第1章 X射線(xiàn)性質(zhì)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

材料分析測(cè)試技術(shù)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)材料科學(xué)與工程學(xué)院夏龍

X射線(xiàn)衍射分析技術(shù)材料:你們最關(guān)心的是什么?

性能:你認(rèn)為與哪些因素有關(guān)?

結(jié)構(gòu):有哪些檢測(cè)分析技術(shù)?緒論物質(zhì)的性質(zhì)、材料的性能決定于它們的組成和微觀結(jié)構(gòu)。如果你有一雙X射線(xiàn)的眼睛,就能把物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)看個(gè)清清楚楚明明白白!X射線(xiàn)衍射將會(huì)有助于你探究為何成份相同的材料,其性能有時(shí)會(huì)差異極大.X射線(xiàn)衍射將會(huì)有助于你找到獲得預(yù)想性能的途徑。1、衍射分析技術(shù)的發(fā)展與X射線(xiàn)及晶體衍射有關(guān)的部分諾貝爾獎(jiǎng)獲得者名單

第一章X射線(xiàn)性質(zhì)返回目錄

1-1X射線(xiàn)的本質(zhì);

1-2X射線(xiàn)的產(chǎn)生;

1-3X射線(xiàn)譜;

1-4X射線(xiàn)與物質(zhì)相互作用;

1-5X射線(xiàn)的探測(cè)與防護(hù);

返回電磁波譜1-1X射線(xiàn)的本質(zhì)X射線(xiàn)的本質(zhì)是電磁輻射,與可見(jiàn)光完全相同,僅是波長(zhǎng)短而已,因此具有波粒二像性。(1)波動(dòng)性;(2)粒子性。波動(dòng)性X射線(xiàn)的波長(zhǎng)范圍:

0.01~100?表現(xiàn)形式:在晶體作衍射光柵觀察到的X射線(xiàn)的衍射現(xiàn)象,即證明了X射線(xiàn)的波動(dòng)性。硬X射線(xiàn):波長(zhǎng)較短的硬X射線(xiàn)能量較高,穿透性較強(qiáng),適用于金屬部件的無(wú)損探傷及金屬物相分析。軟X射線(xiàn):波長(zhǎng)較長(zhǎng)的軟X射線(xiàn)能量較低,穿透性弱,可用于分析非金屬的分析。X射線(xiàn)波長(zhǎng)的度量單位常用埃(?)或晶體學(xué)單位(kX)表示;粒子性特征表現(xiàn)為以光子形式輻射和吸收時(shí)具有的一定的質(zhì)量、能量和動(dòng)量。表現(xiàn)形式為在與物質(zhì)相互作用時(shí)交換能量。如光電效應(yīng);二次電子等。X射線(xiàn)的頻率ν、波長(zhǎng)λ以及其光子的能量ε、動(dòng)量p之間存在如下關(guān)系:

式中h——普朗克常數(shù),等于6.625×J.s;c——X射線(xiàn)的速度,等于2.998×cm/s.

相關(guān)習(xí)題:

1.試計(jì)算波長(zhǎng)0.71A(Mo-Kα)和1.54A(Cu-Kα)的X射線(xiàn)束,其頻率和每個(gè)量子的能量?

解答1-2X射線(xiàn)的產(chǎn)生(1)產(chǎn)生原理;(2)產(chǎn)生條件;

(3)過(guò)程演示;

(4)X射線(xiàn)管;

(5)其它X射線(xiàn)裝置。

產(chǎn)生原理高速運(yùn)動(dòng)的電子與物體碰撞時(shí),發(fā)生能量轉(zhuǎn)換,電子的運(yùn)動(dòng)受阻失去動(dòng)能,其中一小部分(1%左右)能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線(xiàn),而絕大部分(99%左右)能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。產(chǎn)生條件1.產(chǎn)生自由電子;2.使電子作定向的高速運(yùn)動(dòng);3.在其運(yùn)動(dòng)的路徑上設(shè)置一個(gè)障礙物使電子突然減速或停止。接變壓器玻璃鎢燈絲金屬聚燈罩鈹窗口金屬靶冷卻水電子X(jué)射線(xiàn)X射線(xiàn)X射線(xiàn)管剖面示意圖(回車(chē)鍵演示)過(guò)程演示X射線(xiàn)管

1.X射線(xiàn)管的結(jié)構(gòu);圖;

2.特殊構(gòu)造的X射線(xiàn)管;

3.市場(chǎng)上供應(yīng)的種類(lèi)。

X射線(xiàn)管的結(jié)構(gòu)封閉式X射線(xiàn)管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)大的真空()二極管。基本組成包括:

(1)陰極:陰極是發(fā)射電子的地方。

(2)陽(yáng)極:亦稱(chēng)靶,是使電子突然減速和發(fā)射X射線(xiàn)的地方。(3)窗口:窗口是X射線(xiàn)從陽(yáng)極靶向外射出的地方。(4)焦點(diǎn):焦點(diǎn)是指陽(yáng)極靶面被電子束轟擊的地方,正是從這塊面積上發(fā)射出X射線(xiàn)。

特殊構(gòu)造的X射線(xiàn)管;

(1)細(xì)聚焦X射線(xiàn)管;

(2)旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線(xiàn)管。

1-3X射線(xiàn)譜

由X射線(xiàn)管發(fā)射出來(lái)的X射線(xiàn)可以分為兩種類(lèi)型:(1)連續(xù)X射線(xiàn);

(2)標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)。

連續(xù)X射線(xiàn)具有連續(xù)波長(zhǎng)的X射線(xiàn),構(gòu)成連續(xù)X射線(xiàn)譜,它和可見(jiàn)光相似,亦稱(chēng)多色X射線(xiàn)。產(chǎn)生機(jī)理;

演示過(guò)程;

短波限;

X射線(xiàn)的強(qiáng)度。

產(chǎn)生機(jī)理

能量為eV的電子與陽(yáng)極靶的原子碰撞時(shí),電子失去自己的能量,其中部分以光子的形式輻射,碰撞一次產(chǎn)生一個(gè)能量為hγ的光子,這樣的光子流即為X射線(xiàn)。單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)陽(yáng)極靶面的電子數(shù)目是極大量的,絕大多數(shù)電子要經(jīng)歷多次碰撞,產(chǎn)生能量各不相同的輻射,因此出現(xiàn)連續(xù)X射線(xiàn)譜。短波限

連續(xù)X射線(xiàn)譜在短波方向有一個(gè)波長(zhǎng)極限,稱(chēng)為短波限λ0.它是由光子一次碰撞就耗盡能量所產(chǎn)生的X射線(xiàn)。它只與管電壓有關(guān),不受其它因素的影響。相互關(guān)系為:式中e——電子電荷,等于靜電單位;V——電子通過(guò)兩極時(shí)的電壓降(靜電單位);h——普朗克常數(shù),等于X射線(xiàn)的強(qiáng)度

X射線(xiàn)的強(qiáng)度是指垂直X射線(xiàn)傳播方向的單位面積上在單位時(shí)間內(nèi)所通過(guò)的光子數(shù)目的能量總和。常用的單位是J/cm2.s.X射線(xiàn)的強(qiáng)度I是由光子能量hv和它的數(shù)目n兩個(gè)因素決定的,即I=nhv.連續(xù)X射線(xiàn)強(qiáng)度最大值在1.5λ0,而不在λ0處。標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)

是在連續(xù)譜的基礎(chǔ)上疊加若干條具有一定波長(zhǎng)的譜線(xiàn),它和可見(jiàn)光中的單色相似,亦稱(chēng)單色X射線(xiàn)。

1.標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)的特征

;2.產(chǎn)生機(jī)理

;3.過(guò)程演示

;4.K系激發(fā)機(jī)理

;5.莫塞萊定律;

6.標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)的強(qiáng)度特征。

標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)的特征

當(dāng)電壓達(dá)到臨界電壓時(shí),標(biāo)識(shí)譜線(xiàn)的波長(zhǎng)不再變,強(qiáng)度隨電壓增加。如鉬靶K系標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)有兩個(gè)強(qiáng)度高峰為Kα和Kβ,波長(zhǎng)分別為0.71A和0.63A.標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)的特征產(chǎn)生機(jī)理

陽(yáng)極靶原子的內(nèi)層電子被擊出時(shí),于是在低能級(jí)上出現(xiàn)空位,系統(tǒng)能量升高,處于不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)。較高能級(jí)上的電子向低能級(jí)上的空位躍遷,并以光子的形式輻射出標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)譜。K態(tài)(擊走K電子)L態(tài)(擊走L電子)M態(tài)(擊走M(jìn)電子)N態(tài)(擊

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