X射線與物質(zhì)的相互作用概要課件

1.4X射線與物質(zhì)的相互作用入射散射透射吸收1.4X射線與物質(zhì)的相互作用入射散射透射吸收11.4.1

X射線的散射

1.4.1.1相干散射

e

特點√波長不變,方向改變

(新的散射波之間可以發(fā)生干涉作用)√晶體衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)

1.4.1X射線的散射e特點21.4.1.2非相干散射

2‘21.4.1.2非相干散射2‘23X射線與物質(zhì)的相互作用概要課件4散射波波長隨散射方向而變散射波波長隨散射方向而變5特點√波長變化

散射波波長隨散射方向而變，散射波與入射波不可能存在固定的位相關(guān)系.特點6√不參與晶體對X射線的衍射，只形成連續(xù)背底，給衍射分析帶來不利影響?！滩粎⑴c晶體對X射線的衍射，只形成連續(xù)背底，給衍射分析帶來71.4.2

X射線的吸收

物質(zhì)對X射線的吸收主要是由原子內(nèi)部的電子躍遷引起的。

1.光電效應(yīng)電子(eV)X射線KL熒光射線（二次標識X射線）光電子LKx-rayM1.4.2X射線的吸收1.光電效應(yīng)電子(eV)X射8

先決條件

臨界狀態(tài)

當X射線的波長小于或等于λK時才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，使X射線的能量被吸收；λK稱為被照射物質(zhì)因產(chǎn)生熒光輻射而大量吸收入射X射線的吸收限。WK為擊出一個K層電子所做的功先決條件當X射線的波長小于或等于λK時才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，使9熒光X射線增加衍射花樣的背底，給衍射分析帶來不利影響

熒光X射線增加衍射花樣的背底，給衍射分析帶來不利影響102.俄歇效應(yīng)

photoeletronLKAugerelectronphotoeletronLKenergy具有一個K層空位的初始能態(tài)L層具有兩個空位的終止能態(tài)KLL俄歇電子2.俄歇效應(yīng)photoeletronLKAugere11√俄歇電子的能量俄歇電子的能量只與物質(zhì)有關(guān)，與元素種類有關(guān)俄歇電子的能量低----表層化學(xué)成分分析

√俄歇電子的能量121.4.3

X射線的衰減

當X射線穿過物質(zhì)時，由于散射和吸收使其透射方向上的強度顯著地衰減下來。

實驗表明，當通過厚度為dx的物質(zhì)時，X射線的衰減量dI正比于入射線強度I和層厚dx，即HxdxIxIx+dxI0I1.4.3X射線的衰減當X射線穿過物質(zhì)時，由于散13μ為比例常數(shù)，與入射線的波長及物質(zhì)有關(guān)，稱為該物質(zhì)對入射X射線的衰減系數(shù)，也稱為線衰減系數(shù)(單位為cm-1)。負號表示強度變化由強變?nèi)酢＞€衰減系數(shù)μ的物理意義為：X射線通過1cm3物質(zhì)時強度的相對衰減量。通常，強度指的是單位時間內(nèi)通過1cm2面積上的能量，這些能量在通過1cm厚度時，相對衰減量(-dI/I)為μ

。所以μ

指的是1cm3物質(zhì)引起的相對衰減。μ為比例常數(shù)，與入射線的波長及物質(zhì)有關(guān)，稱為該物質(zhì)對入射X14HxdxIxIx+dxI0IHxdxIxIx+dxI0I15由于線吸收系數(shù)μ隨物質(zhì)的密度而變化，為此，引入質(zhì)量衰減系數(shù)m質(zhì)量衰減系數(shù)m的物理意義為：密度為的1cm3物質(zhì)為克，所以每克物質(zhì)引起的相對衰減量為/,即m。（單位：cm2/g）m與物質(zhì)狀態(tài)無關(guān)，與元素Z有關(guān)。（不同元素的m值見附錄3）由于線吸收系數(shù)μ隨物質(zhì)的密度而變化，為此，引入質(zhì)量衰減系數(shù)16

√對于兩種以上元素組成的物質(zhì)

√對于兩種以上元素組成的物質(zhì)17例：ThevolumefractionofN2,O2andArintheairis78%,21%and1%respectively.Whatisthetransmissionfactor(IH/I0)fortheCuKlinewhenthethicknessoftheairis1m?例：ThevolumefractionofN2,O18Solution:

MN2=28,MO2=32,MAr=40,

vN2=0.78,vO2=0.21,vAr=0.01,

sowN=MN2×vN2/Mair=0.754,

wO=0.232,wAr=0.014ForCuK,H=1m,=1.29×10-3g/cm3TransmissionfactorSolution:ForCuK,19X射線強度的衰減是通過散射和吸收兩種方式進行的即：X射線穿透物質(zhì)的衰減現(xiàn)象基本上是吸收造成的。X射線強度的衰減是通過散射和吸收兩種方式進行的即：X射20質(zhì)量衰減系數(shù)m

與波長

和原子序數(shù)Z的關(guān)系

實驗表明：√一定的波長下,m隨原子序數(shù)

Z而增大

√對于一定的原子序數(shù)Z,m隨

而增大質(zhì)量衰減系數(shù)m與波長和原子序數(shù)Z的關(guān)系√一21光電效應(yīng)λK光電效應(yīng)λK221.4.4

吸收限的應(yīng)用

濾波片的選擇

1.5418?1.3922?1.4869?1.4.4吸收限的應(yīng)用濾波片的選擇1.5418?1.23

Mo靶用什么濾波片？

濾波片的選擇規(guī)律

forZ靶<40,Z濾波片=Z靶–1;forZ靶>40,Z濾波片=Z靶–2表1-2：幾種常用的濾波片

Mo靶用什么濾波片？24

陽極靶的選擇

根據(jù)樣品的吸收曲線選用靶材

試樣的吸收要小,以免衍射線強度的減弱以及熒光輻射增加背底Fe試樣用什么靶？Co試樣用什么靶？

靶材選擇原則

Z靶≤Z試樣

+1

但(Z試樣–Z靶)

不宜太大陽極靶的選擇試樣的吸收要小,以免衍射線強度的減弱以及熒光輻251.4.5

X射線的折射

√折射率接近1√一般工作中,不考慮折射對實驗的影響1.4.5X射線的折射√折射率接近1261.4.6

X射線與物質(zhì)相互作用總結(jié)

圖1-181.4.6X射線與物質(zhì)相互作用總結(jié)圖1-18271.5

X射線的防護

√人體受過量X射線照射會受到傷害√實驗室注意安全防護

1.5X射線的防護√人體受過量X射線照射會受281.4X射線與物質(zhì)的相互作用入射散射透射吸收1.4X射線與物質(zhì)的相互作用入射散射透射吸收291.4.1

X射線的散射

1.4.1.1相干散射

e

特點√波長不變,方向改變

(新的散射波之間可以發(fā)生干涉作用)√晶體衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)

1.4.1X射線的散射e特點301.4.1.2非相干散射

2‘21.4.1.2非相干散射2‘231X射線與物質(zhì)的相互作用概要課件32散射波波長隨散射方向而變散射波波長隨散射方向而變33特點√波長變化

散射波波長隨散射方向而變，散射波與入射波不可能存在固定的位相關(guān)系.特點34√不參與晶體對X射線的衍射，只形成連續(xù)背底，給衍射分析帶來不利影響?！滩粎⑴c晶體對X射線的衍射，只形成連續(xù)背底，給衍射分析帶來351.4.2

X射線的吸收

物質(zhì)對X射線的吸收主要是由原子內(nèi)部的電子躍遷引起的。

1.光電效應(yīng)電子(eV)X射線KL熒光射線（二次標識X射線）光電子LKx-rayM1.4.2X射線的吸收1.光電效應(yīng)電子(eV)X射36

先決條件

臨界狀態(tài)

當X射線的波長小于或等于λK時才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，使X射線的能量被吸收；λK稱為被照射物質(zhì)因產(chǎn)生熒光輻射而大量吸收入射X射線的吸收限。WK為擊出一個K層電子所做的功先決條件當X射線的波長小于或等于λK時才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，使37熒光X射線增加衍射花樣的背底，給衍射分析帶來不利影響

熒光X射線增加衍射花樣的背底，給衍射分析帶來不利影響382.俄歇效應(yīng)

photoeletronLKAugerelectronphotoeletronLKenergy具有一個K層空位的初始能態(tài)L層具有兩個空位的終止能態(tài)KLL俄歇電子2.俄歇效應(yīng)photoeletronLKAugere39√俄歇電子的能量俄歇電子的能量只與物質(zhì)有關(guān)，與元素種類有關(guān)俄歇電子的能量低----表層化學(xué)成分分析

√俄歇電子的能量401.4.3

X射線的衰減

當X射線穿過物質(zhì)時，由于散射和吸收使其透射方向上的強度顯著地衰減下來。

實驗表明，當通過厚度為dx的物質(zhì)時，X射線的衰減量dI正比于入射線強度I和層厚dx，即HxdxIxIx+dxI0I1.4.3X射線的衰減當X射線穿過物質(zhì)時，由于散41μ為比例常數(shù)，與入射線的波長及物質(zhì)有關(guān)，稱為該物質(zhì)對入射X射線的衰減系數(shù)，也稱為線衰減系數(shù)(單位為cm-1)。負號表示強度變化由強變?nèi)?。線衰減系數(shù)μ的物理意義為：X射線通過1cm3物質(zhì)時強度的相對衰減量。通常，強度指的是單位時間內(nèi)通過1cm2面積上的能量，這些能量在通過1cm厚度時，相對衰減量(-dI/I)為μ

。所以μ

指的是1cm3物質(zhì)引起的相對衰減。μ為比例常數(shù)，與入射線的波長及物質(zhì)有關(guān)，稱為該物質(zhì)對入射X42HxdxIxIx+dxI0IHxdxIxIx+dxI0I43由于線吸收系數(shù)μ隨物質(zhì)的密度而變化，為此，引入質(zhì)量衰減系數(shù)m質(zhì)量衰減系數(shù)m的物理意義為：密度為的1cm3物質(zhì)為克，所以每克物質(zhì)引起的相對衰減量為/,即m。（單位：cm2/g）m與物質(zhì)狀態(tài)無關(guān)，與元素Z有關(guān)。（不同元素的m值見附錄3）由于線吸收系數(shù)μ隨物質(zhì)的密度而變化，為此，引入質(zhì)量衰減系數(shù)44

√對于兩種以上元素組成的物質(zhì)

√對于兩種以上元素組成的物質(zhì)45例：ThevolumefractionofN2,O2andArintheairis78%,21%and1%respectively.Whatisthetransmissionfactor(IH/I0)fortheCuKlinewhenthethicknessoftheairis1m?例：ThevolumefractionofN2,O46Solution:

MN2=28,MO2=32,MAr=40,

vN2=0.78,vO2=0.21,vAr=0.01,

sowN=MN2×vN2/Mair=0.754,

wO=0.232,wAr=0.014ForCuK,H=1m,=1.29×10-3g/cm3TransmissionfactorSolution:ForCuK,47X射線強度的衰減是通過散射和吸收兩種方式進行的即：X射線穿透物質(zhì)的衰減現(xiàn)象基本上是吸收造成的。X射線強度的衰減是通過散射和吸收兩種方式進行的即：X射48質(zhì)量衰減系數(shù)m

與波長

和原子序數(shù)Z的關(guān)系

實驗表明：√一定的波長下,m隨原子序數(shù)

Z而增大

√對于一定的原子序數(shù)Z,m隨

而增大質(zhì)量衰減系數(shù)m與波長和原子序數(shù)Z的關(guān)系√一49光電效應(yīng)λK光電效應(yīng)λK501.4.4

吸收限的應(yīng)用

濾波片的選擇