固體物理實(shí)驗(yàn)方法課X射線物理基礎(chǔ)課件

§2.1X

射線物理基礎(chǔ)倫琴（W.C.Roentgen）(1845-1923)德國人倫琴是德國維爾茨堡大學(xué)校長，第一屆諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。1895年他發(fā)現(xiàn)一種穿透力很強(qiáng)的一種射線。后來很快在醫(yī)學(xué)上得到應(yīng)用，也引起各方面重視。1895年11月8日發(fā)現(xiàn)

x

射線實(shí)驗(yàn)室§2.1X射線物理基礎(chǔ)倫琴（W.C.Roentgen）這是第一張X射線照片，倫琴夫人的手l895年底，倫琴發(fā)表了《論新的射線》。

1901年，獲得了首次頒發(fā)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這是第一張X射線照片，倫琴夫人的手l895年底，倫琴發(fā)表了1890年古德斯比德和詹寧斯都發(fā)現(xiàn)他們陰極射線管后面的照相底片特別發(fā)黑。1879年克魯克斯曾抱怨放在他的陰極射線管附近的照相底片老出現(xiàn)模糊的陰影。1890年古德斯比德和詹寧斯都發(fā)現(xiàn)他們陰極射1912年德國慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授馮?勞厄用晶體中的衍射拍攝出X

射線衍射照片。由于晶體的晶格常數(shù)約10nm，與X

射線波長接近，衍射現(xiàn)象明顯。

(獲1912年諾貝爾物理獎(jiǎng))1912年德國慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授馮?單晶片X射線照相底片單晶片X射線照相底片1895年威廉.倫琴（德國）1901年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)發(fā)現(xiàn)X

射線，也稱倫琴射線1912年勞厄（M.V.Laue）（德國）1914獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得第一張X

射線衍射照片1912年布拉格父子（Bragg）（英國）布拉格方程2dsinθ＝λ（晶體結(jié)構(gòu)分析）1913年貝克萊和莫斯萊（英國）Barkla和H.G.J.Moseley建立了X射線光譜學(xué)1916年德拜－謝樂Debye-Scherrer發(fā)明粉末照相法1928年蓋革－彌勒H.Geiger-W.Muller提出用蓋革－彌勒計(jì)數(shù)器測量X

射線的方法1938年哈那瓦爾特Hanawalt建立系統(tǒng)的X

射線物相定性分析方法1941年美國材料協(xié)會(huì)將衍射資料編成索引及標(biāo)準(zhǔn)卡片1945年美國海軍實(shí)驗(yàn)室的Friedman設(shè)計(jì)了用于粉末研究的第一臺(tái)計(jì)數(shù)器衍射儀1945年X射線物相定量分析20世紀(jì)60年代衍射儀與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)收集衍射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化X

射線衍射的發(fā)展1895年威廉.倫琴（德國）發(fā)現(xiàn)X射線，也稱倫琴射2.1.1X射線的性質(zhì)本質(zhì):

X

射線是一種波長很短的電磁波，具有波粒二相性。硬x

射線，軟x

射線，電磁波譜2.1.1X射線的性質(zhì)本質(zhì):硬x射線，軟x射1）具有很強(qiáng)的穿透能力，可以穿透黑紙及許多對可見光不透明的物質(zhì)，被固定物質(zhì)吸收而強(qiáng)度減弱。3）肉眼不能觀察,但可以使照相底片感光。4）能殺死生物細(xì)胞和組織。X

射線的性質(zhì):2）沿直線傳播,電磁場不能使其偏轉(zhuǎn)，不能聚焦。1）具有很強(qiáng)的穿透能力，可以穿透黑紙及許多對可見光不透明的物X

射線：波長0.001～10nm的電磁波；高速電子撞擊陽極(Cu、Cr等重金屬)：熱能(99%)+X射線(1%)

高速電子撞擊使陽極元素的內(nèi)層電子激發(fā)；產(chǎn)生X射線輻射；2.1.2

X

射線的產(chǎn)生X射線：波長0.001～10nm的電磁波；高X

射線譜是X

射線強(qiáng)度I-波長λ的關(guān)系曲線

X

射線管產(chǎn)生的輻射按射線譜特征分為連續(xù)X射線和特征X射線兩類。Mo靶連續(xù)x-ray

譜和特征x

射線譜2.1.3X

射線譜X射線譜是X射線強(qiáng)度I-波長λ的關(guān)系曲線X射線管產(chǎn)生1、連續(xù)譜（白色X

射線）強(qiáng)度隨波長而連續(xù)變化，每條曲線都對應(yīng)有一個(gè)最短的波長（短波限λ0）和一個(gè)強(qiáng)度的最大值。

1）產(chǎn)生機(jī)理

2）連續(xù)譜特性1、連續(xù)譜（白色X射線）強(qiáng)度隨波長而連續(xù)變化，每條曲線都

1）產(chǎn)生機(jī)理

高能電子轟擊陽極靶，電子與靶原子交換能量，入射電子能量漸漸減小，損失的能量以電磁波方式輻射出去，因波長大小不同稱連續(xù)譜。1）產(chǎn)生機(jī)理高能電子轟擊陽極靶，電子與靶原子交換能2)連續(xù)譜特性2)連續(xù)譜特性短波限：X

射線連續(xù)譜的下限波長，記作

min（

0）電子在電場中得到的加速動(dòng)能，全部轉(zhuǎn)化為輻射的光子能時(shí)，有所以得它與陽極的材料無關(guān)，僅與電壓有關(guān)。

min的存在是量子論正確性的又一例證?！部捎盟鼇頊y普朗克常數(shù)h。短波限：X射線連續(xù)譜的下限波長，記作min（0）2、特征X

射線譜(特征譜/標(biāo)識(shí)譜)它是迭加在連續(xù)譜上的分立譜線在X

射線譜中，特別窄，特別高的峰就是特征X

射線。1）產(chǎn)生機(jī)理2）特征譜線的命名3）特征波長2、特征X射線譜(特征譜/標(biāo)識(shí)譜)1）產(chǎn)生機(jī)理2）特征譜1）產(chǎn)生機(jī)理碰撞→躍遷↑(高)→空穴→躍遷↓(低)

在X射線管中，當(dāng)陰極發(fā)射的電子束轟擊陽極的過程中，當(dāng)某個(gè)具有足夠能量的電子將陽極靶原子的內(nèi)層電子擊出，于是在低能級上出現(xiàn)空位，原子的系統(tǒng)能量升高，系統(tǒng)處于激發(fā)狀態(tài)。這種激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，隨后便有較高能級上的電子向低能級上的空位躍遷，使原子的系統(tǒng)能量重新降低而趨于穩(wěn)定。在原子系統(tǒng)中，電子從高能級向低能級的躍遷過程中多余的能量以光子的形式向外輻射特征X射線。

1）產(chǎn)生機(jī)理碰撞→躍遷↑(高)→空穴→躍遷↓(低)R=1.097×107m-1，Rydberg常數(shù)；σ核外電子對核電荷的屏蔽常數(shù)；n

電子殼層數(shù)；c

光速；Z原子序數(shù)；En2和En1——

分別為高能級和低能級電子的能量

R=1.097×107m-1，Rydberg常數(shù)；σ核ZeKLMNOL系K系-e-e2）特征譜線的命名一般來說IKα=（5~7）IKβ，分析工作一般用強(qiáng)度最大的Kα線ZeKLMNOL系K系-e-e2）特征譜線的命名3）特征波長式中：c與——與線系有關(guān)的常數(shù)。特征X射線譜及管電壓對特征譜的影響鉬鈀K系1-20kV2-25kV3-35kV

不同陽極靶材，有不同的特征譜線，波長不同λ~z關(guān)系，由1914年莫塞萊（MOSLEY）定律確定。3）特征波長式中：c與——與線系有關(guān)的常數(shù)。特征X射線原子能級及電子躍遷產(chǎn)生特征X射線示意圖n=1

n＝2（L層）（K層）n＝3（M層）K系L系Kα1

Kα2Kβ1Lα1

Lα2Kβ2Kα雙線的產(chǎn)生與原子能級的精細(xì)結(jié)構(gòu)有關(guān)

LⅠLⅡLⅢ原子能級及電子躍遷產(chǎn)生特征X射線示意圖n=1n＝2（L連續(xù)譜特征X射線譜強(qiáng)度隨波長連續(xù)變化強(qiáng)度與管電壓、管電流、原子序數(shù)有關(guān)其產(chǎn)生：高能電子的能量損失頻率有關(guān)波長一定而強(qiáng)度很強(qiáng)與靶材、激發(fā)電壓有關(guān)，與管電流無管特征譜的產(chǎn)生與靶材原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)如Kα，Kβ連續(xù)譜與特征譜的比較連續(xù)譜特征X射線譜強(qiáng)度隨波長連續(xù)變化波長一定而強(qiáng)度很強(qiáng)2.1.4X

射線與物質(zhì)的相互作用入射

X射線強(qiáng)度I0t散射X

射線相干的非相干的反沖電子俄歇電子光電子熒光X射線電子透射X射線Ix=I0e-ux康普頓效應(yīng)俄歇效應(yīng)光電效應(yīng)熱能2.1.4X射線與物質(zhì)的相互作用入射X射線強(qiáng)度I1、相干散射（湯姆遜散射/彈性散射）

相干散射是X射線在晶體中產(chǎn)生衍射的基礎(chǔ)

當(dāng)X射線與試樣緊束縛的內(nèi)層電子相互作用，光子的方向改變，但能量幾乎沒有損失，輻射出與入射波相同波長的X射線。1、相干散射（湯姆遜散射/彈性散射）相干散射是X射線在相干散射特點(diǎn)：

A、與物質(zhì)原子中束縛力較大的電子（內(nèi)層電子）的作用。

B、電子作受迫振動(dòng)發(fā)射電磁波，稱散射波。

C、各散射波之間符合振動(dòng)方向相同、頻率相同、位相差恒定的干涉條件可產(chǎn)生干涉作用。

相干散射特點(diǎn)：A、與物質(zhì)原子中束縛力較大的電子（內(nèi)層電子）2、非相干散射（康普頓散射/非彈性散射）

當(dāng)一個(gè)X射線光量子沖擊試樣束縛較松的外層電子時(shí)……在α角處產(chǎn)生一個(gè)新光子。2、非相干散射（康普頓散射/非彈性散射）特點(diǎn)：

A、X射線作用于束縛較小的外層電子或自由電子。

B、散射X射線的波長變長了。散射X射線波長的改變與傳播方向存在如下的關(guān)系：

△λ=0.0024(1-cos2θ)

由于散射X射線的波長隨散射方向而變，不能產(chǎn)生干涉效應(yīng)。故這種X射線散射稱為非相干散射。

特點(diǎn)：A、X射線作用于束縛較小的外層電子或自由電子。

B

我國著名的物理學(xué)家吳有訓(xùn)與美國物理學(xué)家康普頓一起在1924年發(fā)現(xiàn)的此效應(yīng)，故亦稱康普頓－吳有訓(xùn)效應(yīng)。 我國著名的物理學(xué)家吳有訓(xùn)與美國物理學(xué)家康普頓一起在1924(1)入射X射線光子能量足夠高……

hν=hc/λ≥ev

λ≤1.24/V(nm)…

(2)相位無確定關(guān)系，非相干會(huì)造成嚴(yán)重背底，應(yīng)避免之。另：俄歇效應(yīng)（AUGER）也會(huì)造成背底不利3、熒光輻射(1)入射X射線光子能量足夠高……3、熒光輻射

X射線的衰減:入射X射線通過物質(zhì)沿透射方向強(qiáng)度顯著下降的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)得知:

μ為物質(zhì)的線吸收系數(shù)意義：當(dāng)X射線通過物質(zhì)時(shí)，在X射線傳播方向上，單位長度上X射線強(qiáng)度的衰減程度（cm-1)。它與物質(zhì)的種類和X射線的波長有關(guān)。4、

X射線的衰減規(guī)律X射線的衰減:入射X射線通過物質(zhì)沿透射方向強(qiáng)度

單位為cm2/g,則：

實(shí)際中最常用的是物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)μ

m

ρ為物質(zhì)的密度。質(zhì)量吸收系數(shù)的意義是單位質(zhì)量物質(zhì)對X射線的衰減程度。

單位為cm2/g,則：實(shí)際中最常用的是物質(zhì)的質(zhì)量

質(zhì)量吸收系數(shù)與物質(zhì)的密度和狀態(tài)無關(guān)，而與物質(zhì)的原子序數(shù)（即原子的種類）和入射X射線的波長有關(guān)。它們的關(guān)系為：

K為常數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)反映了不同物質(zhì)對X射線的吸收程度

質(zhì)量吸收系數(shù)與物質(zhì)的密度和狀態(tài)無關(guān)，而與物質(zhì)的原子序數(shù)0.20.40.60.81.01.2?50100150200250LⅠLⅡLⅢPt(Z=78)的質(zhì)量吸收系數(shù)μm隨入射X

射線波長λ

的變化K00.20.40.60.81.01.2?5010015020

如果吸收體中是由兩種以上的元素組成的化合物或混合物、或溶液，其總的質(zhì)量吸收系數(shù)為：

式中：w1,w2

和wp

為該吸收體中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

μ

m1,μ

m2

和μ

mp為該吸收體中各組分的質(zhì)量吸收系數(shù)

如果吸收體中是由兩種以上的元素組成的化合物或混合物、或溶液例題：計(jì)算SiO2對Cu的Kα輻射的質(zhì)量吸收系數(shù)（λ＝1.5418埃）已知原子量Si=28.08,O=16.0。則SiO2質(zhì)量吸收系數(shù)為：

解：查附表得Si、O對Cu的Kα輻射的質(zhì)量吸收系數(shù)μm（Si）=60.3cm2g-1,μm（O）＝12.7cm2g-1例題：計(jì)算SiO2對Cu的Kα輻射的質(zhì)量吸收系數(shù)（λ＝1.55、吸收限的應(yīng)用1）陽極靶選擇2）濾波片的選擇5、吸收限的應(yīng)用1）陽極靶選擇2）濾波片的選擇1)陽極靶選擇目的：避免在試樣上發(fā)生熒光輻射一般應(yīng)滿足以下經(jīng)驗(yàn)公式:Z靶≤Z試樣+1例：分析Fe試樣時(shí)，應(yīng)該用Co靶或Fe靶，如果用Ni靶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較高的背底水平。因?yàn)镕e的λk=0.17429nm,而Ni靶的Kα射線波長λkα=0.16591nm，故大量的產(chǎn)生真吸收，造成嚴(yán)重非相干散射背底1)陽極靶選擇例：分析Fe試樣時(shí)，應(yīng)該用Co靶或Fe靶，如果2）濾波片的選擇用濾波片將K系特征線中Kβ去掉留下Kα線。Ni的吸收限:0.14869nm，它對0.14869nm波長及稍短波長的X射線有強(qiáng)烈的吸收。而對比0.14869nm稍長的X射線吸收很小。

Cu靶X射線:Kα=0.15418nm

Kβ=0.13922nm

2）濾波片的選擇Ni的吸收限:0.14869nm，它對固體物理實(shí)驗(yàn)方法課]第2章__X射線物理基礎(chǔ)課件濾波片的選用原則

(1)Z靶＜40時(shí)----選Z片

=Z靶-1(2)Z靶≥40時(shí)----選Z片

=Z靶-2固體物理實(shí)驗(yàn)方法課]第2章__X射線物理基礎(chǔ)課件習(xí)題1.解釋1）連續(xù)X射線：

答：強(qiáng)度隨波長而連續(xù)變化，每條曲線都對應(yīng)有一個(gè)最短的波長（短波限λ0）和一個(gè)強(qiáng)度的最大值。

2）特征譜線：答：它是迭加在連續(xù)譜上的分立譜線在X射線譜中，特別窄，特別高的峰就是特征X射線。3）Kα線產(chǎn)生機(jī)理：答：在X射線管中，當(dāng)陰極發(fā)射的電子束轟擊陽極的過程中，當(dāng)某個(gè)具有足夠能量的電子將陽極靶原子的內(nèi)層電子擊出，于是在低能級上出現(xiàn)空位，原子的系統(tǒng)能量升高，系統(tǒng)處于激發(fā)狀態(tài)。這種激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，隨后便有較高能級上的電子向低能級上的空位躍遷，使原子的系統(tǒng)能量重新降低而趨于穩(wěn)定。在原子系統(tǒng)中，電子從高能級向低能級的躍遷過程中多余的能量以光子的形式向外輻射特征X射線。

4）特征波長及其與z關(guān)系：答：

5）μl,μm物理意義：答：當(dāng)X射線通過物質(zhì)時(shí)，在X射線傳播方向上，單位長度上X射線強(qiáng)度的衰減程度（cm-1)。它與物質(zhì)的種類和X射線的波長有關(guān)。

6）濾波片作用：答：用濾波片將K系特征線中Kβ去掉留下Kα線。2.若用Mo靶X射線管激發(fā)Cu的熒光X射線，求:1)所需管電壓V，工作電壓V為多少？

2)激發(fā)的熒光輻射波長?習(xí)題1.解釋3.什么厚度的鎳濾波片可將CuKα輻射的強(qiáng)度降低至入射時(shí)的70％？如果入射

X

射線束中Kα和Kβ強(qiáng)度之比是5：1，濾波后的強(qiáng)度比是多少？已知μmα＝49.03cm2／g，μmβ＝290cm2／g,ρNi=8.9g/cm3。答：設(shè)厚度為x，那么有，則。又，8.17μm的鎳片可以使強(qiáng)度降低70%；這樣的濾波片可以使Kα和Kβ強(qiáng)度之比是5：1，濾波后為29：1。3.什么厚度的鎳濾波片可將CuKα輻射的強(qiáng)度降低至入射時(shí)的741返回

倫琴發(fā)現(xiàn)X

射線時(shí)使用的簡陋實(shí)驗(yàn)室返回倫琴發(fā)現(xiàn)X射線時(shí)使用的簡陋實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)?wù)拢嚎汤L女神伊希斯從云中浮現(xiàn)，圣母握著象征財(cái)富和科學(xué)智慧的號(hào)角，輕輕拉開女神的面紗，露出她冷峻的面容，象征人類文明的不斷進(jìn)步和發(fā)展物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)?wù)拢嚎汤L女神伊希斯從云中浮現(xiàn)，圣母握著象征財(cái)§2.1X

射線物理基礎(chǔ)倫琴（W.C.Roentgen）(1845-1923)德國人倫琴是德國維爾茨堡大學(xué)校長，第一屆諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。1895年他發(fā)現(xiàn)一種穿透力很強(qiáng)的一種射線。后來很快在醫(yī)學(xué)上得到應(yīng)用，也引起各方面重視。1895年11月8日發(fā)現(xiàn)

x

射線實(shí)驗(yàn)室§2.1X射線物理基礎(chǔ)倫琴（W.C.Roentgen）這是第一張X射線照片，倫琴夫人的手l895年底，倫琴發(fā)表了《論新的射線》。

1901年，獲得了首次頒發(fā)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這是第一張X射線照片，倫琴夫人的手l895年底，倫琴發(fā)表了1890年古德斯比德和詹寧斯都發(fā)現(xiàn)他們陰極射線管后面的照相底片特別發(fā)黑。1879年克魯克斯曾抱怨放在他的陰極射線管附近的照相底片老出現(xiàn)模糊的陰影。1890年古德斯比德和詹寧斯都發(fā)現(xiàn)他們陰極射1912年德國慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授馮?勞厄用晶體中的衍射拍攝出X

射線衍射照片。由于晶體的晶格常數(shù)約10nm，與X

射線波長接近，衍射現(xiàn)象明顯。

(獲1912年諾貝爾物理獎(jiǎng))1912年德國慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授馮?單晶片X射線照相底片單晶片X射線照相底片1895年威廉.倫琴（德國）1901年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)發(fā)現(xiàn)X

射線，也稱倫琴射線1912年勞厄（M.V.Laue）（德國）1914獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得第一張X

射線衍射照片1912年布拉格父子（Bragg）（英國）布拉格方程2dsinθ＝λ（晶體結(jié)構(gòu)分析）1913年貝克萊和莫斯萊（英國）Barkla和H.G.J.Moseley建立了X射線光譜學(xué)1916年德拜－謝樂Debye-Scherrer發(fā)明粉末照相法1928年蓋革－彌勒H.Geiger-W.Muller提出用蓋革－彌勒計(jì)數(shù)器測量X

射線的方法1938年哈那瓦爾特Hanawalt建立系統(tǒng)的X

射線物相定性分析方法1941年美國材料協(xié)會(huì)將衍射資料編成索引及標(biāo)準(zhǔn)卡片1945年美國海軍實(shí)驗(yàn)室的Friedman設(shè)計(jì)了用于粉末研究的第一臺(tái)計(jì)數(shù)器衍射儀1945年X射線物相定量分析20世紀(jì)60年代衍射儀與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)收集衍射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化X

射線衍射的發(fā)展1895年威廉.倫琴（德國）發(fā)現(xiàn)X射線，也稱倫琴射2.1.1X射線的性質(zhì)本質(zhì):

X

射線是一種波長很短的電磁波，具有波粒二相性。硬x

射線，軟x

射線，電磁波譜2.1.1X射線的性質(zhì)本質(zhì):硬x射線，軟x射1）具有很強(qiáng)的穿透能力，可以穿透黑紙及許多對可見光不透明的物質(zhì)，被固定物質(zhì)吸收而強(qiáng)度減弱。3）肉眼不能觀察,但可以使照相底片感光。4）能殺死生物細(xì)胞和組織。X

射線的性質(zhì):2）沿直線傳播,電磁場不能使其偏轉(zhuǎn)，不能聚焦。1）具有很強(qiáng)的穿透能力，可以穿透黑紙及許多對可見光不透明的物X

射線：波長0.001～10nm的電磁波；高速電子撞擊陽極(Cu、Cr等重金屬)：熱能(99%)+X射線(1%)

高速電子撞擊使陽極元素的內(nèi)層電子激發(fā)；產(chǎn)生X射線輻射；2.1.2

X

射線的產(chǎn)生X射線：波長0.001～10nm的電磁波；高X

射線譜是X

射線強(qiáng)度I-波長λ的關(guān)系曲線

X

射線管產(chǎn)生的輻射按射線譜特征分為連續(xù)X射線和特征X射線兩類。Mo靶連續(xù)x-ray

譜和特征x

射線譜2.1.3X

射線譜X射線譜是X射線強(qiáng)度I-波長λ的關(guān)系曲線X射線管產(chǎn)生1、連續(xù)譜（白色X

射線）強(qiáng)度隨波長而連續(xù)變化，每條曲線都對應(yīng)有一個(gè)最短的波長（短波限λ0）和一個(gè)強(qiáng)度的最大值。

1）產(chǎn)生機(jī)理

2）連續(xù)譜特性1、連續(xù)譜（白色X射線）強(qiáng)度隨波長而連續(xù)變化，每條曲線都

1）產(chǎn)生機(jī)理

高能電子轟擊陽極靶，電子與靶原子交換能量，入射電子能量漸漸減小，損失的能量以電磁波方式輻射出去，因波長大小不同稱連續(xù)譜。1）產(chǎn)生機(jī)理高能電子轟擊陽極靶，電子與靶原子交換能2)連續(xù)譜特性2)連續(xù)譜特性短波限：X

射線連續(xù)譜的下限波長，記作

min（

0）電子在電場中得到的加速動(dòng)能，全部轉(zhuǎn)化為輻射的光子能時(shí)，有所以得它與陽極的材料無關(guān)，僅與電壓有關(guān)。

min的存在是量子論正確性的又一例證?！部捎盟鼇頊y普朗克常數(shù)h。短波限：X射線連續(xù)譜的下限波長，記作min（0）2、特征X

射線譜(特征譜/標(biāo)識(shí)譜)它是迭加在連續(xù)譜上的分立譜線在X

射線譜中，特別窄，特別高的峰就是特征X

射線。1）產(chǎn)生機(jī)理2）特征譜線的命名3）特征波長2、特征X射線譜(特征譜/標(biāo)識(shí)譜)1）產(chǎn)生機(jī)理2）特征譜1）產(chǎn)生機(jī)理碰撞→躍遷↑(高)→空穴→躍遷↓(低)

在X射線管中，當(dāng)陰極發(fā)射的電子束轟擊陽極的過程中，當(dāng)某個(gè)具有足夠能量的電子將陽極靶原子的內(nèi)層電子擊出，于是在低能級上出現(xiàn)空位，原子的系統(tǒng)能量升高，系統(tǒng)處于激發(fā)狀態(tài)。這種激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，隨后便有較高能級上的電子向低能級上的空位躍遷，使原子的系統(tǒng)能量重新降低而趨于穩(wěn)定。在原子系統(tǒng)中，電子從高能級向低能級的躍遷過程中多余的能量以光子的形式向外輻射特征X射線。

1）產(chǎn)生機(jī)理碰撞→躍遷↑(高)→空穴→躍遷↓(低)R=1.097×107m-1，Rydberg常數(shù)；σ核外電子對核電荷的屏蔽常數(shù)；n

電子殼層數(shù)；c

光速；Z原子序數(shù)；En2和En1——

分別為高能級和低能級電子的能量

R=1.097×107m-1，Rydberg常數(shù)；σ核ZeKLMNOL系K系-e-e2）特征譜線的命名一般來說IKα=（5~7）IKβ，分析工作一般用強(qiáng)度最大的Kα線ZeKLMNOL系K系-e-e2）特征譜線的命名3）特征波長式中：c與——與線系有關(guān)的常數(shù)。特征X射線譜及管電壓對特征譜的影響鉬鈀K系1-20kV2-25kV3-35kV

不同陽極靶材，有不同的特征譜線，波長不同λ~z關(guān)系，由1914年莫塞萊（MOSLEY）定律確定。3）特征波長式中：c與——與線系有關(guān)的常數(shù)。特征X射線原子能級及電子躍遷產(chǎn)生特征X射線示意圖n=1

n＝2（L層）（K層）n＝3（M層）K系L系Kα1

Kα2Kβ1Lα1

Lα2Kβ2Kα雙線的產(chǎn)生與原子能級的精細(xì)結(jié)構(gòu)有關(guān)

LⅠLⅡLⅢ原子能級及電子躍遷產(chǎn)生特征X射線示意圖n=1n＝2（L連續(xù)譜特征X射線譜強(qiáng)度隨波長連續(xù)變化強(qiáng)度與管電壓、管電流、原子序數(shù)有關(guān)其產(chǎn)生：高能電子的能量損失頻率有關(guān)波長一定而強(qiáng)度很強(qiáng)與靶材、激發(fā)電壓有關(guān)，與管電流無管特征譜的產(chǎn)生與靶材原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)如Kα，Kβ連續(xù)譜與特征譜的比較連續(xù)譜特征X射線譜強(qiáng)度隨波長連續(xù)變化波長一定而強(qiáng)度很強(qiáng)2.1.4X

射線與物質(zhì)的相互作用入射

X射線強(qiáng)度I0t散射X

射線相干的非相干的反沖電子俄歇電子光電子熒光X射線電子透射X射線Ix=I0e-ux康普頓效應(yīng)俄歇效應(yīng)光電效應(yīng)熱能2.1.4X射線與物質(zhì)的相互作用入射X射線強(qiáng)度I1、相干散射（湯姆遜散射/彈性散射）

相干散射是X射線在晶體中產(chǎn)生衍射的基礎(chǔ)

當(dāng)X射線與試樣緊束縛的內(nèi)層電子相互作用，光子的方向改變，但能量幾乎沒有損失，輻射出與入射波相同波長的X射線。1、相干散射（湯姆遜散射/彈性散射）相干散射是X射線在相干散射特點(diǎn)：

A、與物質(zhì)原子中束縛力較大的電子（內(nèi)層電子）的作用。

B、電子作受迫振動(dòng)發(fā)射電磁波，稱散射波。

C、各散射波之間符合振動(dòng)方向相同、頻率相同、位相差恒定的干涉條件可產(chǎn)生干涉作用。

相干散射特點(diǎn)：A、與物質(zhì)原子中束縛力較大的電子（內(nèi)層電子）2、非相干散射（康普頓散射/非彈性散射）

當(dāng)一個(gè)X射線光量子沖擊試樣束縛較松的外層電子時(shí)……在α角處產(chǎn)生一個(gè)新光子。2、非相干散射（康普頓散射/非彈性散射）特點(diǎn)：

A、X射線作用于束縛較小的外層電子或自由電子。

B、散射X射線的波長變長了。散射X射線波長的改變與傳播方向存在如下的關(guān)系：

△λ=0.0024(1-cos2θ)

由于散射X射線的波長隨散射方向而變，不能產(chǎn)生干涉效應(yīng)。故這種X射線散射稱為非相干散射。

特點(diǎn)：A、X射線作用于束縛較小的外層電子或自由電子。

B

我國著名的物理學(xué)家吳有訓(xùn)與美國物理學(xué)家康普頓一起在1924年發(fā)現(xiàn)的此效應(yīng)，故亦稱康普頓－吳有訓(xùn)效應(yīng)。 我國著名的物理學(xué)家吳有訓(xùn)與美國物理學(xué)家康普頓一起在1924(1)入射X射線光子能量足夠高……

hν=hc/λ≥ev

λ≤1.24/V(nm)…

(2)相位無確定關(guān)系，非相干會(huì)造成嚴(yán)重背底，應(yīng)避免之。另：俄歇效應(yīng)（AUGER）也會(huì)造成背底不利3、熒光輻射(1)入射X射線光子能量足夠高……3、熒光輻射

X射線的衰減:入射X射線通過物質(zhì)沿透射方向強(qiáng)度顯著下降的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)得知:

μ為物質(zhì)的線吸收系數(shù)意義：當(dāng)X射線通過物質(zhì)時(shí)，在X射線傳播方向上，單位長度上X射線強(qiáng)度的衰減程度（cm-1)。它與物質(zhì)的種類和X射線的波長有關(guān)。4、

X射線的衰減規(guī)律X射線的衰減:入射X射線通過物質(zhì)沿透射方向強(qiáng)度

單位為cm2/g,則：

實(shí)際中最常用的是物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)μ

m

ρ為物質(zhì)的密度。質(zhì)量吸收系數(shù)的意義是單位質(zhì)量物質(zhì)對X射線的衰減程度。

單位為cm2/g,則：實(shí)際中最常用的是物質(zhì)的質(zhì)量

質(zhì)量吸收系數(shù)與物質(zhì)的密度和狀態(tài)無關(guān)，而與物質(zhì)的原子序數(shù)（即原子的種類）和入射X射線的波長有關(guān)。它們的關(guān)系為：

K為常數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)反映了不同物質(zhì)對X射線的吸收程度

質(zhì)量吸收系數(shù)與物質(zhì)的密度和狀態(tài)無關(guān)，而與物質(zhì)的原子序數(shù)0.20.40.60.81.01.2?50100150200250LⅠLⅡLⅢPt(Z=78)的質(zhì)量吸收系數(shù)μm隨入射X

射線波長λ

的變化K00.20.40.60.81.01.2?5010015020

如果吸收體中是由兩種以上的元素組成的化合物或混合物、或溶液，其總的質(zhì)量吸收系數(shù)為：

式中：w1,w2

和wp

為該吸收體中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

μ

m1,μ

m2

和μ

mp為該吸收體中各組分的質(zhì)量吸收系數(shù)

如果吸收體中是由兩種以上的元素組成的化合物或混合物、或溶液例題：計(jì)算SiO2對Cu的Kα輻射的質(zhì)量吸收系數(shù)（λ＝1.5418埃）已知原子量Si=28.08,O=16.0。則SiO2質(zhì)量吸收系數(shù)為：

解：查附表得Si、O對Cu的Kα輻射的質(zhì)量吸收系數(shù)μm（Si）=60.3cm2g-1,μm（O）＝12.7cm2g-1例題：計(jì)算SiO2對Cu的Kα輻射的質(zhì)量吸收系數(shù)（λ＝1.55、吸收限的應(yīng)用1）陽極靶選擇2）濾波片的選擇5、吸收限的應(yīng)用1）陽極靶選擇2）濾波片的選擇1)陽極靶選擇目的：避免在試樣上發(fā)生熒光輻射一般應(yīng)滿足以下經(jīng)驗(yàn)公式:Z靶≤Z試樣+1例：分析Fe試樣時(shí)，應(yīng)該用Co靶或Fe靶，如果用Ni靶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較高的背底水平。因?yàn)镕e的λk=0.17429nm,而Ni靶的Kα射線波長λkα=0.16591nm，故大量的產(chǎn)生真吸收，造成嚴(yán)重非相干散射背底1)陽極靶選擇例：分析Fe試樣時(shí)，應(yīng)該用Co靶或Fe靶，如果2）濾波片的選擇