绪论X射线物理学基础省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

材料科学研究方法本教材主要内容本教材主要内容绪论第一篇材料X射线衍射分析比较一下各图差异课题讨论第一篇材料X射线衍射分析第一章X射线物理学基础第一节X射线性质第一节X射线性质图1-2所表示X射线管是产生X射线装置主要由阴极(W灯丝)和用(Cu,Cr,Fe,Mo)等纯金属制成阳极(靶)组成阴极通电加热，在阴、阳极之间加以直流高压(约数万伏)阴极发射大量电子高速飞向阳极，与阳极碰撞产生X射线一、连续X射线谱强度随波长连续改变谱线称连续X射线谱，见图1-3一、连续X射线谱由图1-3可见，连续X射线谱特点是，X射线波长存在最小值SWL，其强度在m处有最大值当管电压U升高时，各波长X射线强度均提升，短波限SWL和强度最大值对应波长m减小当管电流i增大时，各波长X射线强度均提升，但SWL和m保持不变随阳极靶材原子序数Z增大，连续X射线谱强度提升，但SWL和m保持不变一、连续X射线谱连续谱强度分布曲线下面积即为连续X射线谱总强度，其取决于X射线管U、i、Z三个原因I连=K1iZU2(1-4)式中，K1是常数。X射线管仅产生连续谱时效率=I连/iU=K1ZU可见，X射线管管电压越高、阳极靶原子序数越大，X射线管效率越高。因K1约(1.1~1.4)10-9，即使采取钨阳极(Z=74)、管电压100kV，1%，效率很低。电子击靶时大部分能量消耗使靶发烧为何连续X射线谱存在短波限SWL？用量子理论能够解释连续谱和短波限，若管电压为U，则电子抵达阳极靶动能为eU，当电子在一次碰撞中将全部能量转化为一个光量子，可取得最大能量hmax，其波长即为SWL，eU=hmax=hc/SWLSWL=K/U(1-5)式中，K=1.24nmkV。而绝大部分电子抵达阳极靶经屡次碰撞消耗其能量，因每次能量消耗不一样而产生大于SWL不一样波长X射线，组成连续谱第二节X射线产生及X射线谱二、特征(标识)X射线谱特征X射线产生能够用图1-5示意说明，冲向阳极电子若含有足够能量，将内层电子击出而成为自由电子，此时原子处于高能不稳定状态，必定自发地向稳态过渡。若L层电子跃迁到K层填补空位，原子由K激发态转为L激发态，能量差以X射线形式释放，这就是特征X射线，称为K射线二、特征(标识)X射线谱因为L层内还有能量差异很小亚能级，不一样亚能级电子跃迁将辐射K1和K2射线。若M层电子向K层空位补充，则辐射波长更短K射线。特征X射线频率可由下式计算h=W2W1=(-En2)(-En1)(1-8)式中，W2、W1分别为电子跃迁前后原子激发态能量，En2和En1是所在壳层上电子能量。依据经典原子模型，原子内电子分布在一系列壳层上，最内层(K层)能量最低，按L、M、N、次序递增第二节X射线产生及X射线谱二、特征(标识)X射线谱第三节X射线与物质相互作用第三节X射线与物质相互作用第三节X射线与物质相互作用一、衰减规律和吸收系数质量吸收系数与波长和原子序数Z关系质量吸收系数取决于X射线波长和吸收物质原子序数Z，其关系经验式以下mK43Z3(1-16)式中，K4为常数。上式表明，物质原子序数越大，对X射线吸收能力越强；对于一定吸收体，X射线波越短，穿透能力越强，吸收系数下降。但随波长减小，m并非单调下降，见图1-8一、衰减规律和吸收系数质量吸收系数与波长和原子序数Z关系如图1-8所表示，吸收系数在一些波长位置突然升高，所对应波长称为吸收限每种物质都有其特定一系列吸收限，吸收限是吸收元素特征量，将这种带有特征吸收限吸收系数曲线称该物质吸收谱为何会存在吸收限？第三节X射线与物质相互作用二、X射线真吸收吸收限应用如图1-9所表示，可利用吸收限两侧吸收系数差异很大现象选取滤波片，用以吸收不需要辐射，而得到基本单色X射线二、X射线真吸收吸收限应用参考图1-9，可选择一个适当材料，使其吸收限恰好位于特征谱K和K波长之间，且尽可能靠近K线波长。把这种材料制成薄片—滤波片，置于入射线光路中，将强烈吸收K线，而对K线吸收极少，能够取得基本上为单色辐射惯用靶材滤波片选择见表1-2，滤波片比靶材原子序数小1~2，经过调整滤波片厚度，使滤波后IK/IK≈1/600当Z靶40时，Z滤=Z靶-1当Z靶40时，Z滤=Z靶-2二、X射线真吸收吸收限应用二、X射线真吸收吸收限应用在衍射分析时，希望试样对X射线吸收尽可能少，以取得高衍射强度和低背底。所以应按图1-10所表示选取靶材，入射线波长T略大于或远小于试样K，即依据样品选择靶材标准是，Z靶≤Z样+1或Z靶Z样第三节X射线与物质相互作用三、X射线散射1.相干散射当入射X射线与受原子核束缚较紧电子相遇，使电子在X射线交变电场作用下发生受迫振动，像四面辐射与入射X射线波长相同辐射因各电子散射