晶体X射线衍射学基础 燕山大学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,晶体,X,射线,衍射学基础,X-ray Diffraction of Crystals,(Foundations and Applications),材料近代分析测试方法,-I,燕山大学,材料科学与工程学院,王利民,联系方式：材料馆,C,楼,411,，,LIMIN_WANGYSU.EDU.CN,1,，本课程的重要性,2,，本科课程包含的内容,3,，,X,射线的历史与发展,4,，,X,射线衍射的应用,5,，本课程的整体安排、教学以及其他,第,0,章、绪论,燕山大学材料科学与工程学院 材料现代分析测试方法课程教学团队 王利民教授,/,博导,X,射线,体检透视、安全检查、海关验货、工业探伤等等。,材料结构分析,材料性能,化学成分,物相组成,相结构,相形貌,相分布,相大小,缺陷,材料结构分析方法：,建立在材料的各种物理化学效应基础上,物理方法：光束、,X,射线束,，,电子束、中子束、其它粒子等,化学方法,：,利用,X,射线束和电子束,与材料相互作用产生效应来对材料进行分析测试的方法是材料近代分析中最重要的方法,-,（,1,）,材料的,X,射线分析方法,+,（,2,）,材料电子显微分析方法,材料科学研究,课程的中心是围绕：,X,射线,衍射谱,1,，,X,射线是怎么回事？,-X,射线的基本物理,2,，衍射谱的构成,3,，衍射谱的形成原理,4,，如何从衍射谱中获取结构信息,2,，本课程包含的内容,一个典型从,X,射线衍射仪中得到的衍射谱,物质的性质、材料的性能决定于它们的组成和微观结构。,如果你有一双,X,射线的“眼睛”，就能把物质的微观结构看个清清楚楚明明白白！,X,射线衍射将会有助于你探究为何成份相同的材料，其性能有时会差异极大。,X,射线衍射将会有助于你找到获得预想性能的途径。,引自中南大学苏玉长,X,射线衍射（,XRD,）,边缘,X-,射线吸收微细结构（,EXAFS,）,X,射线吸收近边结构（,XANES,）,X,射线形貌（,XRT,）,X,射线成像（,XRI,）,X,射线小角散（,XRS,）,X,射线光刻（,XRL,）,X,射线荧光（,XRF,）,3,，,X,射线以及,X,射线衍射学发展历程,1.,1895,年，德国，伦琴，,发现,，医疗，第一个诺贝尔物理奖；,2.1912,年，德国，劳埃，第一张,X,射线衍射花,样，,晶体结构,，电磁波，原子间距，劳埃方程，不方便；,1913-1914,年，英国，布拉格父子，,布拉格方程,，晶体结构分析,；,3.1916,年，德拜、谢乐，粉末法，,多晶体,结构分析；,4.1928,年，盖格，弥勒，计数管，,X,射线衍射线强度，衍射仪。,The Nobel Prize in Physics 1901,Wilhelm Conrad Roentgen,Germany,Munich UniversityMunich,Germany,1845-1923,伦琴,1901,年获,诺贝尔物理奖,W.C.(Wilhelm Conrad Roentgen 1845,1923),1845,年,3,月,27,日生于德国莱茵省勒奈普市。,1869,年在苏黎世大学获哲学博士学位，并留校任教。,1872,年,1879,年先后在斯特拉斯堡大学，霍恩海姆农学院、吉森大学等校任教，,1888,年起任维尔茨堡大学教授及物理所所长，后任校长。,1896,年成为柏林和慕尼黑科学院通讯院士，,1900,1920,年任慕尼黑物理所所长，,1923,年,2,月,10,日逝世。,主要成就：,从,1876,年开始研究各种气体比热，证实气体中电磁旋光效应存在。,1888,年实验证实电介质能产生磁效应，最重要在,1895,年,11,月,8,日在实验中发现：当克鲁克斯管接高压电源，会放射出一种穿透力极强的射线，他命名为,X,射线。,X,射线在晶体结构分析，金相材料检验，人体疾病透视检查即治疗方面有广泛应用，因此而获得,1901,年诺贝尔物理奖。,伦琴,伦 琴,李鸿章在,X,光被发现后仅,7,个月就体验了此种新技术，成为拍,X,光片检查枪伤的第一个中国人。,衍射分析技术的发展,与,X,射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单,4,，,X,射线衍射技术的主要应用领域,1,，晶体结构分析：人类研究物质微观结构的第一种方法。,2,，物相定性分析,3,，物相定量分析,4,，晶粒大小分析,5,，非晶态结构分析，结晶度分析,6,，宏观应力与微观应力分析,7,，择优取向分析,X,射线,（绪论、第一章）,衍射方向,（衍射峰的位置）,（第三章）,衍射强度,（衍射峰的高度）,（第四章）,衍射形状,（衍射峰的形状）,（第四、九章）,物质,（晶体、纳米晶、非晶与液体等）,（第二章）,吸收、散射等等,晶粒尺度,结构确定，物相标定，点阵参数确定，应力分布,（第六、七、八章）,衍 射,衍射技术与设备,（第五章）,干涉函数,非晶态,一、课程总体结构,二、课程特点,1.,课时安排：讲,26,学时，实验,6,学时；,2.,内容抽象，涉及知识面较广，,物理学、化学、数学、材料学等,，但逻辑性很强，在原理方面说不清楚的地方不多。,三、教材与参考书,范雄,金属,X,射线学,，经典、错少,李树棠,晶体,X,射线衍射学基础,，冶金工业出版社,四、上课要求,1.,认真听讲；,2.,上课期间不许说话，请大家理解；,五、考试,期末闭卷考试,+,平时表现,第一章,X,射线的物理学基础,1,-1,X,射线的产生,1,-2,X,射线的本质,1,-3,X,射线谱,1-4,X,射线与物质相互作用,1-5,X,射线的探测与防护,1-1 X,射线的产生,X-,射线管,重点,同步辐射光源,了解,X-,射线激光,激光等离子体光源,产生,X-,射线的方式：,(1),产生原理,重点,(2),产生条件,重点,(3,),X,射线管,(4),过程演示,（一）,X,射线管,重点,产生原理,高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1左右）能量转变为,X,射线，而绝大部分（99左右）能量转变成热能使物体温度升高。,产生条件,1.产生自由电子,-,电子源，如加热钨丝产生热电子,2.使电子作定向的高速运动,-,施加在阳极和阴极（钨丝）间的电压,1,2,3,6,5,4,1-,高压变压器,;2-,钨丝变压器；,3-X,射线管；,4-,阳极；,5-,阴极；,6-,电子；,7-X,射线,7,常规的,X,射线产生装置,3.在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。,4.,真空,-,把阴极和阳极密封在真空度高于,10,-3,Pa,的真空中，保持两极洁净并使加速电子无阻地撞击到阳极靶上。,1,2,3,6,5,4,1-,高压变压器,;2-,钨丝变压器；,3-X,射线管；,4-,阳极；,5-,阴极；,6-,电子；,7-X,射线,7,产生条件,常规的,X,射线产生装置,X,射线管,1.,X,射线管的结构,2.,特殊构造的,X,射线管,3.,市场上供应的种类,X,射线管的结构,封闭式,X,射线管实质上就是一个大的真空（）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：靶，是使电子突然减速和发射,X,射线的地方。,引自中南大学,(3)窗口：窗口是,X,射线从阳极靶向外射出的地方。,(4),焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方，正是从这块面积上发射出,X,射线。,接变压器,玻璃,钨灯丝,金属聚灯罩,铍窗口,金属靶,冷却水,电子,X,射线,X,射线,X,射线管剖面示意图,过程演示,特殊构造的,X,射线管,(1)细聚焦,X,射线管,(2)旋转阳极,X,射线管,市场上供应的种类,(1)密封式灯丝,X,射线管,(2)可拆式灯丝,X,射线管,（,1,）产生原理,利用电子 在作加速运动时能辐射电磁波的原理，辐射电磁波的光子能量在,2479.70.0496,keV,范围的称为同步辐射,X,射线。,（二）同步辐射,（,2,）同步辐射光源：,20,世纪,60,年代末出现。是速度接近光速的带电粒子在作曲线运动时，沿切线方向发出电磁辐射,同步光（同步辐射）。,电子同步加速器（,1947,美国通用电器）。,同步辐射最初是作为电子同步加速器的有害物而加以研究的，后来成为一种从红外到硬,X-,射线范围内有着广泛应用的高性能光源。,（,3,）同步辐射光的特点,（,1,）波段宽：具有频谱宽且连续可调,;,（,2,）高亮度；,（,3,）高准直度；,（,4,）高偏振性；,（,5,）高纯净性；,（,6,）窄脉冲；,（,7,）精确度高；,（,8,）高稳定性；,（,9,）高通量；,（,10,）微束径；,（,11,）准相干等独特的性能。,（,4,）同步辐射装置,世界上有近,40,台同步辐射光源正在运行，还有几十台在设计建造中。,北京同步辐射装置（,BSRF,）,合肥中国科技大学同步辐射装置（,NSRL,）,上海光源（,SSRF,）属第三代光源。,台湾新竹的同步辐射装置（,SRRC,）,BSRF,4w1,漫散射,XAFS,X-,射线成像,4B9,衍射和小角散射,光电子能谱,3B1,光刻,VUV,3W1,软,X,射线光学,4W1B,4W1A,4B9B,4B9A,3B1B,3B1A,3W1A,3W1B,1W1,荧光分析,4W2,生物大分子,高压,3B3,中能束线,LIGA,13,条光束线,13,个实验站,北京同步辐射装置,（,5,）同步辐射的特殊应用,：,-,利用高的空间分辨率：,1,，同步辐射,X-,衍射技术在三维结构生物学中的应用,2,，细胞膜通道的研究,3,，光合作用机制的研究,4,，能量转换的研究,5,，信号转导的研究,6,，基因转录的研究,7,，病毒生物大分子结构的研究,1-2 X,射线的本质,X,射线的本质是,电磁波,，与可见光完全相同，仅是波长短而已，因此具有波粒二像性。,(1),波动性,(2),粒子性,波动性,X,射线的波长范围：,0.01100,或者,10,-8,-10,-12,m,1,=10,-10,m,表现形式：在晶体作衍射光栅观察到的,X,射线的衍射现象，即证明了,X,射线的波动性。,X,射线是波长在,10,-8,到,10,-12,米范围内，具有极强穿透能力的电磁波。,硬,X,射线：波长较短的硬,X,射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。,软,X,射线：波长较长的软,X,射线能量较低，穿透性弱，可用于分析非金属的分析。,X,射线波长的度量单位常用埃（,）,或者通用的国际计量单位中用纳米（,nm）,表示，它们之间的换算关系为：,1,=10,-10,m 1nm=10,-9,m,粒子性,特征表现为以,光子（光量子）,形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量。,表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电效应；二次电子等。,X,射线的频率,、,波长,以及其,光子的能量,、,动量,p,之间存在如下关系：,式中,h,普朗克常数，等于6.625,J.s,;cX,射线的速度，等于2.998,m/s,.,相关习题：,1.试计算波长0.71,（Mo-K,）,和1.54,（Cu,-K）,的,X,射线束，其频率和每个量子的能量。,Mo,靶,X,射线,:,Cu,靶,X,射线,:,1-3 X,射线谱,由,X,射线管发射出来的,X,射线可以分为两种类型：,(1),连续（白色）,X,射线,(2),特征（,标识）,X,射线,连续辐射，特征辐射,X,射线谱指的是,X,射线的强度随波长变化的关系曲线。,X,射线强度大小由单位面积上的光量子数决定。,连续,X,射线,具有连续波长的,X,射线，构成连续,X,射线谱，它和可见光相似，亦称多色,X,射线。,产生机理,演示过程,短波限,X,射线的强度,产生机理,能量为,eV,的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为,hv,的光子，这样的光子流即为,X,射线,。,单位时间内到达阳极靶面的电子数目是很多的，绝大多数电子要经历多次碰撞，逐渐地损耗自身的能力，即产生多次辐射，由于多次辐射中光子的能量不同，因此出现,连续,X,射线谱,。,K,态（击走,K,电子）,L,态（击走,L,电子）,M,态（击走,M,电子）,N,态（击走,N,电子）,击走价电子,中性原子,Wk,Wl,Wm,Wn,0,原子的能量,连续,X,射线产生过程,电子冲击阳极靶,X,射线射出,演示过程,引自中南大学,短波限,连续,X,射线谱在短波方向有一个波长极限，称为短波限,0,。它是由电子一次碰撞就耗尽能量所产生的,X,射线。它只与管电压有关，不受其它因素的影响。,相互关系为：,式中,e,电子电荷，等于 （库仑）,V,管电压,h,普朗克常数，等于,或者,相关习题,试计算用50千伏操作时，,X,射线管中的电子在撞击靶时的速度和动能，所发射的,X,射线短波限为多少？,X,射线的强度,X,射线的强度是指在单位时间内通过垂直于,X,射线传播方向的单位面积上,光子数目,（,能量）的总和。,常用单位是,J/cm,2,.s.,X,射线的强度,I,是由光子能量,h,和它的数目,n,两个因素决定的,即,I=,nh,，连续,X,射线强度最大值在1.5,0,而不在,0,处。,连续,X,射线谱中每条曲线下的面积表示连续,X,射线的总强度，也是阳极靶发射出的,X,射线的总能量。,实验证明，,I,与管电流、管电压、阳极靶的原子序数存在如下关系：且,X,射线管的效率为:,1,，各种波长的,X,射线的相对强度一致增高，,2,，最高强度的射线的波长逐渐变短（曲线的峰相左移动），,3,，短波极限逐渐变小，即,0,向左移动，,4,，波谱变宽。,因此，管电压既影响连续,X,射线谱的强度，也影响其波长范围。,当增加,X,射线管的电压，连续,X,射线谱有下列特征,特征,X,射线,是在连续谱的基础上叠加若干条具有一定波长的谱线，它和可见光中的单色相似，亦称单色,X,射线。,对于一定元素的靶，当管电压小于某一限度时，只激发连续谱。随着管电压升高，射线谱向短波及强度升高方向移动，本质上无变化。但当管电压升高到超过某一临界值,（如对钼靶为,20kV,）后，曲线产生明显的变化，即在连续谱的几个特定波长的地方，强度突然显著增大，如图所示。由于它们的波长反映了靶材的特征，因此称之为,特征,X,射线谱,。,钼阳极管发射的,X,射线谱,波长，,0.1nm,相对强度,35kV,25,20,1.,特征,X,射线的特性,管电压特征,强度特征,特征波长取决于原子序数,-,莫塞莱定律,2.,产生机理,3.,K,系激发机理,1,、特征,X,射线的特,性,（,1,）,激发管电压特征：,每一条谱线对应一定的激发电压，只有当管电压超过激发电压时才能产生相应的特征谱线，且靶材原子序数越大其激发电压越高。,当电压达到临界电压时，特征谱线的波长不再变，强度随电压增加。,K,系特征,X,射线的强度与管电压、管电流的关系为：,强度特征,：,每个特征射线都对应一个特定的波长，不同靶材的特征谱波长不同。如管电流和管电压,V,的增加只能增强特征,X,射线的强度，而不改变波长。,2,、特征,X,射线的特性（,2,）,同系,（例如,K,1,、,L,1,等,）特征,X,射线谱的频率和波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，是,物质的固有特性,。且存在如下关系：,莫塞莱定律：,同系,特征,X,射线谱的波长,或频率,与原子序数,Z,关系为：,3,、特征,X,射线的特性（,3,）,-,莫塞莱定律,C,，,C,1,与,为常数,或者,莫塞莱定律,K,1,:C=3*10,3,=2.9,K,1,:C1=5.2*10,7,=2.9,产生机理,特征,X,射线谱的产生机理与阳极物质的原子内部结构紧密相关的。,原子系统内的电子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各个能级。,在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激发态。较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，并以光子的形式辐射出标识,X,射线谱。,K,态,L,态,M,态,N,态,k,l,m,n,0,原子的能级,h,l,k,=,l,-,k,K,K,K,L,L,h,n,k,=,n,-,k,h,n,l,=,n,-,l,特征,X,射线产生过程,特征,X,射线是波长一定的特征辐射。,特征,X,射线产生过程,K,态,L,态,M,态,N,态,k,l,m,n,0,原子的能级,h,l,k,=,l,-,k,K,K,K,L,L,h,n,k,=,n,-,k,h,n,l,=,n,-,l,特征,X,射线是波长一定的特征辐射。,当,K,系电子被激发时，原子的系统能量便由基态升高到,K,激发态，即,K,系激发,。同样，,L,系，电子被激发，称为,L,系激发,，依此类推。,当,K,层电子出现空位，其被高能级电子填充时产生,K,系辐射,。具体地，当,K,层空位被,L,层电子填充时，产生,K,辐射,，而被,M,层电子填充时，产生,K,辐射,。同样，电子从高能态填充到,L,时产生的辐射为,L,系辐射,，依此类推。,激发与辐射,K,系激发机理,K,层电子被击出时，原子系统能量由基态升到,K,激发态，高能级电子向,K,层空位填充时产生,K,系辐射。,L,层电子填充空位时，产生,K,辐射；,M,层电子填充空位时产生,K,辐射。,由能级可知,K,辐射的光子能量大于,K,的能量，但,K,层与,L,层为相邻能级，故,L,层电子填充几率大，所以,K,的强度约为,K,的5倍。,产生,K,系激发要阴极电子的能量,eV,k,至少等于击出一个,K,层电子所作的功,W,k,。V,k,就是激发电压。,返回莫赛莱定律,1-4 X,射线与物质相互作用,X,射线与物质相互作用时，产生各种不同的和复杂的过程。就其能量转换而言，一束,X,射线通过物质时，可分为三部分：,一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过,物质继续沿原来的方向传播。,X,射线的散射,；,X,射线的吸收,；,X,射线的衰减规律,；,吸收限的应用,；,X,射线的折射,；,总结,。,X,射线与物质相互作用,穿透,入射,X,射线束,散射,吸收,相干的（经典散射）,非相干 的,光电子,+,二次特征辐射,热能,1.4.1 X,射线的散射,X,射线被物质散射时，产生两种现象,：,相干散射,（也称为经典散射）,非相干散射,1.4.1.1,相干散射,定义,物质中的电子在,X,射线电场的作用下，产生强迫振动。这样每个电子在各方向产生与入射,X,射线同频率的电磁波。,由于散射线与入射线的频率和波长一致，位相固定，在相同的方向上各个散射波,符合干涉条件,，因此称为相干散射。,电子将入射,X,射线向其四周散射；或者说入射波将自身的能量传给电子，而电子又将该能量转化为与入射波长相同的散射,X,射线。,干涉条件：,1,，频率相同,2,，相位差固定,3,，振动方向一致,X,射 线,原子或离子中的电子,受迫振动。,振动着的电子成为次生,X,射线的波源，,向外辐射与入射,X,射线同频率的电磁波，称为,散射波,。,相干散射并未损失,X,射线的能量（频率或者波长没变），而只是改变了它的传播方向。因此相干散射又称为,弹性散射,。,*,相干散射是,X,射线在晶体中产生衍射的基础。,晶体,底,片,铅,屏,X,射,线,管,因此，晶体可看作三维立体光栅。,（,1,）劳厄方法,（,2,）衍射仪法,X,射线衍射,X,射线衍射的成功证明了两个问题,1.,人们对可见光的衍射现象有了确切的了解：光栅常数,(a+b),只要与点光源的光波波长为同一数量级，就可产生衍射，衍射花样取决于光栅形状。,2.,晶体学家和矿物学家对晶体的认识：晶体是由原子或分子为单位的共振体（偶极子）呈周期排列的空间点阵，各共振体的间距大约是,10,-8,-10,-7,cm,，,M.A.Bravais,已计算出,14,种点阵类型。,相干散射强度,一个电子的散射强度,讨论：,1,，由一个电子散射到相距,R,的,P,点的散射波强度只是入射波的强度的极小一部分。,2,，散射强度与距离的平方成反比。,3,，各个方向上散射强度不同。,P,R,入射,X,射线,散射,X,射线,电子,2,1.4.1.2,非相干散射,（量子散射，或非弹性散射）,X,射线光子与束缚力不大的外层电子 或自由电子碰撞时电子获得一部分动能成为,反冲电子,，,X,射线光子离开原来方向，能量损失，波长增加。,入射,X,射线,量子散射,电子,2,这种散射波的位相与入射线的位相之间不存在固定关系，不能产生干涉效应，因此称为非相干散射,非相干散射是,康普顿,（,A.H.Compton,）,和我国物理学家,吴有训,等人发现的，亦称康普顿效应或康普顿,-,吴有训效应。,非相干散射突出地表现出,X,射线的微粒特性，只能用量子理论来描述，亦称量子散射。它会增加连续背影，给衍射图象带来不利的影响，特别对轻元素。,1.4.2 X,射线的吸收,物质对,X,射线的吸收指的是,X,射线能量在通过物质时转变为其它形式的能量，,X,射线发生了能量损耗。物质对,X,射线的,非热能的吸收,主要是由原子内部的电子跃迁而引起的。这个过程中发生,X,射线的光电效应和俄歇效应。,光电效应,；,俄歇效应,。,热能,光电效应（荧光辐射）,（,1,）定义：,当一个具有足够能量的,X,射线光子碰撞到物质的原子时，也可以击出原子内层,(,如,K,层,),的电子而产生电子空位，且高能级的电子填充该空位发生电子跃迁时，同样会产生辐射，即产生特征,X,射线。,这种以,X,射线光子激发物质原子所发生的激发和辐射的过程称为光电效应,。被击出的电子被称为,X,射线,光电子,，所辐射的特征,X,射线称为,次级（或二次）,X,射线,，或称为,荧光,X,射线,。,（,2,）产生条件：产生光电效应，,X,射线光子波长必须小于,吸收限,k,。,当,X,光子激发,K,系（电子）产生光电效应时，光子的能量必须大于击出一个,K,层电子所做的功（临界值）：,此式把吸收限与激发电压,联系起来。,从激发光电效应角度讲，我们可以称,K,为,激发限波长,，即只有波长小于,K,的,X,光子才能激发,K,系产生,X,光电效应而使,X,射线的能量被吸收。,吸收限与光电效应相关联。,K,系光电效应（荧光辐射）,L,系光电效应（荧光辐射）,俄歇效应,原子在入射,X,射线光子或电子的作用下失掉,K,层电子，处于,K,激发态；当,L,层电子填充空位时，放出,E,L,-E,K,能量，产生两种效应：,(1)荧光,X,射线；,(2)产生二次电离，使另一个核外电子成为二次电子俄歇电子。,K,L,I,L,II,L,III,M,KL,I,L,II,KLL,俄歇跃迁,俄歇电子的能量与激发源（光子或电子）的能量无关，只取决于物质原子的能级结构，每种元素都有自己的特征俄歇电子能谱。故可利用俄歇电子能谱做元素的成分分析。,真空能级,X,射线与物质相互作用的总结,热能,透射,X,射线衰减后的强度,I,0,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,1.4.3 X,射线的衰减规律,（由于散射,+,吸收而引起的衰减）,当一束,X,射线通过物质时，,由于散射和吸收的作用,使其透射方向上的强度衰减。衰减的程度与所经过物质中的距离成正比。,dx,x,I,0,入射,X,射线强度，,I,x,为穿透厚度为,x,的物质后的,X,射线强度，,l,为线衰减系数，衰减与散射的关系很小，因此，,l,也称线吸收系数（附表上单位为厘米,-1,）。,m,为质量吸收系数,质量衰减系数,m,表示单位质量物质对,X,射线强度的衰减程度。,质量衰减系数与波长和原子序数,Z,存在如下近似关系：,K,为常数,m,随,的变化是不连续的其间被尖锐的突变分开。突变对应的波长为,K,吸收限。,(,m,/),i,为第种元素的质量吸收系数，,W,为各元素原子的质量分数,(%),对于多元素体系：,思考题,1,，,X,射线实验中用于防护的铅屏，厚度至少为,1,毫米。试计算这种铅屏对,Cu K,、,Mo K,的透射因数（,I,透射,/I,入射,）。,查表可得铅对,Cu K,、,Mo K,线吸收系数是,241,和,141,。,吸收限的应用,吸收限,主要是由,光电效应,引起的,：当,X,射线的波长等于或小于,K,时，光子的能量高于击出一个内层电子所做的功,W，X,射线被吸收，激发光电效应。使,m,突变性增大。,吸收限与原子能级的精细结构对应。如,L,系有三个副层，有三个吸收限。,滤波片的选择:,(1)它的吸收限位于辐射源的,K,和,K,之间，且尽量靠近,K,。,强烈吸收,K,，K,吸收很小；(2)滤波片将,K,强度降低一半最佳。,Z,靶,40时,Z,滤片,=,Z,靶,-2；,阳极靶的选择,:（1）阳极靶,K,波长稍大于试样的,K,吸收限；（2）试样对,X,射线的吸收最小。,Z,靶,Z,试样,+1。,1.4.4 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,M,非常接近1,M,约为0.999990.999999,。,因此，一般衍射实验中可以不考虑,X,射线折射的影响。,1-5 X,射线的探测与防护,（1),X,射线的探测,（2）,X,射线的安全防护,X,射线的探测,荧光屏法；,照相法；,辐射探测器法：,X,射线光子对气体和某些固态物质的电离作用可以用来检查,X,射线的存在与否和测量它和强度。按照这种原理制成的探测,X,射线的仪器电离室和各种计数器。,X,射线的安全防护,X,射线设备的操作人员可能遭受电震和辐射损伤两种危险。,电震的危险在高压仪器的周围是经常地存在的，,X,射线的阴极端为危险的源泉。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。,致 谢,本章课件在制作过程中使用了中南大学、中科院高能所同步辐射中心、中国科技大学、武汉工程大学的部分图片。,