X射線衍射基礎(chǔ)

1、X射線衍射基礎(chǔ) 目錄1 概述2 X射線的產(chǎn)生3 X射線管工作條件的確定4 X射線光譜4.1 連續(xù)光譜4.2 特征光譜5 物質(zhì)對(duì)X射線的吸收，實(shí)驗(yàn)波長(zhǎng)及濾波片的選擇5.1 線吸收系數(shù)5.2 質(zhì)量吸收系數(shù)5.3 吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及元素的關(guān)系5.4 實(shí)驗(yàn)波長(zhǎng)的選擇5.5 濾波片6 晶體對(duì)X射線的衍射6.1 衍射幾何方程6.2 多晶X射線的衍射強(qiáng)度7 X射線的檢測(cè)7.1 熒光板7.2 照相方法7.3 正比計(jì)數(shù)管7.4 閃爍計(jì)數(shù)管7.5 固體檢測(cè)器7.6 位敏正比計(jì)數(shù)管7.7 成像屏7.8 X射線電視8 X射線的防護(hù)1.1 概述 1895年倫琴（W.C.Roentgen）研究陰極射線管時(shí)，發(fā)現(xiàn)管的對(duì)陰極能

2、放出一種有穿透力的肉眼看不見的射線。由于它的本質(zhì)在當(dāng)時(shí)是一個(gè)"未知數(shù)"，故稱之為X射線。這一偉大發(fā)現(xiàn)當(dāng)即在醫(yī)學(xué)上獲得非凡的應(yīng)用X射線透視技術(shù)。1912年勞埃(M.Von Laue）以晶體為光柵，發(fā)現(xiàn)了晶體的X射線衍射現(xiàn)象，確定了X射線的電磁波性質(zhì)。此后，X射線的研究在科學(xué)技術(shù)上給晶體學(xué)及其相關(guān)學(xué)科帶來突破性的飛躍發(fā)展。由于X射線的重大意義和價(jià)值，所以人們又以它的發(fā)現(xiàn)者的名字為其命名，稱之為倫琴射線。X射線和可見光一樣屬于電磁輻射，但其波長(zhǎng)比可見光短得多，介于紫外線與射線之間，約為102到102埃的范圍（圖1.1）。X射線的頻率大約是可見光的103倍，所以它的光子能量比可見光

3、的光子能量大得多，表現(xiàn)明顯的粒子性。由于X射線波長(zhǎng)短，光子能量大的兩個(gè)基本特性，所以，X射線光學(xué)（幾何光學(xué)和物理光學(xué)）雖然具有和普通光學(xué)一樣的理論基礎(chǔ)，但兩者的性質(zhì)卻有很大的區(qū)別，X射線與物質(zhì)相互作用時(shí)產(chǎn)生的效應(yīng)和可見光也迥然不同。圖1.1 電磁波譜X射線和其它電磁波一樣，能產(chǎn)生反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振和吸收等現(xiàn)象。但是，在通常實(shí)驗(yàn)條件下，很難觀察到X射線的反射。對(duì)于所有的介質(zhì)，X射線的折射率n都很接近于1（但小于1），所以幾乎不能被偏折到任一有實(shí)際用途的程度，不可能像可見光那樣用透鏡成像。因?yàn)?n1，所以只有在極精密的工作中才需考慮折射對(duì)X射線作用介質(zhì)的影響。X射線能產(chǎn)生全反射，但

4、是其掠射角極小，一般不會(huì)超過20'30'。在物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)中，原子和分子的距離（1 10埃左右）正好落在X射線的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，所以物質(zhì)（特別是晶體）對(duì)X射線的散射和衍射能夠傳遞極為豐富的微觀結(jié)構(gòu)信息。可以說，大多數(shù)關(guān)于X射線光學(xué)性質(zhì)的研究及其應(yīng)用都集中在散射和衍射現(xiàn)象上，尤其是衍射方面。X射線衍射方法是當(dāng)今研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的主要方法。 X射線穿透物質(zhì)時(shí)都會(huì)被部分吸收,其強(qiáng)度將被衰減變?nèi)酰晃盏某潭扰c物質(zhì)的組成、密度和厚度有關(guān)。在此過程中X射線與物質(zhì)的相互作用是很復(fù)雜的，會(huì)引起多種效應(yīng)，產(chǎn)生多種物理、化學(xué)過程。例如，它可以使氣體電離；使一些物質(zhì)發(fā)出可見的熒光；能破壞物質(zhì)的化學(xué)鍵，引

5、起化學(xué)分解，也能促使新鍵的形成，促進(jìn)物質(zhì)的合成；作用于生物細(xì)胞組織，還會(huì)導(dǎo)致生理效應(yīng)，使新陳代謝發(fā)生變化甚至造成輻射損傷。然而，就X射線與物質(zhì)之間的物理作用而言，可以分為兩類：入射線被電子散射的過程以及入射線能量被原子吸收的過程。X射線散射的過程又可分為兩種，一種是只引起X射線方向的改變， 不引起能量變化的散射，稱為相干散射，這是X射線衍射的物理基礎(chǔ)；另一種是既引起X射線光子方向改變，也引起其能量的改變的散射，稱為不相干散射或康普頓散射（或康普頓效應(yīng)），此過程同時(shí)產(chǎn)生反沖電子（光電子）。物質(zhì)吸收X射線的過程主要是光電效應(yīng)和熱效應(yīng)。物質(zhì)中原子被入射X射線激發(fā)，受激原子產(chǎn)生二次輻射和光電子，入射線

6、的能量因此被轉(zhuǎn)化從而導(dǎo)致衰減。二次輻射又稱為熒光X射線，是受激原子的特征射線，與入射線波長(zhǎng)無關(guān)。熒光輻射是X射線光譜分析的依據(jù)。如果入射光子的能量被吸收，卻沒有激發(fā)出光電子，那么其能量只是轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)中分子的熱振動(dòng)能，以熱的形式成為物質(zhì)的內(nèi)能。綜上所述，X射線的主要物理性質(zhì)及其穿過物質(zhì)時(shí)的物理作用可以概括地用下圖表示:圖1.2 X射線的物理性質(zhì)和穿過物質(zhì)時(shí)的作用1.2 X射線的產(chǎn)生 現(xiàn)在人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多的X射線產(chǎn)生機(jī)制， 其中最為實(shí)用的能獲得有足夠強(qiáng)度的X射線的方法仍是當(dāng)年倫琴所采用的方法用陰極射線（高速電子束）轟擊對(duì)陰極（靶）的表面。各種各樣專門用來產(chǎn)生X射線的X射線管工作原理可用下圖表示：

7、圖1.3 X射線管的工作原理X射線管實(shí)際上是一只真空二極管， 它有兩個(gè)電極：作為陰極的用于發(fā)射電子的燈絲（鎢絲）和作為陽極的用于接受電子轟擊的靶（又稱對(duì)陰極）。X射線管供電部分至少包含有一個(gè)使燈絲加熱的低壓電源和一個(gè)給兩極施加高電壓的高壓發(fā)生器。由于總是受到高能量電子的轟擊，陽極還需要強(qiáng)制冷卻。當(dāng)燈絲被通電加熱至高溫時(shí)（達(dá)2000），大量的熱電子產(chǎn)生，在極間的高壓作用下被加速，高速轟擊到靶面上。高速電子到達(dá)靶面，運(yùn)動(dòng)突然受阻，其動(dòng)能部分轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?，以X射線的形式放出，這種形式產(chǎn)生的輻射稱為軔致輻射。轟擊到靶面上電子束的總能量只有極小一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線能，靶面發(fā)射的X射線能量與電子束總能量的比

8、率可用下面的近似公式表示：= 1.1×109 Z V （1.1）式中Z為靶材組成元素的原子序數(shù)，V為X射線管的極間電壓（又稱管電壓），以伏特為單位。例如對(duì)于一只銅靶的X射線管，在30KV工作時(shí)，= 0.1%，而一只鎢靶的X射線管在100KV條件下工作時(shí)，也不過= 0.8%?？梢奨射線管產(chǎn)生X射線的能量效率是十分低的，但是，目前X射線管仍是最實(shí)用的發(fā)生X射線的器件。因?yàn)檗Z擊靶面電子束的絕大部分能量都轉(zhuǎn)化為熱能，所以，在工作時(shí)X射線管的靶必須采取水冷（或其他手段）進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，以免對(duì)陰極被加熱至熔化，受到損壞。也是由于這個(gè)原故，X射線管的最大功率受到一定限制，決定于陽極材料的熔點(diǎn)、導(dǎo)熱系

9、數(shù)和靶面冷卻手段的效果等因素。同一種冷卻結(jié)構(gòu)的X射線管的額定功率，因靶材的不同是大不相同的。例如，銅靶（銅有極佳的導(dǎo)熱性）和鉬靶（鉬的熔點(diǎn)很高）的功率常為相同結(jié)構(gòu)的鐵、鈷、鉻靶的兩倍。在晶體衍射實(shí)驗(yàn)中，常用的X射線管按其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)可分為三種類型：1. 可拆式管這種X射線管在動(dòng)真空下工作，配有真空系統(tǒng)，使用時(shí)需抽真空使管內(nèi)真空度達(dá)到105毫帕或更佳的真空度。不同元素的靶可以隨時(shí)更換，燈絲損壞后也可以更換，這種管的壽命可以說是無限的。2. 密封式管這是最常使用的X射線管，它的靶和燈絲密封在高真空的殼體內(nèi)。殼體上有對(duì)X射線“透明”的X射線出射“窗孔”。靶和燈絲不能更換，如果需要使用另一種靶，就需

10、要換用另一只相應(yīng)靶材的管子。這種管子使用方便，但若燈絲燒斷后它的壽命也就完全終結(jié)了。密封式X射線管的壽命一般為10002000小時(shí)，它的報(bào)廢往往并不是與因燈絲損壞，而是由于靶面被熔毀或因受到鎢蒸氣及管內(nèi)受熱部分金屬的污染，致使發(fā)射的X射線譜線“不純”而被廢用。3. 轉(zhuǎn)靶式管這種管采用一種特殊的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)以大大增強(qiáng)靶面的冷卻，即所謂旋轉(zhuǎn)陽極X射線管，是目前最實(shí)用的高強(qiáng)度X射線發(fā)生裝置。管子的陽極設(shè)計(jì)成圓柱體形，柱面作為靶面，陽極需要用水冷卻。工作時(shí)陽極圓柱以高速旋轉(zhuǎn)，這樣靶面受電子束轟擊的部位不再是一個(gè)點(diǎn)或一條線段而是被延展成陽極柱體上的一段柱面，使受熱面積展開，從而有效地加強(qiáng)了熱量的散發(fā)。所以，

11、這種管的功率能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前兩種管子。對(duì)于銅或鉬靶管，密封式管的額定功率，目前只能達(dá)到2 KW左右，而轉(zhuǎn)靶式管最高可達(dá)90 KW。1.3 X射線管工作條件的確定 大多數(shù)晶體衍射實(shí)驗(yàn)都需要使用單一波長(zhǎng)的X射線。特征譜線的存在，尤其是強(qiáng)度很大而且分得很開的K線的存在，給晶體衍射實(shí)驗(yàn)帶來極大的方便。因?yàn)橹灰m當(dāng)選擇工作條件，一只X射線管就可視為近似單色的輻射源。 如何確定X射線管的最佳工作條件呢？這需要分析特征光譜強(qiáng)度與連續(xù)光譜強(qiáng)度之比隨著X射線管的工作電壓的改變是如何改變的。實(shí)驗(yàn)證明，特征光譜的強(qiáng)度Ic是管電流i及管電壓V的函數(shù)： Ic = C · i ·（VVk）n （1.2）

12、式中指數(shù) n 約1.5，Vk為特征譜線的激發(fā)電壓，C為比例常數(shù)。設(shè)W為X射線管可以采用的最大功率，則管電流i最多等于W/V，故特征光譜的最大強(qiáng)度Ic將為： Ic = C · W ·（VVk）1.5/V = C · W · Vk0.5 ·（V/Vk - 1）1.5/（V/Vk） （1.3） Ic作為V/Vk的函數(shù)可用圖1.4中的曲線a表示：電壓V越高，特征線的強(qiáng)度越大，但是它的增加變慢。連續(xù)光譜的總強(qiáng)度Iw是與W、Z、V成正比的（式1.1），我們可推求特征光譜與連續(xù)光譜的強(qiáng)度比： Ic/Iw =（1/ Vk0.5）·（V/Vk - 1）

13、1.5/（V/Vk）2/Z （1.4） 圖1.4中的曲線b給出了對(duì)于某一對(duì)陰極，Ic/Iw作為V/Vk函數(shù)的曲線圖：它初隨V/Vk 增大而迅速增加，直到V/Vk增至3左右以后，在一個(gè)比較大的范圍內(nèi)維持不變，而后緩慢地減小。對(duì)于給定的 V/Vk，對(duì)陰極元素的原子序數(shù)越大，則連續(xù)光譜所占的比例也越高，因?yàn)镮w正比于Z。 曲線a: 某一特征K線的最大發(fā)射強(qiáng)度曲線b: K線與連續(xù)譜線強(qiáng)度比 圖1.4 X射線管發(fā)射強(qiáng)度與管工作電壓的關(guān)系 從上面的分析可知：在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)需要用一個(gè)管子的特征譜線（例如用其K線）作為單色輻射源時(shí)，最有利的管壓應(yīng)該為該特征譜線激發(fā)電壓的三倍以上。但也不宜太高，若太高，連續(xù)光譜所

14、占的比例也增加（雖然比較慢）。對(duì)于原子序數(shù)較小的對(duì)陰極，其K線的能量與其波長(zhǎng)附近同寬度帶連續(xù)光譜的能量相比較雖然較高，例如在30KV下工作的Cu靶X射線管，發(fā)射光束中CuK輻射的強(qiáng)度約為其附近連續(xù)光譜強(qiáng)度的90倍，但是在X射線管的光束總能量中，特征光譜只占很小的一個(gè)份額，因?yàn)镮c/Iw是遠(yuǎn)小于1的。所以，當(dāng)需要使用“單色”射線時(shí)，除應(yīng)選用適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷和猓€必須選擇適當(dāng)?shù)摹皢紊笔侄?。?dāng)同一寬帶的連續(xù)光譜起作用時(shí)，必須注意到它的作用是否可以同K線單獨(dú)作用相比擬。 當(dāng)需要“白色”X射線時(shí)，通常使用鎢靶X射線管在50KV以上工作比較合適。在此條件下，光譜中只含有弱的鎢的L線；K線僅在電壓高于69

15、KV時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，但是此時(shí)它們的強(qiáng)度還是很弱的，因?yàn)閂/Vk才略大于1。 1.4 X射線光譜 由X射線管所得到的X射線，其波長(zhǎng)組成是很復(fù)雜的。按其特征可以分成兩部分：連續(xù)光譜和特征光譜（圖1.5），后者只與靶的組成元素有關(guān)。這兩部分射線是基于兩種不同的機(jī)制產(chǎn)生的。1.4.1 連續(xù)光譜 連續(xù)光譜又稱為“白色”X射線，包含了從短波限m開始的全部波長(zhǎng)，其強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化連續(xù)地改變。從短波限開始隨著波長(zhǎng)的增加強(qiáng)度迅速達(dá)到一個(gè)極大值，之后逐漸減弱，趨向于零（圖1.5）。連續(xù)光譜的短波限m只決定于X射線管的工作高壓。圖1.5 X射線管產(chǎn)生的X射線的波長(zhǎng)譜目前還沒有一個(gè)簡(jiǎn)單的理論能夠?qū)B續(xù)光譜變化的現(xiàn)象給予全面

16、的清楚的解釋，但應(yīng)用量子理論可以簡(jiǎn)單說明為什么連續(xù)光譜具有一個(gè)短波極限。該理論認(rèn)為，當(dāng)能量為eV的電子和物質(zhì)相碰撞產(chǎn)生光量子時(shí)，光量子的能量至多等于電子的能量，因此輻射必定有一個(gè)頻率上限m，此上限值應(yīng)由下面的關(guān)系式?jīng)Q定：hm = hC/m = eV （1.5）式中h為普朗克常數(shù)，C為光速。當(dāng)V以伏特為單位，波長(zhǎng)以埃為單位時(shí)，短波極限m可以表示為：m = 12395/V （1.6）如果一個(gè)電子射入物質(zhì)后在發(fā)生有效碰撞（產(chǎn)生光量子）之前速度有所降低，則碰撞產(chǎn)生光量子的能量就會(huì)減小。由于多種因素使得發(fā)生有效碰撞的電子速度可以從零到初速連續(xù)的取值，因而出現(xiàn)了連續(xù)光譜，其波長(zhǎng)自m開始向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向伸展。但

17、是，量子論的這個(gè)解釋并不能給出能量從電子傳遞到光子的機(jī)制。實(shí)驗(yàn)指出，X射線管對(duì)陰極所接受的能量與高壓V成正比，而輸出輻射能占所得總能量的百分?jǐn)?shù)（式1.1）又與原子序數(shù)Z以及高壓V成正比，因此可推求出光譜的總能量（圖1.5中某一連續(xù)譜線下的面積）是和ZV2成正比的。可見，對(duì)于在一定條件（管電流i和管電壓V）下工作的管子，因?yàn)檫B續(xù)光譜的強(qiáng)度和對(duì)陰極元素的原子序數(shù)Z成正比，所以，當(dāng)需要用“白色”輻射（即包含有所有波長(zhǎng)的連續(xù)輻射）時(shí)，選擇重元素金屬作靶的管子將更為有效，例如，用鎢靶所得的“白色”輻射總能量是銅靶的2.6倍。從圖1.5中我們還應(yīng)注意到，連續(xù)光譜是從短波極限處突然開始的，大部分能量都集中在

18、接近短波極限的位置，高電壓對(duì)連續(xù)光譜有利。隨著使用電壓的增加，m變短，“白色”輻射的能量相對(duì)更集中在短波極限一側(cè)的一個(gè)范圍內(nèi)。在晶體衍射實(shí)驗(yàn)中，只有Laue法和能量色散型衍射儀需要使用連續(xù)光譜的X射線；而在其它的晶體衍射方法中，通常則要求使用“單色”X射線，連續(xù)光譜對(duì)這些方法所得的結(jié)果是不利的。因?yàn)檫B續(xù)光譜是這些衍射方法的衍射圖背景產(chǎn)生的主要原因，此時(shí)需要適當(dāng)選取X射線管的工作條件，同時(shí)需要采取必要的手段來避免連續(xù)光譜的不利影響。1.4.2 特征光譜 在連續(xù)光譜上會(huì)有幾條強(qiáng)度很高的線光譜（圖1.5），但是它只占X射線管輻射總能量的很小一部分。特征光譜的波長(zhǎng)和X射線管的工作條件無關(guān)，只取決于對(duì)陰

19、極組成元素的種類，是對(duì)陰極元素的特征譜線。陰極射線的電子流轟擊到靶面，如果能量足夠高，靶內(nèi)一些原子的內(nèi)層電子會(huì)被轟出，使原子處于能級(jí)較高的激發(fā)態(tài)。圖1.6b表示的是原子的基態(tài)和K、L、M、N等激發(fā)態(tài)的能級(jí)圖，K層電子被擊出稱為K激發(fā)態(tài)，L層電子被擊出稱為L(zhǎng)激發(fā)態(tài)，依次類推。原子的激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，壽命不超過10-8秒，此時(shí)內(nèi)層軌道上的空位將被離核更遠(yuǎn)軌道上的電子所補(bǔ)充，從而使原子能級(jí)降低，這時(shí)，多余的能量便以光量子的形式輻射出來。圖1.6a描述了上述激發(fā)機(jī)理。處于K激發(fā)態(tài)的原子，當(dāng)不同外層的電子（L、M、N層）向 K層躍遷時(shí)放出的能量各不相同，產(chǎn)生的一系列輻射統(tǒng)稱為K系輻射。同樣，L層電子被擊

20、出后，原子處于L激發(fā)態(tài)，所產(chǎn)生一系列輻射則統(tǒng)稱為L(zhǎng)系輻射，依次類推。基于上述機(jī)制產(chǎn)生的X射線，其波長(zhǎng)只與原子處于不同能級(jí)時(shí)發(fā)生電子躍遷的能級(jí)差有關(guān)，而原子的能級(jí)是由原子結(jié)構(gòu)決定的，因此，這些有特征波長(zhǎng)的輻射將能夠反映出原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們稱之為特征光譜。圖1.6 元素特征X射線的激發(fā)機(jī)理元素的每條線光譜都是近單色的，衍射峰的半高寬小于0.01埃。參與產(chǎn)生特征X射線的電子層是原子的內(nèi)電子層，內(nèi)層電子的能量可以認(rèn)為僅決定于原子核而與外層電子無關(guān)，（外層電子決定原子的化學(xué)性質(zhì)和它們的紫外、可見光譜），所以，元素的X射線特征光譜比較簡(jiǎn)單，且隨原子序數(shù)作有規(guī)律的變化，特征光譜只取決于元素的種類而不論物質(zhì)

21、處于何種化學(xué)或物理狀態(tài)。各系X射線特征輻射都包含幾個(gè)很接近的頻率。例如，K系輻射包含K1 、K2和K 三個(gè)頻率，K1、K2波長(zhǎng)非常接近，相距0.004埃，在實(shí)際使用時(shí)常常分不開，統(tǒng)稱為 K線，K線比K線頻率要高，波長(zhǎng)要短一些（見圖1.5）。K線是電子由 L層躍遷到K層時(shí)產(chǎn)生的輻射，而K線則是電子由M層躍遷到K層時(shí)產(chǎn)生的（圖1.6a）。實(shí)際上L、M等能級(jí)又可分化成幾個(gè)亞能級(jí)，依照選擇法則，在能級(jí)之間只有滿足一定選律要求時(shí)躍遷才會(huì)發(fā)生。例如躍遷到K層的電子如果來自 L層，則只能從 L和L亞層躍遷過來；如果來自M層，則只能從M及M亞層躍遷過來。所以，K線就有K1和K2之分，K線理論上也應(yīng)該是雙重的，

22、但是K線的兩根線中有一根非常弱，因此可以忽略。各個(gè)系X射線的相對(duì)強(qiáng)度與產(chǎn)生該射線時(shí)能級(jí)的躍遷機(jī)遇有關(guān)。由于從 L層躍遷到K層的機(jī)遇最大，所以K強(qiáng)度大于K的強(qiáng)度，而在K線中，K1的強(qiáng)度又大于K2的強(qiáng)度。K2、K1和K三線的強(qiáng)度比約為5010022 ?？紤]到K1的強(qiáng)度是K2強(qiáng)度的兩倍，所以，K的平均波長(zhǎng)應(yīng)取兩者的加權(quán)平均值：K = （2K1 +K2 ）/3 （1.7）1.5 物質(zhì)對(duì)X射線的吸收，實(shí)驗(yàn)波長(zhǎng)及濾波片的選擇 X射線穿過物質(zhì)之后，強(qiáng)度會(huì)衰減。前面已經(jīng)指出，這是因?yàn)閄射線同物質(zhì)相互作用時(shí)經(jīng)歷各種復(fù)雜的物理、化學(xué)過程，從而引起各種效應(yīng)轉(zhuǎn)化了入射線的部分能量。如下圖所示：圖1.7 X射線的衰減

23、1.5.1 線吸收系數(shù) 實(shí)驗(yàn)證明，X射線穿透物質(zhì)后的強(qiáng)度衰減與射線在物質(zhì)中經(jīng)過的距離成正比。假設(shè)入射線的強(qiáng)度為I0，進(jìn)入一塊密度均勻的吸收體，在x處時(shí)其強(qiáng)度為Ix，當(dāng)通過厚度dx時(shí)強(qiáng)度的衰減為dI，定義為X射線通過單位厚度時(shí)被吸收的比率，則有：-dI = Ix dx （1.8） 考慮邊界條件并進(jìn)行積分，則得：Ix = I0 e-x （1.9） 式中稱為線衰減系數(shù)，x為試樣厚度。我們知道，衰減至少應(yīng)被視為物質(zhì)對(duì)入射線的散射和吸收的結(jié)果，系數(shù)應(yīng)該是這兩部分作用之和。但由于因散射而引起的衰減遠(yuǎn)小于因吸收而引起的衰減，故通常直接稱為線吸收系數(shù)，而忽略散射的部分。1.5.2 質(zhì)量吸收系數(shù) 式（1.9）常

24、常寫成如下形式：Ix = I0 e (/)x （1.10） 式中為吸收體的密度，（/）稱為質(zhì)量吸收系數(shù)，它是物質(zhì)固有的特性，對(duì)于一定波長(zhǎng)的入射X射線，每種物質(zhì)都具有一定的值。質(zhì)量吸收系數(shù)常用*或m來表示。X射線被物質(zhì)吸收的性質(zhì)與物質(zhì)的化學(xué)組成有關(guān)。在理想情況下，作為一級(jí)近似，元素的質(zhì)量吸收系數(shù)可以認(rèn)為與元素的物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，由兩種元素以上組成的化合物、混合物、溶液等物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)m可以由各組成元素的/進(jìn)行線性加和得到。假定物質(zhì)的各組成元素的/分別為（1/1）、（2/2）、（3/3） 其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為x1、x2、x3 則物質(zhì)的m可按下式計(jì)算：m = x1（1/1） x2（2/2） x3（

25、3/3） （1.11） 1.5.3 吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及元素的關(guān)系元素的吸收系數(shù)是入射線的波長(zhǎng)和吸收元素原子序數(shù)的函數(shù)。如圖1.8a所示，對(duì)于一種元素其質(zhì)量吸收系數(shù)m隨著波長(zhǎng)的變化有若干突變，發(fā)生突變的波長(zhǎng)稱為吸收限（或稱吸收邊）。在各個(gè)吸收限之間質(zhì)量吸收系數(shù)隨波長(zhǎng)增加而增大。所以短波長(zhǎng)的X射線（所謂硬X射線）穿透能力大，而長(zhǎng)波長(zhǎng)的X射線（所謂軟X射線）則容易被物質(zhì)吸收。對(duì)于X射線的實(shí)驗(yàn)技術(shù)來說，最有用的是第一吸收限，即K吸收限。質(zhì)量吸收系數(shù)隨著波長(zhǎng)的變化有突變的原因，也就是元素特征光譜產(chǎn)生的原因。當(dāng)入射X射線的能量足夠把內(nèi)層電子轟出時(shí)（即光電效應(yīng)），能量便被吸收，并會(huì)部分轉(zhuǎn)化為元素二次輻射的能量

26、。各個(gè)吸收限之間的區(qū)域內(nèi)質(zhì)量吸收系數(shù)符合下面的近似關(guān)系：/= K 3 Z3 （1.12） 式中K為常數(shù)。對(duì)于給定的波長(zhǎng)，m隨Z的增大也有類似的規(guī)律，如圖1.8b所示。圖1.8 物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)（*） 1.5.4 實(shí)驗(yàn)波長(zhǎng)的選擇在X射線衍射實(shí)驗(yàn)中：如果所用X射線波長(zhǎng)較短，正好小于樣品組成元素的吸收限，則X射線將大量地被吸收，產(chǎn)生熒光現(xiàn)象，造成衍射圖上不希望有的深背景；如果所用X射線波長(zhǎng)正好等于或稍大于吸收限，則吸收最小。因此進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該依據(jù)樣品的組成來合理地選擇工作靶的種類：應(yīng)保證樣品中最輕元素（鈣和原子序數(shù)比鈣小的元素除外）的原子序數(shù)比靶材元素的原子序數(shù)稍大或相等。如果靶材元素的原子序

27、數(shù)比樣品中的元素原子序數(shù)大24，則X射線將被大量吸收因而產(chǎn)生嚴(yán)重的熒光現(xiàn)象，不利于衍射分析。1.5.5 濾波片使X射線管產(chǎn)生的X射線單色化，常采用濾波片法。利用濾波片的吸收限進(jìn)行濾波，除去不需要的K線，使用濾波片是最簡(jiǎn)單的單色化方法，但只能獲得近似單色的X射線。原子序數(shù)低于靶元素原子序數(shù)1或2的元素，其K吸收限波長(zhǎng)正好在靶元素的K和K波長(zhǎng)之間，因此對(duì)于每種元素作為靶的X射線管，理論上都能找到一種物質(zhì)制成它的K濾波片。使用K濾波片還可以吸收掉大部分的“白色” 射線（圖1.8）。濾波片的厚度通常按K的剩余強(qiáng)度為透過濾波片前的0.01計(jì)算，此時(shí)K通常被衰減掉一半。圖1.9 Cu的X射線光譜在通過Ni

28、濾片之前(a)和通過濾片之后(b)的比較（虛線為Ni的質(zhì)量吸收系數(shù)曲線） 1.6 晶體對(duì)X射線的衍射 X射線照射到晶體上發(fā)生散射，其中衍射現(xiàn)象是X射線被晶體散射的一種特殊表現(xiàn)。晶體的基本特征是其微觀結(jié)構(gòu)（原子、分子或離子的排列）具有周期性，當(dāng)X射線被散射時(shí)，散射波中與入射波波長(zhǎng)相同的相干散射波，會(huì)互相干涉，在一些特定的方向上互相加強(qiáng)，產(chǎn)生衍射線。晶體可能產(chǎn)生衍射的方向決定于晶體微觀結(jié)構(gòu)的類型（晶胞類型）及其基本尺寸（晶面間距，晶胞參數(shù)等）；而衍射強(qiáng)度決定于晶體中各組成原子的元素種類及其分布排列的坐標(biāo)。晶體衍射方法是目前研究晶體結(jié)構(gòu)最有力的方法 1.6.1 衍射幾何方程聯(lián)系X射線衍射方向與晶體結(jié)

29、構(gòu)之間關(guān)系的方程有兩個(gè)：勞埃（Laue）方程和布拉格（Bragg）方程。前者基于直線點(diǎn)陣，而后者基于平面點(diǎn)陣，這兩個(gè)方程實(shí)際上是等效的。.1 勞埃（Laue）方程首先考慮一行周期為a0的原子列對(duì)入射X射線的衍射。如圖1.10所示（忽略原子的大?。?dāng)入射角為0時(shí)，在h角處觀測(cè)散射線的疊加強(qiáng)度。相距為a0的兩個(gè)原子散射的X射線光程差為a0（cosh - cos0），當(dāng)光程差為零或等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，散射波的波峰和波谷分別互相疊加而強(qiáng)度達(dá)到極大值。光程差為零時(shí)，干涉最強(qiáng)，此時(shí)入射角a0等于出射角，衍射稱為零級(jí)衍射。圖1.10 一行原子列對(duì)X射線的衍射晶體結(jié)構(gòu)是一種三維的周期結(jié)構(gòu)，設(shè)有三行不共面的原

30、子列，其周期大小分別為a0、b0、c0，入射X射線同它們的交角分別為0、0、0，當(dāng)衍射角分別為h、k、l，則必定滿足下列的條件：a0（cosh - cos0） h b0（cosk - cos0） k （1.13） c0（cosl - cos0） l 式中h，k，l為整數(shù)（可為零和正或負(fù)的數(shù)），稱為衍射指標(biāo),為入射線的波長(zhǎng)。式（1.13）是晶體產(chǎn)生X射線衍射的條件，稱勞埃方程。衍射指標(biāo)hkl的整數(shù)性決定了晶體衍射方向的分立性，每一套衍射指標(biāo)規(guī)定了一個(gè)衍射方向。.2 布拉格方程晶體的空間點(diǎn)陣可劃分為一族平行且等間距的平面點(diǎn)陣（hkl），或者稱晶面。同一晶體不同指標(biāo)的晶面在空間的取向不同，晶面間距d

31、(hkl)也不同。設(shè)有一組晶面，間距為d(hkl)，一束平行X射線射到該晶面族上，入射角為。對(duì)于每一個(gè)晶面散射波的最大干涉強(qiáng)度的條件應(yīng)該是：入射角和散射角的大小相等，且入射線、散射線和平面法線三者在同一平面內(nèi)（類似鏡面對(duì)可見光的反射條件），如圖1.11a所示，因?yàn)樵诖藯l件下光程都是一樣的，圖中入射線s0在P，Q，R處的相位相同，而散射線s在P，Q，R處仍是同相，這是產(chǎn)生衍射的必要條件。圖1.11 布拉格方程的推引現(xiàn)在考慮相鄰晶面產(chǎn)生衍射的條件。如圖1.11b所示的晶面1，2，3， 間距為d(hkl)，相鄰兩個(gè)晶面上的入射線和散射線的光程差為：MBBN，而MBBNd(hkl) sinn,即光程差

32、為 2d (hkl) sinn，當(dāng)光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，相干散射波就能互相加強(qiáng)從而產(chǎn)生衍射。由此得晶面族產(chǎn)生衍射的條件為：2 d (hkl) sinn n （1.14） 式中n為1，2，3，等整數(shù)，n為相應(yīng)某一n值的衍射角，n則稱衍射級(jí)數(shù)。式（1.14）稱為布拉格方程，是晶體學(xué)中最基本的方程之一。根據(jù)布拉格方程，我們可以把晶體對(duì)X射線的衍射看作為“反射”，并樂于借用普通光學(xué)中“反射”這個(gè)術(shù)語，因?yàn)榫娈a(chǎn)生衍射時(shí)，入射線、衍射線和晶面法線的關(guān)系符合鏡面對(duì)可見光的反射定律。但是，這種“反射”并不是任意入射角都能產(chǎn)生的，只有符合布拉格方程的條件才能發(fā)生，故又常稱為“選擇反射”。據(jù)此，每當(dāng)我們觀測(cè)到

33、一束衍射線，就能立即想象出產(chǎn)生這個(gè)衍射的晶面族的取向，并且由衍射角n便可依據(jù)布拉格方程計(jì)算出這組平行晶面的間距（當(dāng)實(shí)驗(yàn)波長(zhǎng)也是已知時(shí)）。由布拉格方程，我們可以知道如果要進(jìn)行晶體衍射實(shí)驗(yàn)，其必要條件是：所用X射線的波長(zhǎng)< 2d。但是不能太小，否則衍射角也會(huì)很小，衍射線將集中在出射光路附近的很小的角度范圍內(nèi)，觀測(cè)就無法進(jìn)行。晶面間距一般在10埃以內(nèi)，此外考慮到在空氣中波長(zhǎng)大于2埃的X射線衰減很嚴(yán)重，所以在晶體衍射工作中常用的X射線波長(zhǎng)范圍是0.5至2埃。對(duì)于一組晶面hkl，它可能產(chǎn)生的衍射數(shù)目n決定于晶面間距d，因?yàn)楸仨殱M足n< 2d。如果我們把第n級(jí)衍射視為和晶面族hkl平行但間距為

34、dn的晶面的第一級(jí)衍射（依照晶面指數(shù)的定義，這些假想晶面的指數(shù)為nh，nk，nl，在n個(gè)這樣的假想晶面中只有一個(gè)是實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)的一個(gè)點(diǎn)陣平面），于是布拉格方程可以簡(jiǎn)化表達(dá)為：2 d sin = (d = dn) （1.15） 因?yàn)樵谝话闱闆r下，一個(gè)三維晶體對(duì)一束平行而單色的入射X射線是不會(huì)使之發(fā)生衍射的，如果要產(chǎn)生衍射，則至少要求有一組晶面的取向恰好能滿足布拉格方程，所以對(duì)于單晶的衍射實(shí)驗(yàn)，一般采用以下兩種方法：1.用一束平行的“白色”X射線照射一顆靜止的單晶，這樣，對(duì)于任何一組晶面總有一個(gè)可能的波長(zhǎng)能夠滿足布拉格方程；2.用一束平行的單色X射線照射一顆不斷旋轉(zhuǎn)的晶體，在晶體旋轉(zhuǎn)的過程中各個(gè)取

35、向的晶面都有機(jī)會(huì)通過滿足布拉格方程的位置，此時(shí)晶面與入射X射線所成的角度就是衍射角。對(duì)于無織構(gòu)的多晶樣品（如微晶的聚晶體，很細(xì)的粉末等），當(dāng)使用單色的X射線作入射光時(shí)，總是能夠產(chǎn)生衍射的。因?yàn)樵跇悠分?，晶粒的取向是機(jī)遇的，所以任意一種取向的晶面總是有可能在某幾顆取向恰當(dāng)?shù)木ЯＶ刑幱谀墚a(chǎn)生衍射的位置，這就是目前大多數(shù)多晶衍射實(shí)驗(yàn)所采用的方法，稱為“角度色散”型方法。對(duì)于多晶樣品采用“白色”X射線照射，在固定的角度位置上觀測(cè)，則只有某些波長(zhǎng)的X射線能產(chǎn)生衍射極大，依據(jù)此時(shí)的角度大小和產(chǎn)生衍射的X射線波長(zhǎng)就能計(jì)算得出相應(yīng)的晶面間距大小，這就是所謂“能量色散”型的多晶X射線衍射方法。 1.6.2 多晶

36、X射線的衍射強(qiáng)度勞埃（Laue）方程和布拉格（Bragg）方程只是確定了衍射方向與晶體結(jié)構(gòu)基本周期的關(guān)系，通過對(duì)衍射方向的測(cè)量，理論上我們可以確定晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱類型和晶胞參數(shù)。而X射線對(duì)于晶體的衍射強(qiáng)度則決定于晶體中原子的元素種類及其排列分布的位置，此外，還與諸多其它的因素有關(guān)。所謂衍射強(qiáng)度是指“積分強(qiáng)度”，積分強(qiáng)度是一個(gè)能量的概念，一個(gè)在理論上能夠計(jì)算并且實(shí)驗(yàn)上也能測(cè)量的量。在晶體衍射的記錄圖中（照片、照片的光度計(jì)掃描圖或衍射儀記錄圖等），照片的黑度或衍射儀記錄圖的強(qiáng)度曲線下面的面積，應(yīng)該與檢測(cè)點(diǎn)處的衍射線功率成正比，比例系數(shù)是儀器條件的函數(shù)。在理論上以檢測(cè)點(diǎn)處通過單位截面積上衍射線的功率定

37、義為某衍射線的強(qiáng)度（絕對(duì)積分強(qiáng)度）。純物質(zhì)衍射線強(qiáng)度的表達(dá)式很復(fù)雜，但是可以簡(jiǎn)明地寫成下面的形式：I = I0·K·|F|2 （1.16） 式中：I0為單位截面積上入射的單色X射線功率；|F|稱為結(jié)構(gòu)因子，取決于晶體的結(jié)構(gòu)以及晶體所含原子的性質(zhì)。結(jié)構(gòu)因子可由下式求算：Fhkl = fn·exp2i（h xn + k yn +l zn） （1.17） 式中fn是晶體單胞中第n個(gè)原子的散射因子，（xn、yn、zn）是第n個(gè)原子的坐標(biāo)，h、k、l是所觀測(cè)的衍射線的衍射指標(biāo)，公式求和計(jì)算時(shí)需包括晶體單胞內(nèi)所有原子；K是一個(gè)綜合因子，它與實(shí)驗(yàn)時(shí)的衍射幾何條件，試樣的形狀、吸

38、收性質(zhì)，溫度以及一些物理常數(shù)有關(guān)。對(duì)于粉末衍射儀而言（粉末衍射儀使用時(shí)將樣品壓成平板狀，入射線和衍射線對(duì)樣品平面的交角總是相等的），K由下式求算： （1.18） 式中:因子與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)：A為樣品受照射的面積，R為衍射儀圓的掃描半徑；因子是一些物理常數(shù)：e為電子的電荷，m為電子的質(zhì)量，C為光速，為實(shí)驗(yàn)時(shí)X射線的波長(zhǎng)；因子稱作多重性因子，在粉末衍射中，晶面間距相等的晶面其衍射角相等，由于對(duì)稱性的聯(lián)系，這些晶面可能有j種晶面指標(biāo)；因子中V是單位晶胞的體積；因子是衍射儀條件下的洛倫茨偏振因子；因子為溫度因子，原子的熱振動(dòng)將使衍射減弱,故衍射強(qiáng)度與溫度有關(guān)；因子 是衍射儀條件下的吸收因子，它只和樣品的

39、吸收性質(zhì)有關(guān)。1.7 X射線的檢測(cè) 利用X射線和物質(zhì)相互作用的一些效應(yīng)，我們可以有很多有效的檢測(cè)X射線的方法。常用的檢測(cè)手段如下： 1.7.1 熒光板熒光板是將ZnS、CdS等熒光材料涂布在紙板上制成，常用來確認(rèn)光源產(chǎn)生的原射線束的存在。 1.7.2 照相方法照相法是最早使用的檢測(cè)并記錄X射線的方法，直到現(xiàn)在仍是一種常用的基本方法。X射線與可見光一樣，能夠使感光乳劑感光。當(dāng)感光乳劑受到X射線照射后，AgBr顆粒離解形成顯影核，經(jīng)過顯影而游離出來的單質(zhì)銀微粒使感光處變黑。 在一定的曝光條件下，黑度是與曝光量成比例的。黑度也和波長(zhǎng)有關(guān)。測(cè)量黑度的簡(jiǎn)單方法是目估，較為準(zhǔn)確的測(cè)量方法則需要事先制作好黑

40、度標(biāo)準(zhǔn)，或者用光電黑度計(jì)來掃描測(cè)量。 1.7.3 正比計(jì)數(shù)管（PC）正比計(jì)數(shù)管（PC）和電離室、蓋革計(jì)數(shù)管都是氣體器件，但后兩者在X射線分析儀器中已經(jīng)不常使用。PC一般以一個(gè)內(nèi)徑約25mm的金屬圓筒作為陰極，圓筒中心有一根拉成直線的鎢絲作為陽極，筒內(nèi)充滿0.5至1個(gè)大氣壓的氬氣或氙氣，并加有10%左右的淬滅氣體（一般為CH4、乙醇或Cl2）。圓筒的側(cè)壁或一端設(shè)有入射X射線的“窗”，由于衍射實(shí)驗(yàn)使用的X射線的多為軟X射線，因此要求窗壁極薄，所用窗口材料通常為云母片或者鈹片。 圖1.12 正比計(jì)數(shù)管的結(jié)構(gòu) 在使用正比計(jì)數(shù)管時(shí)，兩電極間需要加上1000至2000伏的直流高壓。計(jì)數(shù)管在被X射線照射時(shí)，

41、管內(nèi)氣體被電離，初始產(chǎn)生的離子對(duì)數(shù)目與X射線的量子能量成比例，在極間電壓的作用下，離子定向運(yùn)動(dòng)并在運(yùn)動(dòng)過程中不斷碰撞其它的中性氣體分子，由此產(chǎn)生二次以至多次的電離并伴隨著光電效應(yīng)，此時(shí)電離的數(shù)目大量增殖從而形成放電（稱為電子雪崩或氣體放電），直到所有電荷都聚集到相應(yīng)的電極上，放電才停止，每次放電的時(shí)間歷程極短,約0.20.5微秒。因此，每當(dāng)有一個(gè)X射線量子進(jìn)入計(jì)數(shù)管時(shí)，兩極間將有一脈沖電流通過。正比計(jì)數(shù)管工作在氣體放電的正比區(qū)，脈沖電流在負(fù)載電阻上產(chǎn)生的平均電壓降（即脈沖電壓幅度）與入射X射線的量子能量成正比，故稱正比計(jì)數(shù)管。 正比計(jì)數(shù)管在接收單一波長(zhǎng)的射線時(shí)，每個(gè)X射線量子產(chǎn)生的電脈沖幅度實(shí)

42、際上不是嚴(yán)格相同的，而是分布在以平均幅度為中心的比較狹窄的一個(gè)范圍內(nèi)的，根據(jù)PC的放電特性，平均幅度的大小由入射X射線的量子能量決定，若脈沖分布的寬度越窄，其能量分辨能力就越好。能量分辨能力可用能量分辨率來表示，作為計(jì)數(shù)管的一個(gè)重要特性： 能量分辨率分布的半高寬W ÷ 平均脈沖幅度h ×100 圖1.13 不同能量的X射線的脈沖幅度分布 1.7.4 NaI(Tl)閃爍計(jì)數(shù)管(SC)X射線衍射分析中使用的閃爍計(jì)數(shù)管，其閃爍體大多使用摻有Tl的NaI晶體。下圖示出閃爍計(jì)數(shù)管的基本結(jié)構(gòu)，它由三部分組成：閃爍體、光電倍增管和前置放大器。圖1.14 閃爍計(jì)數(shù)管的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 閃

43、爍體是摻有0.5左右的Tl作為激活劑的NaI透明單晶體的切片，厚約12mm。晶體被密封在一個(gè)特制的盒子里，以防止NaI晶體受潮損壞。密封盒的一面是薄的鈹片（不透光），用來作為接收X射線的窗；另一面是對(duì)藍(lán)紫光透明的光學(xué)玻璃片。密封盒的透光面緊貼在端窗式的光電倍增管的光電陰極窗面上，界面上涂有一薄層光學(xué)硅脂以增加界面的光導(dǎo)率。NaI晶體被X射線激發(fā)能發(fā)出4200埃（藍(lán)紫色）的可見光，每個(gè)入射X射線量子將使晶體產(chǎn)生一次閃爍，每次閃爍將激發(fā)倍增管光電陰極產(chǎn)生光電子，這些一次光電子被第一級(jí)打拿極（D1）收集并激發(fā)出更多的二次電子，再被下一級(jí)打拿極（D2）收集，又倍增出更多的電子，如此，光電陰極發(fā)射的光電

44、子經(jīng)10級(jí)打拿極的倍增作用后，最后收集極能獲得約為初始電子數(shù)目105倍的電子，從而形成可檢測(cè)的電脈沖信號(hào)。 目前，閃爍計(jì)數(shù)管仍是各種晶體X射線衍射工作中通用性最好的檢測(cè)器。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)于晶體X射線衍射工作使用的各種X射線波長(zhǎng)，均具有很高的接近100的量子效率（圖1.15）；穩(wěn)定性好；使用壽命長(zhǎng)；此外，它和正比計(jì)數(shù)管一樣具有很短的分辨時(shí)間（10-7秒），因而實(shí)際上不必考慮檢測(cè)器本身所帶來的計(jì)數(shù)損失；它對(duì)晶體衍射用的軟射線也有一定的能量分辨力。因此現(xiàn)在的射線衍射儀大多配用SC。圖1.15 計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)效率的比較 1.7.5 固體檢測(cè)器(SSD)SSD又稱半導(dǎo)體檢測(cè)器，圖1.16示出Si(Li)

45、半導(dǎo)體檢測(cè)器的基本結(jié)構(gòu)。 圖1.16 Si(Li)檢測(cè)器的基本結(jié)構(gòu) SSD的工作原理如下：當(dāng)X射線照射半導(dǎo)體時(shí)，由于射線量子的電離作用，能產(chǎn)生一些電子-空穴對(duì)，以圖1.16的結(jié)構(gòu)為例，在本征區(qū)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)在電極間的電場(chǎng)作用下，電子集中在n區(qū)，空穴則聚集在p區(qū)，其結(jié)果將有一股小脈沖電流向外電路輸出，本征區(qū)起著“電離箱”的作用。SSD被電離產(chǎn)生一對(duì)電子-空穴對(duì)所需的能量約為3.8eV，而PC約為30eV，SC約為500eV，由此可見SSD與PC和SC三者相比，其能量分辨率最佳。現(xiàn)在，Si(Li) SSD的能量分辨力可達(dá)160eV。圖1.17示出三種檢測(cè)器能量分辨率的對(duì)比圖。此外，SSD的脈沖

46、分辨時(shí)間約為10-8秒，可見SSD是性能極其優(yōu)異的檢測(cè)器。 圖1.17 三種X射線檢測(cè)器能量分辨力的比較 Si(Li)半導(dǎo)體檢測(cè)器缺點(diǎn)是需要在液氮溫度（約170）下才能正常工作，且售價(jià)很高。現(xiàn)在已有可適用于X射線衍射工作的半導(dǎo)體電致冷Si檢測(cè)器，能量分辨力為300eV，是近年X射線檢測(cè)實(shí)用技術(shù)的重要突破。 SSD原是為核譜研究而發(fā)展的，有極佳的能量分辨本領(lǐng)，不僅作為射線計(jì)數(shù)器用來測(cè)量射線的強(qiáng)度，同時(shí)也能測(cè)量射線的能量。60年代中SSD開始應(yīng)用到X射線發(fā)射光譜分析（X射線熒光分析），特別是用到電子探針中；應(yīng)用到X射線衍射研究中，出現(xiàn)了能量色散型的X射線衍射儀。高能量分辨率的SSD用作衍射儀的X射

47、線檢測(cè)器，可以同時(shí)作為一種高效的（近乎100）“單色化”方法。濾波片、晶體單色器等物理“單色化”方法不可避免地會(huì)造成強(qiáng)度的損失，因而是低效率的；借助SSD的高能量分辨率僅對(duì)K進(jìn)行測(cè)量，避免了強(qiáng)度的損失，從而能成倍地增加X射線的接收強(qiáng)度。在衍射儀上使用SSD還能實(shí)現(xiàn)X射線衍射和X射線能譜同時(shí)分析，這對(duì)于物相分析非常有價(jià)值。SSD的這些優(yōu)越性能在衍射分析中已引起人們的重視，現(xiàn)在，高能量分辨率的SSD已列為X射線衍射儀基本配置的一種選擇。 1.7.6 位敏正比計(jì)數(shù)管(多絲正比計(jì)數(shù)管)測(cè)量正比計(jì)數(shù)管陽極絲兩端產(chǎn)生脈沖的時(shí)間差，有可能使正比計(jì)數(shù)管在絲線方向上具有位置分辨力，這就是一維的位敏正比計(jì)數(shù)管。從這基本思想出發(fā)，正比計(jì)數(shù)管的陽極采用并排平行的多根絲，便發(fā)展成為二維面積型的位敏正比計(jì)數(shù)管。這類器件的位置分辨能力可達(dá) 0