材料測(cè)試與分析技術(shù)講義-1

1、材料測(cè)試與分析技術(shù)材料測(cè)試與分析技術(shù)材料工程學(xué)院材料教研室 朱鼎E-mail： zd-教學(xué)郵箱：緒緒 論論一一. 材料測(cè)試分析的地位與作用材料測(cè)試分析的地位與作用 l不同材料具有各自不同的使用性能不同材料具有各自不同的使用性能l材料的宏觀性能是由其微觀材料的宏觀性能是由其微觀組織、結(jié)構(gòu)、成分組織、結(jié)構(gòu)、成分所決定所決定l以不銹鋼為例：以不銹鋼為例： 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：Fcc 組織：?jiǎn)蜗鄪W氏體組織：?jiǎn)蜗鄪W氏體 成分：成分：1Cr18Ni8優(yōu)良的耐蝕性?xún)?yōu)良的耐蝕性材料測(cè)試與分析技術(shù)l材料測(cè)試分析的地位與作用材料測(cè)試分析的地位與作用CompositionsStructureProcessesPropert

2、iesPerformance材料測(cè)試與分析技術(shù)二二. 材料測(cè)試分析方法材料測(cè)試分析方法l顯微組織分析顯微組織分析OM、TEM、SEM、STEMl化學(xué)成分分析化學(xué)成分分析化學(xué)分析、光譜、化學(xué)分析、光譜、EPMAl晶體結(jié)構(gòu)分析晶體結(jié)構(gòu)分析X射線(xiàn)衍射、電子衍射射線(xiàn)衍射、電子衍射 材料測(cè)試與分析技術(shù)三三. 本課程內(nèi)容本課程內(nèi)容lX射線(xiàn)衍射分析射線(xiàn)衍射分析l電子顯微分析電子顯微分析 材料測(cè)試與分析技術(shù)1. X射線(xiàn)衍射分析射線(xiàn)衍射分析l利用利用X射線(xiàn)在晶體中的衍射現(xiàn)象對(duì)材料的結(jié)構(gòu)射線(xiàn)在晶體中的衍射現(xiàn)象對(duì)材料的結(jié)構(gòu)（物相）進(jìn)行定性、定量分析，并對(duì)與材料結(jié)（物相）進(jìn)行定性、定量分析，并對(duì)與材料結(jié)構(gòu)相關(guān)的晶體學(xué)

3、參數(shù)（晶格參數(shù)、晶體取向、構(gòu)相關(guān)的晶體學(xué)參數(shù)（晶格參數(shù)、晶體取向、晶體缺陷等）進(jìn)行分析測(cè)定的方法。晶體缺陷等）進(jìn)行分析測(cè)定的方法。l分析儀器分析儀器 X射線(xiàn)衍射儀射線(xiàn)衍射儀材料測(cè)試與分析技術(shù)pX射線(xiàn)衍射儀射線(xiàn)衍射儀l物相定性物相定性l物相定量物相定量l結(jié)晶度、晶粒尺寸測(cè)定結(jié)晶度、晶粒尺寸測(cè)定l織構(gòu)測(cè)定織構(gòu)測(cè)定l點(diǎn)陣參數(shù)測(cè)定點(diǎn)陣參數(shù)測(cè)定l殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力材料測(cè)試與分析技術(shù)2. 電子顯微分析電子顯微分析l以高能電子束作為照明源，利用電子束與樣品以高能電子束作為照明源，利用電子束與樣品物質(zhì)交互作用產(chǎn)生的物理信息，分析材料組織、物質(zhì)交互作用產(chǎn)生的物理信息，分析材料組織、結(jié)構(gòu)和成分的方法。結(jié)構(gòu)和成分的方

4、法。 l電子顯微分析儀器電子顯微分析儀器 透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子探針透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子探針、俄歇電子能譜儀等。俄歇電子能譜儀等。材料測(cè)試與分析技術(shù)p透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡l分辨率：分辨率： 0.10.2nml放大倍數(shù)：放大倍數(shù)：0.4150萬(wàn)倍萬(wàn)倍l主要功能：材料微觀組織主要功能：材料微觀組織形貌觀察、晶體缺陷分析、形貌觀察、晶體缺陷分析、晶體特征參量測(cè)定、物相晶體特征參量測(cè)定、物相分析等分析等材料測(cè)試與分析技術(shù)p掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡l分辨率：分辨率： 1nml放大倍數(shù)：放大倍數(shù)：1020萬(wàn)倍萬(wàn)倍l主要功能：材料表面主要功能：材料表面形貌觀察、斷口

5、分析形貌觀察、斷口分析等等材料測(cè)試與分析技術(shù)p電子探針電子探針l分辨率：分辨率： 1nml元素范圍：元素范圍： Z = 4 92l主要功能：材料微區(qū)主要功能：材料微區(qū)化學(xué)成分分析化學(xué)成分分析材料測(cè)試與分析技術(shù)p俄歇電子能譜俄歇電子能譜l分辨率：分辨率： 1nml元素范圍：元素范圍：Z 3l主要功能：材料淺表主要功能：材料淺表面微區(qū)化學(xué)成分分析面微區(qū)化學(xué)成分分析材料測(cè)試與分析技術(shù)四四. 課程特點(diǎn)與要求課程特點(diǎn)與要求l理論性與實(shí)踐性強(qiáng)理論性與實(shí)踐性強(qiáng)u涉及物理學(xué)、晶體學(xué)、電子光學(xué)、量子力學(xué)等理論，涉及物理學(xué)、晶體學(xué)、電子光學(xué)、量子力學(xué)等理論，概念抽象。概念抽象。u需要實(shí)驗(yàn)密切支撐需要實(shí)驗(yàn)密切支撐l

6、要求要求u掌握各種分析方法的基本原理、特點(diǎn)與應(yīng)用掌握各種分析方法的基本原理、特點(diǎn)與應(yīng)用u能夠針對(duì)測(cè)試分析要求選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)試方法，涉及能夠針對(duì)測(cè)試分析要求選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)試方法，涉及測(cè)試方案，并能對(duì)基本的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析解釋。測(cè)試方案，并能對(duì)基本的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析解釋。材料測(cè)試與分析技術(shù)五五. 教學(xué)安排教學(xué)安排l總學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 其中課堂教學(xué)其中課堂教學(xué)44學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)l成績(jī)考核：成績(jī)考核： 作業(yè)（作業(yè)（10%）、考勤（）、考勤（10%） 、實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)（10%） 、期末考試（、期末考試（70%）材料測(cè)試與分析技術(shù)第一章第一章 X射線(xiàn)物理基礎(chǔ)射線(xiàn)物理基礎(chǔ)lX射線(xiàn)的性質(zhì)射線(xiàn)

7、的性質(zhì)lX射線(xiàn)的產(chǎn)生及射線(xiàn)的產(chǎn)生及X射線(xiàn)譜射線(xiàn)譜lX射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用材料測(cè)試與分析技術(shù)1.1 引言引言 X射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)是射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)是19世紀(jì)末世紀(jì)末20世紀(jì)初物理學(xué)世紀(jì)初物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)（的三大發(fā)現(xiàn)（X射線(xiàn)射線(xiàn)1895年、放射線(xiàn)年、放射線(xiàn)1896年、年、電子電子1897年）之一，這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代物年）之一，這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代物理學(xué)的產(chǎn)生。理學(xué)的產(chǎn)生。材料測(cè)試與分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)l1895年年11月月8日，德國(guó)物理日，德國(guó)物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線(xiàn)學(xué)家倫琴在研究陰極射線(xiàn)管的高壓放電現(xiàn)象時(shí)，發(fā)管的高壓放電現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)了能使熒光屏發(fā)光的現(xiàn)了能使熒光屏發(fā)光的 一一種新的射線(xiàn)。種

8、新的射線(xiàn)。l1895年年12月月22日，倫琴和日，倫琴和他夫人拍下了第一張他夫人拍下了第一張X射線(xiàn)射線(xiàn)照片。照片。 材料測(cè)試與分析技術(shù)X射線(xiàn)的性質(zhì)射線(xiàn)的性質(zhì)X射線(xiàn)的主要特征：射線(xiàn)的主要特征：u肉眼不可見(jiàn)肉眼不可見(jiàn)u具有與可見(jiàn)光類(lèi)似的性質(zhì)（沿直線(xiàn)傳播、使膠片感光、具有與可見(jiàn)光類(lèi)似的性質(zhì)（沿直線(xiàn)傳播、使膠片感光、使熒光物質(zhì)發(fā)光）使熒光物質(zhì)發(fā)光）u具有自身的特點(diǎn)（很高的穿透能力、可被物質(zhì)吸收和具有自身的特點(diǎn)（很高的穿透能力、可被物質(zhì)吸收和減弱、可使空氣電離、對(duì)生物細(xì)胞有殺傷作用等）減弱、可使空氣電離、對(duì)生物細(xì)胞有殺傷作用等） 材料測(cè)試與分析技術(shù)貢獻(xiàn)貢獻(xiàn)l幾個(gè)月后被用于醫(yī)學(xué)診斷，后來(lái)又用于金屬材幾個(gè)月

9、后被用于醫(yī)學(xué)診斷，后來(lái)又用于金屬材料和機(jī)械零件的探傷。料和機(jī)械零件的探傷。l1901年獲第一次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。年獲第一次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。 l1912年勞厄發(fā)現(xiàn)了年勞厄發(fā)現(xiàn)了X射線(xiàn)通過(guò)晶體時(shí)產(chǎn)生衍射射線(xiàn)通過(guò)晶體時(shí)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，證明了現(xiàn)象，證明了X射線(xiàn)的波動(dòng)性和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)射線(xiàn)的波動(dòng)性和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性。的周期性。l1912年年11月，布拉格提出著名的布拉格方程，月，布拉格提出著名的布拉格方程，成功解釋勞厄的實(shí)驗(yàn)。成功解釋勞厄的實(shí)驗(yàn)。材料測(cè)試與分析技術(shù)l圖為圖為2001年年3月月27日，在澳大利亞悉尼大學(xué)，一名工日，在澳大利亞悉尼大學(xué)，一名工作人員在審視手中的作人員在審視手中的X射線(xiàn)照片。

10、射線(xiàn)照片。 材料測(cè)試與分析技術(shù)1.2 X射線(xiàn)的本質(zhì)射線(xiàn)的本質(zhì)一、一、X射線(xiàn)的本質(zhì)射線(xiàn)的本質(zhì) X射線(xiàn)與可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、宇宙射線(xiàn)一樣射線(xiàn)與可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、宇宙射線(xiàn)一樣也是電磁波的一種，具有波粒二象性，波長(zhǎng)也是電磁波的一種，具有波粒二象性，波長(zhǎng)在在108cm左右，與晶格常數(shù)為同一數(shù)量級(jí)。左右，與晶格常數(shù)為同一數(shù)量級(jí)。材料測(cè)試與分析技術(shù)二、電磁波譜二、電磁波譜 X射線(xiàn)的波長(zhǎng)在射線(xiàn)的波長(zhǎng)在106cm 1010cm 之間，在電磁波譜之間，在電磁波譜中與紫外線(xiàn)和中與紫外線(xiàn)和射線(xiàn)射線(xiàn)相搭接相搭接。材料測(cè)試與分析技術(shù)二、電磁波譜二、電磁波譜軟軟X射線(xiàn)：波長(zhǎng)較長(zhǎng)，用于醫(yī)學(xué)透視射線(xiàn)：波長(zhǎng)較長(zhǎng)，用于醫(yī)學(xué)透視硬硬X射線(xiàn)

11、：波長(zhǎng)較短，用于材料分析射線(xiàn)：波長(zhǎng)較短，用于材料分析材料測(cè)試與分析技術(shù)三、三、X射線(xiàn)的波粒二象性射線(xiàn)的波粒二象性u(píng)波動(dòng)性：波動(dòng)性：X射線(xiàn)以一定的波長(zhǎng)和頻率在空間傳播，反映射線(xiàn)以一定的波長(zhǎng)和頻率在空間傳播，反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。u粒子性：粒子性：X射線(xiàn)以光子形式輻射和吸收時(shí)具有一定的質(zhì)射線(xiàn)以光子形式輻射和吸收時(shí)具有一定的質(zhì)量、能量和動(dòng)量，反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的分立性。量、能量和動(dòng)量，反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的分立性。 越小，越小，p p和和越大，越大，X X射線(xiàn)穿透能力越強(qiáng)。射線(xiàn)穿透能力越強(qiáng)。hhpc材料測(cè)試與分析技術(shù)u波粒二象性的表現(xiàn)：波粒二象性的表現(xiàn)： 波粒二象性是波粒二象性是X射線(xiàn)的

12、客觀屬性，在一定條件下，可射線(xiàn)的客觀屬性，在一定條件下，可能只有某一方面的屬性表現(xiàn)得比較明顯，而當(dāng)條件改變能只有某一方面的屬性表現(xiàn)得比較明顯，而當(dāng)條件改變時(shí)，另一方面的屬性表現(xiàn)得比較明顯。時(shí)，另一方面的屬性表現(xiàn)得比較明顯。 例如，當(dāng)例如，當(dāng)X射線(xiàn)在空間傳播過(guò)程中發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)射線(xiàn)在空間傳播過(guò)程中發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，就突出地表現(xiàn)出它的象，就突出地表現(xiàn)出它的波動(dòng)性波動(dòng)性；而在與物質(zhì)相互作用；而在與物質(zhì)相互作用交換能量時(shí)，就突出地表現(xiàn)出它的交換能量時(shí)，就突出地表現(xiàn)出它的粒子性粒子性。材料測(cè)試與分析技術(shù)1.3 X射線(xiàn)的產(chǎn)生及射線(xiàn)的產(chǎn)生及X射線(xiàn)管射線(xiàn)管一、一、X射線(xiàn)產(chǎn)生的基本條件射線(xiàn)產(chǎn)生的基本條件 X

13、射線(xiàn)是由高速運(yùn)動(dòng)著的帶電粒子（電子）與某種物射線(xiàn)是由高速運(yùn)動(dòng)著的帶電粒子（電子）與某種物質(zhì)撞擊突然被阻止時(shí)，伴隨電子動(dòng)能的消失或轉(zhuǎn)化而產(chǎn)質(zhì)撞擊突然被阻止時(shí)，伴隨電子動(dòng)能的消失或轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的。生的。 產(chǎn)生自由電子產(chǎn)生自由電子 熱陰極熱陰極 基本條件：基本條件： 使電子作定向高速運(yùn)動(dòng)使電子作定向高速運(yùn)動(dòng) 加速電場(chǎng)加速電場(chǎng) 在電子運(yùn)動(dòng)路徑上設(shè)置障礙物在電子運(yùn)動(dòng)路徑上設(shè)置障礙物 陽(yáng)極陽(yáng)極(靶靶)材料測(cè)試與分析技術(shù)二、二、X射線(xiàn)管射線(xiàn)管1、X射線(xiàn)管射線(xiàn)管 即即X射線(xiàn)的發(fā)生裝置，是有陰陽(yáng)極的真空封閉管。射線(xiàn)的發(fā)生裝置，是有陰陽(yáng)極的真空封閉管。 材料測(cè)試與分析技術(shù)2、X射線(xiàn)管的結(jié)構(gòu)：射線(xiàn)管的結(jié)構(gòu)： 材料測(cè)試

14、與分析技術(shù)l陰極（燈絲）：鎢絲制成，通電加熱后熱輻射陰極（燈絲）：鎢絲制成，通電加熱后熱輻射電子電子l陽(yáng)極（靶）：金屬制成，使電子突然減速發(fā)射陽(yáng)極（靶）：金屬制成，使電子突然減速發(fā)射X射線(xiàn)射線(xiàn)l窗口：金屬鈹制成，是窗口：金屬鈹制成，是X射線(xiàn)射出的通道，要射線(xiàn)射出的通道，要求既要由足夠的強(qiáng)度維持高真空，又要對(duì)求既要由足夠的強(qiáng)度維持高真空，又要對(duì)X射射線(xiàn)吸收小。通常由四個(gè)或兩個(gè)窗口。線(xiàn)吸收小。通常由四個(gè)或兩個(gè)窗口。 材料測(cè)試與分析技術(shù)3、X射線(xiàn)管工作原理射線(xiàn)管工作原理 燈絲變壓器燈絲變壓器高壓變壓器高壓變壓器燈絲燈絲靶靶窗口窗口X射線(xiàn)射線(xiàn)材料測(cè)試與分析技術(shù)4、X射線(xiàn)管的焦點(diǎn)射線(xiàn)管的焦點(diǎn)kc 焦點(diǎn)是

15、陽(yáng)極靶表面被電子焦點(diǎn)是陽(yáng)極靶表面被電子束轟擊的一塊面積，束轟擊的一塊面積，X射線(xiàn)就射線(xiàn)就從這塊面積上發(fā)出。焦點(diǎn)的從這塊面積上發(fā)出。焦點(diǎn)的形狀和尺寸是形狀和尺寸是X射線(xiàn)管的重要射線(xiàn)管的重要特性之一。特性之一。 焦點(diǎn)的形狀取決于燈絲形焦點(diǎn)的形狀取決于燈絲形狀，螺線(xiàn)形燈絲產(chǎn)生長(zhǎng)方形狀，螺線(xiàn)形燈絲產(chǎn)生長(zhǎng)方形焦點(diǎn)。焦點(diǎn)。 為提高為提高X射線(xiàn)衍射的分辨射線(xiàn)衍射的分辨本領(lǐng)，要求焦點(diǎn)小、強(qiáng)度高。本領(lǐng)，要求焦點(diǎn)小、強(qiáng)度高?？s小焦點(diǎn)途徑縮小焦點(diǎn)途徑在與在與靶面成一定角度位置接靶面成一定角度位置接受受X射線(xiàn)。射線(xiàn)。材料測(cè)試與分析技術(shù)1.4 X射線(xiàn)譜射線(xiàn)譜X射線(xiàn)譜射線(xiàn)譜：用適當(dāng)?shù)姆椒y(cè)量：用適當(dāng)?shù)姆椒y(cè)量X射線(xiàn)管發(fā)出

16、的射線(xiàn)管發(fā)出的X射線(xiàn)射線(xiàn)的波長(zhǎng)和強(qiáng)度，在強(qiáng)度的波長(zhǎng)和強(qiáng)度，在強(qiáng)度波長(zhǎng)坐標(biāo)上得到波長(zhǎng)坐標(biāo)上得到X射線(xiàn)射線(xiàn)強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化曲線(xiàn)即強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化曲線(xiàn)即X射線(xiàn)譜。射線(xiàn)譜。 連續(xù)連續(xù)X射線(xiàn)譜射線(xiàn)譜 特征（標(biāo)識(shí)）特征（標(biāo)識(shí)）X射線(xiàn)譜射線(xiàn)譜兩類(lèi)兩類(lèi)材料測(cè)試與分析技術(shù)一、連續(xù)一、連續(xù) X射線(xiàn)譜射線(xiàn)譜1. 定義定義l在一定的管電壓（如在一定的管電壓（如20KV）以下，）以下，X射射線(xiàn)強(qiáng)度隨波長(zhǎng)連續(xù)變線(xiàn)強(qiáng)度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化，稱(chēng)這種譜線(xiàn)為連化，稱(chēng)這種譜線(xiàn)為連續(xù)續(xù)X射線(xiàn)譜，即連續(xù)射線(xiàn)譜，即連續(xù)譜。譜。材料測(cè)試與分析技術(shù)2. 連續(xù)譜的特點(diǎn)連續(xù)譜的特點(diǎn)jcl在短波方向上有短波限在短波方向上有短波限0l每條譜線(xiàn)都有一個(gè)強(qiáng)度

17、最大每條譜線(xiàn)都有一個(gè)強(qiáng)度最大值，最大值出現(xiàn)在值，最大值出現(xiàn)在1.50處處l隨管電壓增大，強(qiáng)度相應(yīng)增隨管電壓增大，強(qiáng)度相應(yīng)增高，譜線(xiàn)的短波限和強(qiáng)度最高，譜線(xiàn)的短波限和強(qiáng)度最大值均相短波方向移動(dòng)。大值均相短波方向移動(dòng)。材料測(cè)試與分析技術(shù)3. 分析解釋分析解釋lX射線(xiàn)光子的產(chǎn)生射線(xiàn)光子的產(chǎn)生 量子力學(xué)概念，當(dāng)能量為量子力學(xué)概念，當(dāng)能量為eU的電子與靶原子碰撞時(shí)，的電子與靶原子碰撞時(shí)，電子失去能量，其中一部分以光子形式輻射出去。每碰撞電子失去能量，其中一部分以光子形式輻射出去。每碰撞一次，產(chǎn)生一個(gè)能量為一次，產(chǎn)生一個(gè)能量為h的光子，即的光子，即“韌致輻射韌致輻射”。l連續(xù)譜的形成連續(xù)譜的形成 大量的電

18、子在到達(dá)靶面的時(shí)間、條件均不同，而且還大量的電子在到達(dá)靶面的時(shí)間、條件均不同，而且還有多次碰撞，因而產(chǎn)生不同能量不同強(qiáng)度的光子序列，即有多次碰撞，因而產(chǎn)生不同能量不同強(qiáng)度的光子序列，即形成連續(xù)譜。形成連續(xù)譜。材料測(cè)試與分析技術(shù)l 關(guān)于短波限關(guān)于短波限 極限情況下，能量為極限情況下，能量為eU的電子在碰撞中一次把能量的電子在碰撞中一次把能量全部轉(zhuǎn)給光子，那么該光子獲得最高能量并具有最短波全部轉(zhuǎn)給光子，那么該光子獲得最高能量并具有最短波長(zhǎng)，即短波限長(zhǎng)，即短波限0 短波限只與管電壓有關(guān)，并隨管電壓增大減小短波限只與管電壓有關(guān)，并隨管電壓增大減小maxmax00/1.24()eUhchcnmeUU材料

19、測(cè)試與分析技術(shù)l 關(guān)于強(qiáng)度最大值關(guān)于強(qiáng)度最大值 X射線(xiàn)的強(qiáng)度定義為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于傳播方向射線(xiàn)的強(qiáng)度定義為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于傳播方向的單位截面的能量大小，即通過(guò)單位面積的光量子流率，的單位截面的能量大小，即通過(guò)單位面積的光量子流率，取決于光子能量取決于光子能量h和光子數(shù)目和光子數(shù)目n。 強(qiáng)度最大值不出現(xiàn)在光子能量最大值強(qiáng)度最大值不出現(xiàn)在光子能量最大值0 0處，而是大處，而是大約約1.5 0 0處處nhI 材料測(cè)試與分析技術(shù)l X射線(xiàn)的總強(qiáng)度射線(xiàn)的總強(qiáng)度 連續(xù)連續(xù)X射線(xiàn)譜線(xiàn)下的面積表示連續(xù)射線(xiàn)譜線(xiàn)下的面積表示連續(xù)X射線(xiàn)的總強(qiáng)度射線(xiàn)的總強(qiáng)度Ig，即陽(yáng)極靶發(fā)射出的即陽(yáng)極靶發(fā)射出的X射線(xiàn)的總能量

20、射線(xiàn)的總能量： 經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式： i管電流，管電流，U管電壓，管電壓，Z陽(yáng)極靶原子序數(shù)，陽(yáng)極靶原子序數(shù)，mi常數(shù)常數(shù) （ (1.11.4) 10-9 ，mi 2 ）dIIg0)(migIiZU材料測(cè)試與分析技術(shù)lX射線(xiàn)管的效率射線(xiàn)管的效率 對(duì)于對(duì)于W W靶，靶，Z=74Z=74，當(dāng)，當(dāng)U=100kVU=100kV時(shí)，時(shí)，1% 其余能量在靶上轉(zhuǎn)化為熱能。其余能量在靶上轉(zhuǎn)化為熱能。2XiZUZUXiU連續(xù) 射線(xiàn)總強(qiáng)度射線(xiàn)管功率材料測(cè)試與分析技術(shù)二、特征二、特征 X射線(xiàn)譜射線(xiàn)譜1. 定義：定義： 在連續(xù)在連續(xù)X射線(xiàn)譜的基礎(chǔ)上產(chǎn)射線(xiàn)譜的基礎(chǔ)上產(chǎn)生。當(dāng)管電壓繼續(xù)升高，大于生。當(dāng)管電壓繼續(xù)升高，大于某

21、個(gè)臨界值時(shí)，在連續(xù)譜線(xiàn)的某個(gè)臨界值時(shí)，在連續(xù)譜線(xiàn)的某個(gè)波長(zhǎng)處出現(xiàn)強(qiáng)度峰，成為某個(gè)波長(zhǎng)處出現(xiàn)強(qiáng)度峰，成為特征特征X射線(xiàn)。將這一臨界電壓射線(xiàn)。將這一臨界電壓稱(chēng)為激發(fā)電壓。稱(chēng)為激發(fā)電壓。材料測(cè)試與分析技術(shù)2. 特點(diǎn)特點(diǎn)l在連續(xù)譜上出現(xiàn)特征譜線(xiàn)，常在連續(xù)譜上出現(xiàn)特征譜線(xiàn)，常見(jiàn)見(jiàn)K，K兩條。兩條。l靶材一定，隨管電壓增高，只靶材一定，隨管電壓增高，只是強(qiáng)度相應(yīng)增加，但特征譜線(xiàn)是強(qiáng)度相應(yīng)增加，但特征譜線(xiàn)的位置（波長(zhǎng)）不變的位置（波長(zhǎng)）不變由此由此稱(chēng)為標(biāo)識(shí)譜。稱(chēng)為標(biāo)識(shí)譜。材料測(cè)試與分析技術(shù)3. 分析解釋分析解釋特征特征X射線(xiàn)的產(chǎn)生射線(xiàn)的產(chǎn)生l特征特征X射線(xiàn)的產(chǎn)生機(jī)理與靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。射線(xiàn)的產(chǎn)生機(jī)理與靶

22、物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。 l原子殼層按其能量大小分為數(shù)層，通常用原子殼層按其能量大小分為數(shù)層，通常用K、L、M、N等等字母代表它們的名稱(chēng)。字母代表它們的名稱(chēng)。 l但當(dāng)管電壓達(dá)到或超過(guò)某一臨界值時(shí)，則陰極發(fā)出的電子但當(dāng)管電壓達(dá)到或超過(guò)某一臨界值時(shí)，則陰極發(fā)出的電子在電場(chǎng)加速下，可以將靶物質(zhì)原子深層的電子擊到能量較在電場(chǎng)加速下，可以將靶物質(zhì)原子深層的電子擊到能量較高的外部殼層或擊出原子外，使原子電離。高的外部殼層或擊出原子外，使原子電離。l如果如果K層電子被擊出層電子被擊出K層，稱(chēng)層，稱(chēng)K系激發(fā)，系激發(fā)，L層電子被擊出層電子被擊出L層，稱(chēng)層，稱(chēng)L系激發(fā)，其余各層依此類(lèi)推。系激發(fā)，其余各層依此類(lèi)推。材料

23、測(cè)試與分析技術(shù)3. 分析解釋分析解釋特征特征X射線(xiàn)的產(chǎn)生射線(xiàn)的產(chǎn)生l處于激發(fā)狀態(tài)的原子有自發(fā)回到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，此時(shí)外層電子處于激發(fā)狀態(tài)的原子有自發(fā)回到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，此時(shí)外層電子將填充內(nèi)層空位，相應(yīng)伴隨著原子能量的降低。原子從高能態(tài)變將填充內(nèi)層空位，相應(yīng)伴隨著原子能量的降低。原子從高能態(tài)變成低能態(tài)時(shí)，多出的能量以成低能態(tài)時(shí)，多出的能量以X射線(xiàn)形式輻射出來(lái)。因物質(zhì)一定，射線(xiàn)形式輻射出來(lái)。因物質(zhì)一定，原子結(jié)構(gòu)一定，兩特定能級(jí)間的能量差一定，故輻射出的特征原子結(jié)構(gòu)一定，兩特定能級(jí)間的能量差一定，故輻射出的特征X射波長(zhǎng)一定。射波長(zhǎng)一定。l當(dāng)當(dāng)K電子被打出電子被打出K層時(shí)，如層時(shí)，如L層電子來(lái)填充層電

24、子來(lái)填充K空位時(shí)，則產(chǎn)生空位時(shí)，則產(chǎn)生K輻輻射。此射。此X射線(xiàn)的能量為電子躍遷前后兩能級(jí)的能量差，即射線(xiàn)的能量為電子躍遷前后兩能級(jí)的能量差，即KKLhWW材料測(cè)試與分析技術(shù)3. 分析解釋分析解釋特征特征X射線(xiàn)的產(chǎn)生射線(xiàn)的產(chǎn)生材料測(cè)試與分析技術(shù)3. 分析解釋分析解釋特征特征X射線(xiàn)的命名射線(xiàn)的命名l同樣當(dāng)同樣當(dāng)K空位被空位被M層電子填充時(shí)，則產(chǎn)生層電子填充時(shí)，則產(chǎn)生K輻射。輻射。M能級(jí)能級(jí)與與K能級(jí)之差大于能級(jí)之差大于L能級(jí)與能級(jí)與K能級(jí)之差，即一個(gè)能級(jí)之差，即一個(gè)K光子的光子的能量大于一個(gè)能量大于一個(gè)K光子的能量；光子的能量； 但因但因LK層躍遷的幾率比層躍遷的幾率比MK遷附幾率大，故遷附幾率大

25、，故K輻射強(qiáng)度比輻射強(qiáng)度比K輻射強(qiáng)度大五倍左輻射強(qiáng)度大五倍左右。右。l顯然，顯然， 當(dāng)當(dāng)L層電子填充層電子填充K層后，原子由層后，原子由K激發(fā)狀態(tài)變成激發(fā)狀態(tài)變成L激激發(fā)狀態(tài)，此時(shí)更外層如發(fā)狀態(tài)，此時(shí)更外層如M、N層的電子將填充層的電子將填充L層空層空位，產(chǎn)生位，產(chǎn)生L系輻射。因此，當(dāng)原子受到系輻射。因此，當(dāng)原子受到K激發(fā)時(shí)，除產(chǎn)生激發(fā)時(shí)，除產(chǎn)生K系輻射外，還將伴生系輻射外，還將伴生L、M等系的輻射。等系的輻射。除除K系輻射系輻射因波長(zhǎng)短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波長(zhǎng)長(zhǎng)而因波長(zhǎng)短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波長(zhǎng)長(zhǎng)而被吸收。被吸收。材料測(cè)試與分析技術(shù)3. 分析解釋分析解釋臨界激發(fā)電

26、壓臨界激發(fā)電壓l產(chǎn)生特征輻射前提是將內(nèi)層電子轟擊出來(lái)，即要求陰極射產(chǎn)生特征輻射前提是將內(nèi)層電子轟擊出來(lái)，即要求陰極射來(lái)的電子的動(dòng)能必須大于等于該內(nèi)層電子與原子核的結(jié)合來(lái)的電子的動(dòng)能必須大于等于該內(nèi)層電子與原子核的結(jié)合能。能。leUWK，才能產(chǎn)生，才能產(chǎn)生K激發(fā)。其臨界值為激發(fā)。其臨界值為eUKWK ，UK稱(chēng)稱(chēng)之臨界激發(fā)電壓。之臨界激發(fā)電壓。 WK為為K層電子的逸出功。層電子的逸出功。材料測(cè)試與分析技術(shù)l特征特征X射線(xiàn)的波長(zhǎng)只取決于靶材物質(zhì)射線(xiàn)的波長(zhǎng)只取決于靶材物質(zhì)l波長(zhǎng)與靶材原子序數(shù)關(guān)系波長(zhǎng)與靶材原子序數(shù)關(guān)系莫塞萊定律莫塞萊定律l根據(jù)莫塞萊定律，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得到的未知元素的根據(jù)莫塞萊定律，將實(shí)

27、驗(yàn)結(jié)果所得到的未知元素的特征特征X射線(xiàn)譜線(xiàn)波長(zhǎng)，與已知的元素波長(zhǎng)相比較，可射線(xiàn)譜線(xiàn)波長(zhǎng)，與已知的元素波長(zhǎng)相比較，可以確定它是何元素。它是以確定它是何元素。它是X射線(xiàn)熒光光譜分析和電子射線(xiàn)熒光光譜分析和電子探針微區(qū)成分分析的基本依據(jù)。探針微區(qū)成分分析的基本依據(jù)。ZK1材料測(cè)試與分析技術(shù)1.5 X射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用 X射線(xiàn)與物質(zhì)相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生各種不同的復(fù)雜射線(xiàn)與物質(zhì)相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生各種不同的復(fù)雜過(guò)程，但從能量轉(zhuǎn)換來(lái)看，一束過(guò)程，但從能量轉(zhuǎn)換來(lái)看，一束X射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)，它射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)，它的能量可分為三部分：其中一部分被的能量可分為三部分：其中一部分被散射散射，一部分被，

28、一部分被吸吸收收，一部分，一部分透過(guò)物質(zhì)繼續(xù)沿原來(lái)方向傳播。透過(guò)物質(zhì)繼續(xù)沿原來(lái)方向傳播。材料測(cè)試與分析技術(shù)一、一、X射線(xiàn)的散射射線(xiàn)的散射 X射線(xiàn)散射射線(xiàn)散射沿一定方向運(yùn)動(dòng)的沿一定方向運(yùn)動(dòng)的X射線(xiàn)光射線(xiàn)光子流與物質(zhì)的電子相互碰撞后，向周?chē)l(fā)散開(kāi)子流與物質(zhì)的電子相互碰撞后，向周?chē)l(fā)散開(kāi)來(lái)的過(guò)程。來(lái)的過(guò)程。 相干散射（彈性散射）相干散射（彈性散射） 非相干散射（非彈性散射）非相干散射（非彈性散射）兩類(lèi)兩類(lèi)材料測(cè)試與分析技術(shù)1. 相干散射相干散射l當(dāng)當(dāng)X射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)原子的內(nèi)層電子在電磁場(chǎng)射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)原子的內(nèi)層電子在電磁場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生受迫振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與入射的作用下將產(chǎn)生受迫振動(dòng)，其

29、振動(dòng)頻率與入射X射線(xiàn)射線(xiàn)的頻率相同。的頻率相同。l任何帶電粒子作受迫振動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，從而任何帶電粒子作受迫振動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，從而向四周輻射電磁波，其頻率與帶電粒子的振動(dòng)頻率相向四周輻射電磁波，其頻率與帶電粒子的振動(dòng)頻率相同。同。l由于散射線(xiàn)與入射線(xiàn)的波長(zhǎng)和頻率一致，位相差固定，由于散射線(xiàn)與入射線(xiàn)的波長(zhǎng)和頻率一致，位相差固定，在相同方向上各散射波符合相干條件，故稱(chēng)為相干散在相同方向上各散射波符合相干條件，故稱(chēng)為相干散射。射。相干散射是相干散射是X射線(xiàn)在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)。射線(xiàn)在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)。材料測(cè)試與分析技術(shù)2. 非相干散射非相干散射lX射線(xiàn)與物質(zhì)原子中受束縛弱的

30、電子碰撞時(shí)（如外射線(xiàn)與物質(zhì)原子中受束縛弱的電子碰撞時(shí)（如外層電子），可以得到波長(zhǎng)比入射層電子），可以得到波長(zhǎng)比入射X射線(xiàn)長(zhǎng)的射線(xiàn)長(zhǎng)的X射線(xiàn)，射線(xiàn)，且波長(zhǎng)隨散射方向不同而改變。這種散射現(xiàn)象稱(chēng)為且波長(zhǎng)隨散射方向不同而改變。這種散射現(xiàn)象稱(chēng)為非相干散射。非相干散射。由于散射線(xiàn)分布于各個(gè)方向，波波長(zhǎng)由于散射線(xiàn)分布于各個(gè)方向，波波長(zhǎng)各不相等，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。各不相等，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。材料測(cè)試與分析技術(shù)l非相干散射機(jī)理非相干散射機(jī)理l入射X射線(xiàn)遇到約束松的電子時(shí)，將電子撞至一方，成為反沖電子。入射線(xiàn)的能量對(duì)電子作功而消耗一部分后，剩余部分以X射線(xiàn)向外輻射。散射X射線(xiàn)的波長(zhǎng)（）比入射X射線(xiàn)的波長(zhǎng)（）長(zhǎng)，其

31、差值與角度之間存在如下關(guān)系：cos10243. 0材料測(cè)試與分析技術(shù)l小結(jié)小結(jié)相干散射相干散射因?yàn)槭窍喔刹ㄋ钥梢愿缮婕訌?qiáng)因?yàn)槭窍喔刹ㄋ钥梢愿缮婕訌?qiáng). .只有相干散射才能產(chǎn)生衍射只有相干散射才能產(chǎn)生衍射, ,所以相干所以相干散射是散射是X X射線(xiàn)衍射的基礎(chǔ)射線(xiàn)衍射的基礎(chǔ)非相干散射非相干散射因?yàn)榉窍喔缮⑸洳荒芨缮婕訌?qiáng)產(chǎn)生衍射因?yàn)榉窍喔缮⑸洳荒芨缮婕訌?qiáng)產(chǎn)生衍射, ,所以非相干散射只是形成衍射的背底所以非相干散射只是形成衍射的背底材料測(cè)試與分析技術(shù)二、二、X射線(xiàn)的吸收射線(xiàn)的吸收 X射線(xiàn)的吸收是指射線(xiàn)的吸收是指X射線(xiàn)的能量在通過(guò)物質(zhì)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樯渚€(xiàn)的能量在通過(guò)物質(zhì)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。即發(fā)生了能量損耗

32、。其他形式的能量。即發(fā)生了能量損耗。 吸收主要由原子內(nèi)部的電子躍遷引起，這個(gè)過(guò)程發(fā)生吸收主要由原子內(nèi)部的電子躍遷引起，這個(gè)過(guò)程發(fā)生X射線(xiàn)的射線(xiàn)的光電效應(yīng)光電效應(yīng)及及俄歇效應(yīng)俄歇效應(yīng)，使，使X射線(xiàn)的部分能量轉(zhuǎn)變射線(xiàn)的部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闉楣怆娮庸怆娮印晒鉄晒釾射線(xiàn)射線(xiàn)及及俄歇電子俄歇電子的能量。的能量。材料測(cè)試與分析技術(shù)1、光電效應(yīng)與熒光輻射、光電效應(yīng)與熒光輻射 光電效應(yīng)光電效應(yīng)入射入射X射線(xiàn)射線(xiàn)光子的能量足夠大時(shí)，光子的能量足夠大時(shí)，可將內(nèi)層電子擊出，產(chǎn)可將內(nèi)層電子擊出，產(chǎn)生光電效應(yīng)。生光電效應(yīng)。材料測(cè)試與分析技術(shù) 熒光輻射熒光輻射失去內(nèi)層失去內(nèi)層電子的原子處于激發(fā)態(tài)，電子的原子處于激發(fā)態(tài)，將發(fā)生

33、外層電子向內(nèi)層將發(fā)生外層電子向內(nèi)層躍遷同時(shí)釋放波長(zhǎng)一定躍遷同時(shí)釋放波長(zhǎng)一定的特征的特征X射線(xiàn)。稱(chēng)為射線(xiàn)。稱(chēng)為二次二次特征特征X射線(xiàn)或熒光射線(xiàn)或熒光X射線(xiàn)。射線(xiàn)。jc材料測(cè)試與分析技術(shù) 激發(fā)激發(fā)K系光電效應(yīng)時(shí)，入射光子的能量必須大于或系光電效應(yīng)時(shí)，入射光子的能量必須大于或等于將電子從等于將電子從K層移至無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)所作的逸出功層移至無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)所作的逸出功WK，即，即而入射光子能量取決于加速電壓而入射光子能量取決于加速電壓 所以所以 稱(chēng)稱(chēng)k k為激發(fā)限，或吸收限，只有當(dāng)入射為激發(fā)限，或吸收限，只有當(dāng)入射X X射線(xiàn)的波射線(xiàn)的波長(zhǎng)長(zhǎng)k k時(shí)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。時(shí)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。l激發(fā)限激發(fā)限1.24kk

34、khceUU材料測(cè)試與分析技術(shù)kkhWkkkhcheU 在在X射線(xiàn)衍射分析中，熒光射線(xiàn)衍射分析中，熒光X射線(xiàn)是有害的，它射線(xiàn)是有害的，它會(huì)增加衍射譜的背底，使衍射花樣變得復(fù)雜。但是會(huì)增加衍射譜的背底，使衍射花樣變得復(fù)雜。但是在元素分析方面，熒光在元素分析方面，熒光X射線(xiàn)又可作為射線(xiàn)又可作為X射線(xiàn)熒光光射線(xiàn)熒光光譜分析的基礎(chǔ)。譜分析的基礎(chǔ)。材料測(cè)試與分析技術(shù)2、俄歇效應(yīng)、俄歇效應(yīng)l原子的原子的K層電子被層電子被X射線(xiàn)擊出后，處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)射線(xiàn)擊出后，處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)L層層的電子向的電子向K層躍遷時(shí)，將釋放出層躍遷時(shí)，將釋放出W=WK-WL能量，這能量，這個(gè)能量可以用熒光個(gè)能量可以用熒光X射線(xiàn)的形式

35、釋放，也可以被原子射線(xiàn)的形式釋放，也可以被原子內(nèi)部的某個(gè)電子（內(nèi)層或者外層）所吸收，使這個(gè)電內(nèi)部的某個(gè)電子（內(nèi)層或者外層）所吸收，使這個(gè)電子受激發(fā)而逸出原子成為自由電子，這就是俄歇效應(yīng)子受激發(fā)而逸出原子成為自由電子，這就是俄歇效應(yīng)，這個(gè)電子就是，這個(gè)電子就是俄歇電子俄歇電子。lKLL俄歇電子的能量為：俄歇電子的能量為： W=WK-WL-WL材料測(cè)試與分析技術(shù)l俄歇電子的能量與入射俄歇電子的能量與入射X射線(xiàn)的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，僅與產(chǎn)生射線(xiàn)的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，僅與產(chǎn)生俄歇效應(yīng)的物質(zhì)的元素種類(lèi)有關(guān)。俄歇效應(yīng)的物質(zhì)的元素種類(lèi)有關(guān)。俄歇電子的能量很俄歇電子的能量很低，一般只有幾百電子伏，因此，只有表面幾層原子低，一般只

36、有幾百電子伏，因此，只有表面幾層原子所產(chǎn)生的俄歇電子才能逸出表面被探測(cè)，所以俄歇電所產(chǎn)生的俄歇電子才能逸出表面被探測(cè)，所以俄歇電子可以帶來(lái)物質(zhì)表層化學(xué)成分信息，俄歇電子能譜儀子可以帶來(lái)物質(zhì)表層化學(xué)成分信息，俄歇電子能譜儀是表面物理研究的重要工具之一。是表面物理研究的重要工具之一。材料測(cè)試與分析技術(shù)光電效應(yīng)光電效應(yīng)-俄歇效應(yīng)示意圖俄歇效應(yīng)示意圖材料測(cè)試與分析技術(shù)lX射線(xiàn)與物質(zhì)作用小結(jié)射線(xiàn)與物質(zhì)作用小結(jié)材料測(cè)試與分析技術(shù)三、三、X射線(xiàn)的衰減射線(xiàn)的衰減 1. X射線(xiàn)的衰減規(guī)律與線(xiàn)吸收系數(shù)射線(xiàn)的衰減規(guī)律與線(xiàn)吸收系數(shù) 實(shí)驗(yàn)證明，一單色實(shí)驗(yàn)證明，一單色X射線(xiàn)透過(guò)一層均勻物質(zhì)時(shí)，其強(qiáng)度將隨穿透射線(xiàn)透過(guò)一層均

37、勻物質(zhì)時(shí)，其強(qiáng)度將隨穿透的距離呈指數(shù)規(guī)律減弱，即的距離呈指數(shù)規(guī)律減弱，即tIIl0tleII0透射束強(qiáng)度透射束強(qiáng)度入射束強(qiáng)度入射束強(qiáng)度線(xiàn)吸收系數(shù)線(xiàn)吸收系數(shù)透過(guò)物質(zhì)的厚度透過(guò)物質(zhì)的厚度線(xiàn)吸收系數(shù)線(xiàn)吸收系數(shù)l l表示沿穿透方向單位長(zhǎng)度表示沿穿透方向單位長(zhǎng)度X X射線(xiàn)的衰減程度，與射線(xiàn)的衰減程度，與X X射線(xiàn)射線(xiàn)的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)、吸收物質(zhì)吸收物質(zhì)、吸收物質(zhì)物理狀態(tài)吸收物質(zhì)物理狀態(tài)有關(guān)有關(guān)材料測(cè)試與分析技術(shù)2. 質(zhì)量吸收系數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)為避開(kāi)線(xiàn)吸收系數(shù)隨吸收物質(zhì)物理狀態(tài)不同而改變的問(wèn)題為避開(kāi)線(xiàn)吸收系數(shù)隨吸收物質(zhì)物理狀態(tài)不同而改變的問(wèn)題，令，令 mlm質(zhì)量吸收系數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)m表示單

38、位質(zhì)量物質(zhì)對(duì)表示單位質(zhì)量物質(zhì)對(duì)X X射線(xiàn)的吸收程度，射線(xiàn)的吸收程度，只與只與X X射線(xiàn)的波長(zhǎng)射線(xiàn)的波長(zhǎng)和和吸收物質(zhì)吸收物質(zhì)有關(guān)。有關(guān)。材料測(cè)試與分析技術(shù)2. 質(zhì)量吸收系數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)于非單質(zhì)元素組成的復(fù)雜物質(zhì)，對(duì)于非單質(zhì)元素組成的復(fù)雜物質(zhì)， iniilm1)/(33ZKm某元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)某元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相應(yīng)元素的質(zhì)量吸收系數(shù)相應(yīng)元素的質(zhì)量吸收系數(shù)ili)/(材料測(cè)試與分析技術(shù)3. 吸收限吸收限對(duì)于選定的物質(zhì)（對(duì)于選定的物質(zhì)（Z一定），作一定），作 曲線(xiàn)。曲線(xiàn)。 曲線(xiàn)中某幾處出現(xiàn)曲線(xiàn)中某幾處出現(xiàn) 值突增，其原因是在該波長(zhǎng)處值突增，其原因是在該波長(zhǎng)處 產(chǎn)生產(chǎn)生光電效應(yīng)光電效應(yīng)

39、，X射線(xiàn)大量被吸收，該波長(zhǎng)即為射線(xiàn)大量被吸收，該波長(zhǎng)即為吸收限吸收限mmm材料測(cè)試與分析技術(shù)四、吸收限的應(yīng)用四、吸收限的應(yīng)用1. 濾波片的選擇濾波片的選擇 X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)是利用射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)是利用K系特征輻射源，系特征輻射源，K系譜線(xiàn)包系譜線(xiàn)包括括 和和 兩條線(xiàn)，它們將在晶體衍射時(shí)產(chǎn)生兩套兩條線(xiàn)，它們將在晶體衍射時(shí)產(chǎn)生兩套花樣，使得分析復(fù)雜化。解決方法花樣，使得分析復(fù)雜化。解決方法濾掉濾掉KKK材料測(cè)試與分析技術(shù)l濾波片選擇方法濾波片選擇方法材料測(cè)試與分析技術(shù)選擇一種合適的材料，使其吸收限選擇一種合適的材料，使其吸收限 正好位于正好位于 和和 線(xiàn)線(xiàn)波長(zhǎng)之間，且盡量靠近波長(zhǎng)之間，且盡量靠近 線(xiàn)波長(zhǎng)

40、。線(xiàn)波長(zhǎng)。將這種材料制成薄片將這種材料制成薄片濾波片，置于入射束或衍射束光濾波片，置于入射束或衍射束光路中，強(qiáng)烈吸收路中，強(qiáng)烈吸收 線(xiàn)，而對(duì)線(xiàn)，而對(duì) 吸收很少，得到單色吸收很少，得到單色 輻射。輻射。KKkKKKK材料測(cè)試與分析技術(shù)l濾波片選擇原則濾波片選擇原則濾波片根據(jù)陽(yáng)極靶來(lái)選，濾波片原子序數(shù)比靶材小濾波片根據(jù)陽(yáng)極靶來(lái)選，濾波片原子序數(shù)比靶材小124040ZZ靶材靶材12ZZZZ濾波片靶材濾波片靶材例如，對(duì)于例如，對(duì)于Co（27）、）、Cu（29）、）、Mo（42）靶，）靶， 分別選分別選Fe（26）、）、Ni（28）、）、Zr（40）濾波片）濾波片材料測(cè)試與分析技術(shù)陽(yáng)極靶的選擇陽(yáng)極靶的選

41、擇陽(yáng)極靶根據(jù)試樣來(lái)選，靶材原子序數(shù)比試樣大陽(yáng)極靶根據(jù)試樣來(lái)選，靶材原子序數(shù)比試樣大01 X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)中，入射射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)中，入射X射線(xiàn)在與試樣作用過(guò)射線(xiàn)在與試樣作用過(guò)程中產(chǎn)生熒光輻射，只能增加衍射花樣的背景，為消程中產(chǎn)生熒光輻射，只能增加衍射花樣的背景，為消除干擾，可通過(guò)適當(dāng)?shù)陌胁膩?lái)避免熒光輻射。除干擾，可通過(guò)適當(dāng)?shù)陌胁膩?lái)避免熒光輻射。 原則：原則： 或或 例如：對(duì)于例如：對(duì)于Fe（26）試樣，應(yīng)選用）試樣，應(yīng)選用Co（27）靶或）靶或Fe（26）靶。）靶。1ZZ靶材試樣材料測(cè)試與分析技術(shù)ZZ靶材試樣1.6 X射線(xiàn)的防護(hù)射線(xiàn)的防護(hù)過(guò)量過(guò)量X射線(xiàn)輻射對(duì)人體的傷害：射線(xiàn)輻射對(duì)人體的傷害：l局部組

42、織灼傷或壞死，毛發(fā)脫落，血液病變，影響生育等局部組織灼傷或壞死，毛發(fā)脫落，血液病變，影響生育等防護(hù)措施：防護(hù)措施：l不要將手及身體的任何部位直接暴露在不要將手及身體的任何部位直接暴露在X射線(xiàn)光束下，避免一切射線(xiàn)光束下，避免一切不必要的照射。不必要的照射。l用重金屬鉛強(qiáng)烈吸收用重金屬鉛強(qiáng)烈吸收X射線(xiàn)，鉛屏風(fēng)、鉛玻璃眼睛、鉛橡膠手套射線(xiàn)，鉛屏風(fēng)、鉛玻璃眼睛、鉛橡膠手套、鉛圍裙等、鉛圍裙等l定期體檢定期體檢材料測(cè)試與分析技術(shù)X射線(xiàn)的主要特征：射線(xiàn)的主要特征：u肉眼不可見(jiàn)肉眼不可見(jiàn)u沿直線(xiàn)傳播、使膠片感光、使熒光物質(zhì)發(fā)光沿直線(xiàn)傳播、使膠片感光、使熒光物質(zhì)發(fā)光u很高的穿透能力、可被物質(zhì)吸收和減弱、可使很

43、高的穿透能力、可被物質(zhì)吸收和減弱、可使空氣電離、對(duì)生物細(xì)胞有殺傷作用空氣電離、對(duì)生物細(xì)胞有殺傷作用第一章要點(diǎn)第一章要點(diǎn)材料測(cè)試與分析技術(shù)X射線(xiàn)的本質(zhì)射線(xiàn)的本質(zhì) X射線(xiàn)是一種波長(zhǎng)很短的電磁波，具有波射線(xiàn)是一種波長(zhǎng)很短的電磁波，具有波粒二象性，波長(zhǎng)與晶格常數(shù)為同一數(shù)量級(jí)。粒二象性，波長(zhǎng)與晶格常數(shù)為同一數(shù)量級(jí)。第一章要點(diǎn)第一章要點(diǎn)材料測(cè)試與分析技術(shù)X射線(xiàn)的波粒二象性射線(xiàn)的波粒二象性u(píng)波動(dòng)性：波動(dòng)性：X射線(xiàn)以一定的波長(zhǎng)和頻率在空間傳播，反映射線(xiàn)以一定的波長(zhǎng)和頻率在空間傳播，反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。u粒子性：粒子性：X射線(xiàn)以光子形式輻射和吸收時(shí)具有一定的能射線(xiàn)以光子形式輻射和吸收時(shí)具有一定的能量和動(dòng)量，反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的分立性。量和動(dòng)量，反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的分立性。u當(dāng)當(dāng)X射線(xiàn)在空間傳播過(guò)程中發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，就突射線(xiàn)在空間傳播過(guò)程中發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，就突出地表現(xiàn)出它的出地表現(xiàn)出它的波動(dòng)性波動(dòng)性；而在與物質(zhì)相互作用交換能量；而在與物質(zhì)相互作用交換能量時(shí)，就突出地表現(xiàn)出它的時(shí)，就突出地表現(xiàn)出它的粒