X射线衍射学 第2章.ppt

第二章是x光的物理基础，2-1X射线的本质；2-2 x射线产生；2-3 x射线光谱；2-4X射线与物质相互作用；2-5X射线探测和保护；2-1X射线的本质是电磁辐射，它与可见光完全相同，只是波长不同，所以它具有波粒二象性。(1)波动性；(2)特殊性。使照相底片变得敏感；电离气体；它沿着直线传播，当通过电场或磁场时不会偏转。具有较强的渗透能力；当通过一种物质时，它可以被吸收以减弱其强度；可以杀死生物细胞；介质中的折射率略小于1，折射率与1之差约为10-5-10-6。波长与晶体中的原子间距相似，会发生衍射现象。X射线性质，挥发性，X射线波长范围：0.01100表达式：X射线衍射在晶体中观察到衍射光栅，即证明了X射线的挥发性。硬X射线：波长短、能量高、穿透性强的硬X射线，适用于金属零件的无损检测和金属相分析。软x光：波长长、能量低、穿透性弱的软x光，可用于非金属分析、成像和显微镜检查。X射线波长的测量单位通常用埃()表示。国际通用的测量单位以纳米(nm)表示，它们之间的换算关系是：1 nm=10=m。特殊性的特征是当以光子的形式辐射和吸收时，具有一定的质量、能量和动量。它采取与物质相互作用时交换能量的形式。如光电效应；二次电子等。X射线的频率和波长，以及它们的光子的能量和动量P，有如下关系：在公式中，h的普朗克常数等于6.625焦耳；cX射线的速度等于2.998厘米/秒。尝试计算波长为0.71(钼-钾)和1.54(铜-钾)的x射线束的每个量子的频率和能量？2-2X射线的产生，(1)产生原理；(二)生产条件；(3)过程演示；(4) x射线管；(5)其他x射线设备。产生的原理是，当高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻，动能损失。一小部分(约1%)的能量被转换成x射线，而绝大部分(约99%)的能量被转换成热能以提高物体的温度。(1)产生自由电子；2.高速定向电子；3.在电子运动的路径上设置障碍，使电子突然减速或停止。and，and，and，and，and，and，and，and，and，and，and，and普通X射线源；X射线管结构，封闭式X射线管实质上是一个大真空()二极管。基本组成包括：(1)阴极：阴极是发射电子的地方。(2)阳极：也称为靶，是电子突然减速并发射x射线的地方。(3)窗口：窗口是从阳极靶发射x光的地方。(4)焦点：焦点是指阳极靶表面受到电子束轰击的地方，正是从这个地方发射出X射线。常用的X射线源包括：1个密封X射线管、精密陶瓷X射线管、普通玻璃管(目前已基本淘汰)、细焦点X射线管、准单色X射线管、2个旋转阳极(旋转靶)X射线管、3个增加X射线管发射强度的同步辐射源、2-3X射线光谱，X射线管发射的X射线可分为两种类型：(1)连续X射线；(2)标记x射线。具有连续波长的连续x射线形成连续的x射线光谱，类似于可见光，也称为多色x射线。生产的机制；演示过程；短波限制；x光的强度。产生机制，能量eV电子和阳极靶原子碰撞，电子失去它们的能量，其中一部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生具有能量hv的光子，这样的光子流就是X射线。单位时间内到达阳极靶表面的电子数量非常大，绝大多数电子必须经历多次碰撞才能生成短波极限，连续x光光谱在短波方向有一个波长极限，称为短波极限0。它是一次电子碰撞中能量耗尽产生的x光。它只与管电压有关，不受其他因素影响。相关关系是：在公式中，电子电荷等于静电单位；V电子通过两极的压降(静电单元)；H普朗克常数，等于，相关练习，当在50千伏电压下工作时，尝试计算撞击目标时，X射线管中电子的速度和动能，以及发射的X射线的短波极限是多少？X射线强度是指在单位时间内穿过垂直于X射线传播方向的单位面积的光子能量的总和。常用的单位是焦耳/平方厘米。x射线强度I由两个因素决定：光子能量hv及其数量N，即I=nhv。连续x光强度的最大值是1.50，而不是0。连续x光光谱中每条曲线下的面积代表连续x光的总强度。它也是阳极靶发射的X射线的总能量。实验表明，I与管电流、管电压和阳极靶原子序数有如下关系：X射线管的效率为：标记X射线是在连续光谱的基础上叠加几条具有一定波长的谱线，类似于可见光中的单色光，也称为单色X射线。1.识别x光的特征；2.生产机制；3.过程演示；4.k系统激励机制；5.莫斯利定律；6.确定x光的强度特征。当电压达到临界电压时，识别谱线的波长不变，强度随电压增加而增加。例如，钼靶K系列标记物X射线具有两个强度峰值K和K，波长分别为0.71和0.63。标记X射线光谱的产生机理与阳极材料的原子内部结构密切相关。根据泡利不相容原理和能量最小原理，原子系统中的电子以不同的能级分布。在电子轰击阳极的过程中，当具有足够能量的电子击倒阳极靶原子的内部电子时，在低能级出现空位，系统的能量增加，系统处于不稳定的激发态。较高能级的电子跃迁到较低能级的空位，并以光子的形式发射标记X射线光谱。k态(敲除k个电子)，l态(敲除l个电子)，m态(敲除m个电子)，n态(敲除n个电子)，敲除价电子，中性原子，WK，WL，WM，WN，0，原子能量，标记x射线产生过程，k激发，l激发，Ka辐射，K辐射，l辐射，过程演示，(任意键演示)，k系统激发机制，当k层电子被敲除时，原子系统能量从基态上升到k激发态， 当高能级电子填充k层空位时，产生k系统。当L层中的电子填充空位时，产生K辐射。 当M层电子填充空位时，产生K辐射。从能级来看，K辐射的光子能量大于K，但l层的电子填充几率较大，因此K的强度约为K的5倍。产生的k系统将电子激发到阴极的能量eVk至少等于撞击一个k层电子的功Wk。Vk是激励电压。莫斯利定律表明，X射线光谱的频率和波长仅取决于阳极靶材料的原子能级结构，这是该材料的固有特性。莫斯利定律：识别X射线光谱的波长与原子序数z的关系为：识别X射线的强度特性，K系列识别X射线的强度与管电压和管电流的关系为：当工作电压为K系列激发电压Vk的35倍时，I尺度/I连接最大，由连续光谱引起的衍射背景最小。n1.5-1.7，2-4X射线与物质相互作用，当x射线与物质相互作用时，会产生各种不同而复杂的过程。就能量转换而言，一束X射线穿过一种物质时可以分成三部分：一部分被散射，另一部分被吸收，另一部分被吸收非相干散射，当X射线光子与外部电子或束缚力很小的自由电子碰撞时，电子获得一些动能，成为反冲电子。x射线光子离开原来的方向，能量减少，波长增加。康普顿和中国物理学家吴发现了非相干散射，也称康普顿效应。非相干散射突出了X射线的粒子特性，这只能用量子理论来描述，也称为量子散射。它将增加连续的阴影，并对衍射图像带来不利影响，尤其是对光元素，这是更重要的。x射线的吸收x射线被物质吸收意味着x射线的能量在穿过物质时被转换成其他形式的能量，x射线会发生能量损失。物质对X射线的吸收主要是由原子内部的电子跃迁引起的。在这个过程中，X射线会产生光电效应和俄歇效应。光电效应；奥格效应。光电效应，当原子被x光子激发时发生的激发和辐射过程。射出的电子被称为光电子，射出的次级标记X射线被称为荧光X射线。要产生光电效应，X射线光子波长必须小于吸收极限 k。激发K系列光电效应的光子临界能量为33，360，称为吸收极限(激发极限)波长，即俄歇效应。原子在入射X射线光子或电子的作用下失去K层电子，处于K激发态。当L2层电子填补空位时，EK-EL2能量释放，产生两种效应：(1)荧光X射线；(2)产生二次电离以使另一个核外电子(例如，L2、L3、M、N层电子)成为二次电子俄歇电子。俄歇电子(二次电子)的能量是元素的固有特征，并且非常低，平均自由程小，因此俄歇效应通常用于表面成分分析。x光的衰减规律。当一束x光穿过一种物质时，它在透射方向上的强度由于散射和吸收而减弱。衰减程度与穿过材料的距离成正比。式中：是入射x光的强度。线性衰减系数，表示单位体积物质的X射线强度的衰减。h是x射线穿过的距离。质量衰减系数表示单位重量物质对X射线强度的衰减程度，当物质状态改变时，质量衰减系数保持不变。质量衰减系数与波长和原子序数z有以下近似关系：k是一个常数 m，随的变化是不连续的，由急剧的突变分开。突变对应的波长是k吸收极限。吸收极限的应用吸收极限主要是由光电效应引起的：当x射线的波长等于或小于时，光子的能量e达到撞击k层电子的功w，x射线被吸收，光电效应被激发。微米的可变性增加了。吸收极限对应于原子能级的精细结构。例如，L有三个子层和三个吸收极限。滤波器：(1)的选择其吸收极限位于辐射源的K和K之间，并尽可能接近K。K的吸收很强，K的吸收很小；(2)滤光片的厚度最好能使K强度降低一半；(3)当选择原则：Z目标40时，Z滤波器=Z目标-2；阳极靶的选择：(1)阳极靶的K波长略大于样品的K吸收极限；(2)样品对x光的吸收最小。Z目标Z样本1。x射线的折射x射线从一种介质进入另一种介质产生折射，折射率n非常接近1，n约为0.999990.99999。X射线和物质之间的相互作用、热能、透射X射线的衰减强度、散射X射线、电子、荧光X射线、相干的、非相干的、反冲电子、俄歇电子、光电子、康普顿效应、俄歇效应、光电效应、2-5X射线的探测和保护以及(1)X射线的探测的概述；(2)X光安全保护。x光检测、荧光屏法；摄影；辐射探测器法：用X射线光子电离气体和某些固体物质，可以用来检查X射线的存在和测量它们的强度。根据这一原理制造的x光检测仪器包括电离室和各种在安装时可以把阴极端装在仪器台面之下或箱子里、屏后等方法加以保证。辐射损伤是过量的X射线对人体产生有害影响。可使局部组织灼伤，可使人的精神衰颓、头晕、毛发脱落、血液的组成和性能改变以及影响生育等。安全措施有：严格遵守安全条例、配带笔状剂量仪、避免身体直接暴露在X射线下、定期进行身体检查和验血，练习2-1说明相同材料的现有关系KKK。2-2 anthespecificationemissionexcitethessamestofrourescentraditionforthesamelement？例如，特征发射铜-K到Xcite荧光中心辐射铜-K，或特征发射铜