变化的。且在一定区间内是连续变化的。这是因为这

32、是因为X X射线的波长越长越容易射线的波长越长越容易被物质所吸收。被物质所吸收。X射线与物质的作用射线与物质的作用2）在某些波长的位置上产生跳跃式的）在某些波长的位置上产生跳跃式的突变。即突变。即吸收限吸收限或或激发限激发限的存在。的存在。本讲稿第五十八页，共七十三页如果吸收体中是由两种以上的元素组成的化合物或混合物、如果吸收体中是由两种以上的元素组成的化合物或混合物、或溶液，其总的质量吸收系数为：或溶液，其总的质量吸收系数为：um=w1um1+w2um2+wpump w1,w2 和和wp 为该吸收体中各组分的质量分数为该吸收体中各组分的质量分数 um1,um2 和和ump为该吸收体中各组分的

33、质量吸收系数为该吸收体中各组分的质量吸收系数 X射线与物质的作用射线与物质的作用本讲稿第五十九页，共七十三页 计算计算SiOSiO2 2对对CuCu的的K K 辐射的质量吸收系辐射的质量吸收系数（数（1.5418 1.5418 ）已知原子量）已知原子量Si=28.08,O=16.0Si=28.08,O=16.0。X射线与物质的作用射线与物质的作用例题例题：本讲稿第六十页，共七十三页则则SiO2的质量吸收系数为：的质量吸收系数为：解：查附表解：查附表2得得Si、O对对Cu的的K辐射的质量吸收系数辐射的质量吸收系数m（Si）=60.3,m（O）12.7本讲稿第六十一页，共七十三页思考题特征X射线与

34、荧光X射线（二次特征X射线）的区别是什么？本讲稿第六十二页，共七十三页X射线与物质相互作用的总结吸收透射透射X射线，强度射线，强度I=I0e-md散射散射俄歇效应俄歇效应光电效应光电效应热能热能入射入射X射线射线相干散射相干散射康普顿散射康普顿散射拉曼散射拉曼散射热漫散射热漫散射黄昆散射黄昆散射强度I0本讲稿第六十三页，共七十三页1.5 吸收限的应用滤波片的选用 X射线衍射分析中，在大多数情况下都希望所使用的射线衍射分析中，在大多数情况下都希望所使用的X射线波长单射线波长单一，即一，即“单色单色”X射线。射线。利用材料的利用材料的K系吸收限，选择合适的滤波材料，使吸收限系吸收限，选择合适的滤波

35、材料，使吸收限k刚好位刚好位于特征于特征x射线的射线的K及及K辐射之间，能够辐射之间，能够滤掉滤掉K而而K辐射强度损失辐射强度损失较小较小，从而，从而得到单色的得到单色的K 本讲稿第六十四页，共七十三页Ni 的吸收限的吸收限:0.14869nm，它对它对0.14869nm波长及稍短波长的波长及稍短波长的X射线有强烈的吸收。而对比射线有强烈的吸收。而对比0.14869稍长的稍长的X射线吸收很小。射线吸收很小。Cu靶靶X射线射线:K=0.15418nm K=0.13922nm 本讲稿第六十五页，共七十三页本讲稿第六十六页，共七十三页滤波片的选用原则滤波片的选用原则 滤波片的材料依靶的材料而定滤波片

36、的材料依靶的材料而定。当当Z Z靶靶4040时，时，Z Z滤滤=Z=Z靶靶-1-1 当当Z Z靶靶4040时，时，Z Z滤滤=Z=Z靶靶-2 2本讲稿第六十七页，共七十三页阳极靶的选择：阳极靶的选择：为避免样品强烈吸收入射为避免样品强烈吸收入射X X射线产生荧射线产生荧光幅射，对分析结果产生干扰。必须根光幅射，对分析结果产生干扰。必须根据所测样品的化学成分选用不同靶材的据所测样品的化学成分选用不同靶材的X X射线管。射线管。原则是：原则是：Z Z靶靶 Z Z样品样品+1+1 本讲稿第六十八页，共七十三页阳极靶元素阳极靶元素原子序原子序数数K K 波长（埃）波长（埃）K K 波长（埃）波长（埃）

37、滤波片滤波片材料材料原子序数原子序数k（埃）厚度，mmCr240.29092.0848V232.26900.016Fe261.93731.7565Mn251.89640.016Co271.79021.6207Fe261.74290.018Ni281.65911.5001Co271.60720.013Cu291.54181.3922Ni281.48690.021Mo420.71070.6323Zr400.68880.108常用的滤波片常用的滤波片本讲稿第六十九页，共七十三页X射线的探测与防护自学 本讲稿第七十页，共七十三页作业 P16 P16 习题习题1 1、2 2、5 5、6 6、8 8补充补

38、充：一、在一、在X X射线衍射分析实验中选射线衍射分析实验中选择择靶材靶材以及滤波片的原则是什么以及滤波片的原则是什么？已知一个以？已知一个以FeFe为主要成分的样为主要成分的样品，试选择合适的品，试选择合适的靶材靶材和和合适的滤合适的滤波片。波片。本讲稿第七十一页，共七十三页补充作业补充作业二、特征二、特征X X射线产生的机理是什么？射线产生的机理是什么？本讲稿第七十二页，共七十三页第一章 复习1 1、x x射线的性质，产生射线的性质，产生2 2、连续、连续X X射线谱、射线谱、特征特征x x射线谱射线谱产产生的机理生的机理3 3、x x射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用相相干散射干散射与非相干散射、与非相干散射、光电效应与光电效应与俄歇效应、俄歇效应、X X射线的吸收、滤波片射线的吸收、滤波片的选择的选择。本讲稿第七十三页，共七十三页