X射线的性质PPT学习教案

1、会计学1X射线的性质射线的性质第1页/共45页2、是粒子性和波动性的统一,动量; ,能量h,普朗克常数 6.62510-34JSC,光速2.998108mhchhp 第2页/共45页第3页/共45页二、X射线的产生 X射线管(原理示意图)第4页/共45页第5页/共45页连续连续X射线谱射线谱X X射线特征光谱射线特征光谱第6页/共45页1、连续、连续X射线谱射线谱第7页/共45页连续射线的产生经典电动力学解释：量子力学解释：电子和原子的碰撞e, eU=1/2mv2hvhv = hc/=hc/eU=1.24/U第8页/共45页1、存在短波限02、随着管电压的增加，短波限0向短波方向移动。3、随着

2、管电压的增加，射线强度增大。4、射线管发射连续射线的效率比较低。钨阳靶，管电压钨阳靶，管电压100， 1第9页/共45页2、特征、特征/标识标识X射线谱射线谱第10页/共45页特征X射线的产生KLMKK第11页/共45页基态MLK20.003kev2.869kev2.630kev2.525kev0.509kev0.414kev0.396kev0.235kev0.232kev0M0的原子能级图123K1K2K1K2L1L2第12页/共45页若K层产生空位，其外层电子向K层跃迁产生的X射线统称为K系特征辐射，由L层或M层或更外层电子跃迁产生的X系特征辐射分别顺序称为K，K，射线；但距K层越远的能级

3、，电子向K层跃迁几率越小，相应产生的辐射光子数越少，故通常除K、K外，忽略其它辐射。若L层产生空位，其外M，N，层电子向其跃迁产生的谱线分别顺序称为L，L，射线，并统称为L系特征辐射。M系等依此类推。 第13页/共45页 特征X射线谱及管电压对特征谱的影响钼钯K系 1-20kV 2-25kV 3-35kV第14页/共45页K射线的双重线K1与K2(钼靶) 第15页/共45页K系标识系标识X射线谱的波长和工作电压射线谱的波长和工作电压阳极靶元 素原子序数K1K2K K KVKKV工作电压（KV）Cr242.289622.935122.29092 .084802.07015.982025Fe261

4、.935971.939911.93731.756531.74337.102530Co271.788921.792781.79021.620751.60817.7130Ni281.657841.661691.65911.500101.48808.293035Cu291.540511.544331.54181.392171.38048.863540Mo420.709260.713540.71070.632250.619820.65055Ag470.559410.563810.56090.497010.485525.55560第16页/共45页特征X射线谱特征1、波长具有特征性，只与阳极靶原子系数有

5、关，而和管电压无关。2、只有管电压超过一个临界值，才能够产生。3、随着管电压的增加，射线强度增大，但波长不变。特征谱线波长与物质原子序数的关系由莫塞莱(Mose1ey)定律表述. )(1zc第17页/共45页2） 产生机理：入射电子能量等于或大于产生机理：入射电子能量等于或大于物质原子中物质原子中K层电子的结合能，将层电子的结合能，将K层电子层电子激发掉，外层电子会跃迁到激发掉，外层电子会跃迁到K层空位，因层空位，因外层电子能量高，多余的能量就会以外层电子能量高，多余的能量就会以X射线射线的形式辐射出来，两个能级之间的能量差的形式辐射出来，两个能级之间的能量差是固定的，所以此能量也是固定，即其

6、波是固定的，所以此能量也是固定，即其波长也是固定的：长也是固定的： En2En1= h（c/）第18页/共45页第19页/共45页X射线作用于物质射线作用于物质第20页/共45页1 X射线的散射射线的散射X射线与物质内层电子作用时，电子便成为新的电磁波源向空间各个方向辐射与入射X射线频率相同的电磁波，新的散射波之间可以发生干涉作用。 X射线射线 光量子光量子 碰撞碰撞(原子中原子中束缚较紧、束缚较紧、Z较大较大电子电子)新振动波源群（原子中的电子）；与新振动波源群（原子中的电子）；与X射线的周期射线的周期、频率相同，方向不同。、频率相同，方向不同。相干散射相干散射第21页/共45页非相干散射非

7、相干散射X射线与外层电子（受核束缚力小）或自由电子碰撞时，电子获得一部分动能成为反冲电子，碰撞后的光子能量减少并偏离原来的传播方向。由于散射波波长随散射方向改变，与入射X射线不存在固定的位相关系，散射线之间不能发生干涉作用。第22页/共45页dxIdIxx X射线穿过厚度为dx的薄层单元时，其强度衰减率dI/I可表示为：HmeIeIIHH00XX 线吸收系数，单位为cm-1。 (1)吸收系数2、 X射线的吸收及衰减规律射线的吸收及衰减规律XdXI0IxdIxI第23页/共45页1） ： 线吸收系数，单位为线吸收系数，单位为cmcm-1-1。吸收系数讨论2）线吸收系数大小取决于入射线吸收系数大小

8、取决于入射X X射线的波长射线的波长及物质的密度。及物质的密度。3）m m = =/ /，单位为，单位为cmcm2 2g g-1 -1 。质量吸收系。质量吸收系数。数。 第24页/共45页HmeIeIIHH00 xxxm与入射X射线波长及原子序数Z的关系为：m K 3Z2例题例题 如果以金属Ni作为CuK滤波片，要求只有2%的K辐射穿过，请计算滤波片的厚度和K的透射率。（Ni：= 8.92g/cm3，m(CuK)= 49.2 cm2/g， m(CuK)=286 cm2/g）第25页/共45页解：解：1. K滤波片的厚度计算： 当一束平行的X射线垂直投射到吸收体的表面时，其透射光的强度I为： I

9、 = I0 exp (-mH) （1）式中：H为吸收体的厚度，为吸收体的密度， m为吸收体的质量吸收系数。 将公式（1）整理成log10的形式： log (I0/I)= 0.434 (-mH ) （2）按题义要求：CuK的 I0/I =50。代入公式（2）中得： H = log 50 /(0.4342868.92) H= 15.3 m第26页/共45页2. K的透射率计算： 滤波片的厚度已确定为15.3 mlog 100 / I = 0.43449.28.920.00153 log I = log100 - 0.291 I = 101.71 = 51.3 即在此条件下CuK辐射的透射率为51.

10、3%。第27页/共45页多元素物质（机械混合物、固溶体或化合物）: m = w1m1 + w2m2 + 式中： w1，w2各元素的重量百分数 m1，m2各元素的质量吸收系数第28页/共45页（2）吸收限波长吸收系数l k第29页/共45页荧光辐射（二次荧光辐射（二次X射线）射线）俄歇效应：俄歇效应：第30页/共45页第31页/共45页（3）吸收限的应用 滤波片的选择 当 Z靶 40时，Z滤片 = Z靶-2第32页/共45页对于几种阳极靶常采用的滤波片对于几种阳极靶常采用的滤波片阳极靶滤波片靶 材原子序数K波长K波长材料原子序数 K厚度*mmI/I0(K)Cr242.29092 .08480V2

11、32.26900.0160.50Fe261.93731.75653Mn251.89640.0160.46Co271.79021.62075Fe261.74290.0180.44Ni281.65911.50010Co271.60720.0130.53Cu291.54181.39217Ni281.48690.0210.40Mo420.71070.63225Zr400.68880.1800.31Ag470.56090.49701Rh450.53380.0790.29* 滤波后的K/ K强度比为1/600第33页/共45页 阳极靶的选择阳极靶发射出的X射线的K波长应稍大于试样的K吸收限K，而且尽量靠近

12、K。 Z靶 Z试样 + 1阳极靶发射出的X射线的波长K某种材料的吸收限K K第34页/共45页铁元素吸收系数随波长的变化铁元素吸收系数随波长的变化铁的K = 0.17429nm 0.170.17429研究纯铁样品时,如何选择阳极靶？靶材钴、镍的K波长分别为0.17902nm及0.16591nm，第35页/共45页0.160.180.150.17镍的K波长0.16591nm K波长0.1500nm钴的K波长0.17902nm K波长0.160720nm第36页/共45页小结：X射线与固体物质的相互作用第37页/共45页射线对物质晶体的研究？第38页/共45页波的干涉波的干涉(a) 同位相，相长干涉(b) 反位相，相消干涉(c) 存在一定位相差第39页/共45页1.X1.X射线的波粒二象性射线的波粒二象性 2.2.连续连续X X射线谱的特点射线谱的特点3.X3.X射线产生的基本条件与基本性质