第1章 X射线物理学基础.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,1,材料分析方法,陈 康 敏,2003,年,6,月,2,第一章,X,射线物理学基础,3,第一节,X,射线的性质,第二节,X,射线的产生与,X,射线谱,第三节,X,射线与物质的相互作用,第一章,X,射线物理学基础,4,第一节,X,射线的性质,1.X,射线的发现,:,1895,年,11,月,8,日，,德国物理学家,伦琴,（,W.R,ntgen,）,在研究真空管高压放电现象时偶然发现,涂,有,氰亚铂酸钡,硬纸板发出,浅绿色荧光,，试着木块、,硬橡胶,等挡也挡不住，甚至可透过人的骨骸,!,当时对此射线本质尚无了解故取名,X,射线,（,伦琴射线）,。,这一伟大发现，,伦琴,于,1901,年第一位诺贝尔奖获得者。,威廉,康拉德,伦琴,（,1845,1923,）,摄于,1896,年,5,2.,伦琴夫人的手 ,摄于,1895,年,12,月,22,日,六个星期后，,伦琴,确认是一种新射线，才告诉自己夫人。,1895,年,12,月,22,日,，,他邀请夫人来到实验室，,用光电管照射,15,分钟，,拍下,第一张人手,X,射线照片。,伦琴发现,X,射线后，一个月内发表了,一种新射线,的文章，引起社会各界强烈的反应，各国竞相开展试验研究。,6,3.,X,射线在医学界应用,X,射线透视学,虽未了解此现象本质，但其有强大穿透力，能透过人体显示骨骼，迅速被医学界广泛利用，成为透视人体、检查伤病的有力工具，产生了,X,射线透视学,。后来又用于,金属探伤,，对工业技术也有很大促进作用。,X,射线最初医疗诊断,1896.2.3,美国,Dr.Edwin Frost(1866-1935),7,4.,X,射线本质的认识,1895,1897,年间，通过一系列实验，搞清了,X,射线产生、传播、穿透力等特性：,1.,X,射线,虽人眼看不见，但能使某些物质,发出荧光,。使照相底片感光，使气体、原子电离。,2.,X,射线,沿直线传播，经电场或磁场不发生偏转。,3.,X,射线,有很强穿透力，通过物质时可被吸收而强度衰减。,4.,X,射线,还能杀伤生物细胞,等特性。,但对,X,射线本质的认识，是对晶体结构的研究，即与,X,射线,在晶体中发生,衍射现象,是分不开的。,8,5.X,射线,衍射,现象发现（一）,1912,年，德国物理学家,劳埃,（,M.Von Laue,）,利用晶体作为天然光栅成功观察到了,X,射线衍射,现象。,他用,CuSO4,5H2O,进行实验，获得了,第一张,X,射线衍射照片,。,1914,年，,获,诺贝尔物理学奖。,Max von Laue,马克斯,冯,劳埃,(1879-1960),CuSO,4,5H,2,O,衍射照片,世界上第一张,X,射线衍射照片,9,5.X,射线,衍射,现象的发现（二）,X,射线衍射,现象发现：,1.,肯定了,X,射线的本质。,即是一种电磁波，有波动性。,2.,证实了晶体结构的周期性,。,为晶体微观结构研究提供了崭新的方法。,晶体结构认识：从,微米纳米,级，有更接近本质的认识。,用,X,射线研究晶体结构工作,X,射线晶体学,或,X,射线衍射学。,10,6.,布拉格定律,的建立和,莫塞莱定律,的发现,英国,布拉格,父子,（,W.H.Bragg,和,W.L.bragg,）,对此进行开创性工作。,1912,年，,W.L.,布拉格,进行了,劳埃,实验后认为：衍射斑点的产生是射线受到类似,镜面,“,反射,”,的结果。并从,劳埃方程式,导出,布拉格方程,，推算出,KCl,及,NaCl,原子排列方式，并真正测量了,X,射线波长。,后一工作导致,1913,-,1914,年,莫塞莱,（,H.G.J.Moseley),定律,的发现,。,11,7,、,莫塞菜定律,1913,年，英国物理学家,莫塞莱,（,1887,1915,）,在研究,X,射线光谱时发现：特征,X,射线,频率,或,波长,只取决于阳极靶物质的原子能级结构,（原子序数），,此规律称,莫塞莱定律。,式中：,K,与靶材物质主量子数有关的常数；,屏蔽常数，与电子所在的壳层位置有关。,成为,X,射线荧光分析,和,电子探针微区成分分析,的理论基础。,或,12,第一节、,X,射线的性质,一、,X,射线的波动性,1.,X,射线,与可见光红、紫外线等相同，均属,电磁波,，,它是由高速带电粒子与物质原子中的内层电子作用而产生的，,它同时具有,波动性,和,粒子性,。,2,.,X,射线波长,比可见光短得多，约与晶体晶格常数同一数量级，在,0.1nm,左右。因此，其能量大、穿透能力强。,3.,X,射线,与可见光一样，以光速呈直线传播，在真空中传播速度,2.998,10,8,m/s,。,13,一、,X,射线的波动性,4.,X,射线波长,法定单位为：,nm,，以前也常用埃,（,）,。,（,1nm=10,-9,m,10,）,X,射线波长：,10,0.001nm,，两边与,紫外线,及,射线,重叠。,晶体结构分析：,波长在,0.25,0.05nm,，,金属探伤：,波长约为,0.1,0.005nm,或更短，,波长较短的,X,射线，习惯上称为,“硬,X,射线”,。,波长较长,的,X,射线称为,“软,X,射线,。,14,常见的各种电磁波的波长与频率,可见光,紫外线,红外线,微波,X,射线,波长,射线,频率,标准无线电波,长波,TV/FM,短波,长波,15,X,射线波动性的表现（,1,）,1,、,X,射线波动性：,以一定频率和波长在空间传播，具有干涉与衍射现象；,描述参量：,频率,和,波长,。,2,、,电磁波（横波）,，具有,电场矢量,E,和,磁场矢量,H,，以相同周相，在两相互垂直平面内作周期振动，且与传播方向垂直，,传播速度光速。,3X,射线分析：,主要考虑,电场矢量,E,引起的物理效应。,16,X,射线波动性的表现（,2,）,4,、,电场矢量,E,随,传播时间,或,距离,呈周期性波动，波振幅为,A,（或,E,0,）,。,一束沿,x,轴方向传播的波长为,的,X,射线波方程,为：,图,1-2 E,的变化,(a)x,一定时,E,随,t,的变化；,(b)t,一定时,E,随,x,的变化,17,X,射线波方程,一束沿,x,轴方向传播波长为,的,X,射线波方程,为：,若以,表示,相位,，即 令 则,当,t=0,，,A=A,0,e,i,，,e,i,称为,“,相位因子,”,。,18,二、,X,射线的粒子性,1,、,实验证实,X,射线是波长极短的电磁波，有,干涉与衍射,现象。但,波动性,无法解释,X,射线的,光电效应、荧光辐射,等现象。,2,、,按波动理论：,物质中电子吸收,X,射线能量是连续的，当能量积累到一定程度就能放出电子。,即：不论,X,射线频率如何低，只要入射强度大，时间长，总会发生光电效应的。,但实验结果，,产生光电效应条件：,不在于,X,射线强度与照射时间，而在于其频率,（或,）。,这与波动理论相矛盾性。,表明：,X,射线还有,粒子性,。,19,二、,X,射线的粒子性,3,、,粒子性表现：,以光速运动的大量微观粒子组成不连续粒子流。称为,“,光子”,或,“光量子”,。描述参量为,能量,E,、,动量,P,。,4,、,波动性,与,粒子性,描述参量间的关系：,X,射线频率；,h,普朗克常数（,6.62610,-34,J,s,）,c,X,射线传播速度（,2.99810,8,m/s,）,20,二、,X,射线的粒子性,5.,粒子性突出表现：,X,射线,在与物质（原子或电子）相互作用时，有交换能量，光子能量能被原子或电子,吸收,或被,散射。,光电效应、荧光辐射,等正是,X,射线粒子性,的明显表现。,21,三、,X,射线的强度,1.,X,射线强度,用,波动性观点描述：,单位时间内通过垂直于传播方向的单位截面上的能量大小，,强度与波振幅,A,2,成正比。,2.,X,射线强度,用,粒子性观点描述：,单位时间内通过与传播方向相垂直的单位截面的光量子数目。,3.,绝对强度,单位是,J,(m2s),，但难以测定，常用,相对强度,，如：,底片相对黑度、探测器（计数管）计数值,等。,22,X,射线波粒二相性,1.,X,射线波动性,：反映物质运动的,连续性；,X,射线粒子性：,反映物质运动,分立性。,2.,对同一辐射所具有的,波动性,与,粒子性,的描述：,可用,时间和空间展开的数学形式来描述；,可用,统计学法确定某时间、位置粒子出现概率来描述。,因此，须同时接受,波动,和,粒子,两种模型。,3.,X,射线,上述特性，成为,研究晶体结构、进行元素分析、医疗透视,和,工业探伤,等方面的有力工具。,23,第二节,X,射线的产生与,X,射线谱,一、,X,射线产生：,1.,X,射线：,高速运动带电粒子（电子）与某物质相撞击后突然减速或被阻止，,与该物质中内层电子相互作用而产生的。,2.,X,射线产生条件,：,1,）产生并发射自由电子,（加热,W,灯丝发射热电子）；,2,）在真空中迫使电子作定向的高速运动,（加速电子）；,3,）在电子运动路经上设障碍，使其突然减速或停止,（靶）,据此，就可理解,X,射线发生器的构造原理了。,24,二、,X,射线管的结构（,1,）,1.,阴极,：,发射电子,。由钨丝制成，通以一定电流加热后便能释放出大量的,热激发电子,。,2.,阳极,：,“靶”,(target),。使电子突然减速并发射,X,射线的地方。由不同的金属组成，常用靶材有,Cr,、,Fe,、,Co,、,Ni,、,Cu,、,Mo,、,Ag,、,W,等，根据不同需要选用。,阴极,阳极,25,二、,X,射线管的结构（,2,）,3.,窗口：,X,射线射出通道，,常有,两个或四个。,窗口材料,：,既有足够强度以维持管内高真空，又对,X,射线吸收较小。常用对,X,射线穿透性好的,轻金属铍（,Be,）,。,4.,聚焦罩：,加在阴极灯丝外，使,灯丝,与,聚焦罩,保持,约,400V,电位差,，可聚焦电子束。,窗口,26,二、,X,射线管的结构（,3,）,5.,冷却系统：,X,射线发射向四周发散，大部分被管壳吸收，少量通过窗口得以利用。,只有,1,能量转化为,X,射线,，,99,转变为热能，,故靶须水冷，以防止阳极过热的熔化。,冷却水,27,荷兰,Philips,公司第二代陶瓷,X,射线管,焦点三维精确定位,(,预校准模块化的基础）,陶瓷灯体,绝缘度高,重量轻,超长寿命,无需校准,28,美国热电瑞士,ARL,公司,新型陶瓷,X,光管,X-ray Tubes,Ceramic Tube,（陶瓷光管）,Glass Tube,（玻璃光管）,Possible targets are Cu,Cr,Fe,Co or Mo,可有的靶材为：,Cu,，,Cr,，,Fe,，,Co,或,Mo,29,三、,X,射线光管的分类,a.,按制造材料,可分：,玻璃光管,和,金属陶瓷光管,。,b.,按阳极靶可动与否：,固定靶,X,光管,；,自转靶,X,光管。,日本理学公司,自转铜靶阳极,30,四、,X,射线焦点（,1,）,1.,焦点,：,阳极靶面被电子束轰击并发出,X,射线的区域。,尺寸和形状：,取决于灯丝，,螺线形灯丝产生,长方形焦点。,靶的焦点形状及接收方向,2.,衍射工作，希望,X,光,有：,较小焦点,（分辨本领高）,较高强度,（曝光时间短）,X,射线出射角：,常与靶面成,3,o,8,o,（常为,6,o,）,31,四、,X,射线管的焦点（,2,）,3.,焦点形状：,1l0mm,长方形。,表观焦点：,在出射方向上,X,射线束的截面积，,缩小靶的焦点形状及接收方向,4.,窗口,在与,焦点长边,和,短边,相对位置。,短边：,表观焦点,正方,，强度高。,长边：,表观焦点,线状,，强度弱。,32,五、,X,射线谱,（一）连续,X,射线谱,1.,对,X,光管施,不同电压，,再测,X,射线强度,和,波长，,得,强度与波长关系曲线，,称为,X,射线谱。,Mo,阳极靶,不同管压下连续,X,光谱,2.,如：,Mo,靶,V,20kV,时，曲线连续变化，称,连续,X,射线谱,（或白色,X,射线）,。,33,（二）,连续,X,射线谱实验,规律,1.,不同管压下，各连续谱均有,强度最大值；,随,管压,V,强度；,最高强度波长,m,（移向短波端）。,2.,在短波端均,有,最短极限波长,称,短波限,SWL,，,随,管压,短波限,SWL,（移向短波端）。,a,）管压影响,b,）管流影响,c,）靶材影响,34,3.,X,光最高强度,约在,1.5,SWL,处。,4.,管压不变，,管流,强度,，但,SWL,、,m,不变。,5.,管压和管流相同，靶材,Z,强度,，但,SWL,、,m,不变。,a,）管压影响,b,）管流影响,c,）靶材影响,35,（三）,量子理论,解释连续谱形成机理（,1,）,1.,量子理论观点：,能量,e V,电子与靶原子碰撞，电子失去部分能量，并辐射出光子。每次碰撞产生一个,能量为,h,的,光子，,称此辐射为,“韧致辐射”。,如：当管流,I=10mA,时，,电子数目,n,6.2410,16,个,/,秒。,如此多电子到达靶上时间和条件都不相同，且大多数,电子须经多次碰撞，逐步把能量释放直到零，,这样产生一系列能量为,h,i,的光子序列，即形成,连续谱,。,36,何以存在,短波限,SWL,？,极限情况：,极少数电子一次碰撞将全部能量一次性转化为一个光子，,此光子具最高能量和最短波长,（,短波限,SWL,）。,一般情况：,光子能量,电子能量。,极限情况：,光子能量电子能量,，即,将,V,和,以,kV,和,nm,为单位，其它常数代入上式，则有：,37,连续谱强度极大值存在原因：,X,射线强度：,指在垂直于,X,光传播方向的,单位面积,上，在,单位时间,内,光量子数目的能量总和。,即由光子,能量,h,和光子,数量,n,两因素决定的。则：,38,（,四）连续,X,射线辐射强度和发射效率（,1,）,1.,连续,X,射线总强度,（靶发出,X,光总能量）与,连续谱强度分布曲线下所包络的面积,成正比。,式中：,Z,阳极靶的原子序数；,i,管电流,（,mA,）；,V,管压,（,KV,）；,K,1,常数约为,1.1,1.610,-9,。,39,2.,X,射线管效率：,若,X,射线管仅产生连续谱时，若,输入功率为,iV,，则产生,连续,X,射线效率,或,X,射线管效率,：,可见，,管压,，靶材,Z,，管效率,；,因常数,K,1,(,11,1.4,）,10,-9,，,很小,，即使用,W,靶,（,Z=74,），,管压为,100kV,时，,1,（,Cu,：,0.1,），效率是很低的。,为提高光管发射连续,X,射线的效率：,选用重金属靶，,施以高电压，,就是这个道理。,40,（五）特征（标识）,X,射线谱,一、,特征,X,射线谱,的形成,1.,当管电压,V,增高到大于阳极靶材相应的某个,临界值,V,K,时，即,则在连续谱的某特定波长处出现一些强度高峰，峰窄而尖锐的线形光谱。,如：,Mo,靶,35kV(0.063nm,和,0.071nm),的谱线示于图。,41,一、,特征,X,射线谱,的形成,2.,改变管流、管压，,这些谱线只改变强度，而峰位所对应的波长不变。,即,特征波长,只与靶原子序数,Z,有关，而与电压等无关，,故称,特征,X,射线。,3.,产生特征,X,射线的最低电压叫,激发电压。,特征,X,射线,42,二、,实验规律,1.,激发电压：,取决于阳极靶的原子序数,Z,。对不同阳极靶临界激发电压是不同的。,2.,阳极靶（,Z,）不同，所产生的特征,X,射线的,波长,也不同。,3.,当管压超过,激发电压,时，特征,X,射线,波长,不变，而,强度,按,n,次方的规律增大。,式中：,i,管流，,V,管压，,n,常数（,1.5,2),，,C,比例常数，与特征,X,射线波长,有关。,4.X,光管压,V,（,3,5,）,V,激时，,特征,X,射线,与,连续,X,射线,的,比率,为最大。,43,三、,产生机理的分析（,1,）,特征,X,射线产生机理,与连续,X,射线不同，它与阳极靶物质的原子结构紧密相关的。,内层电子跃迁辐射,X,射线示意图,1.,若高速电子的动能足够大，将,K,壳层,中某个电子击出。,2.,则在被击出电子的位置出现空位，原子系统能量升高，处于,“激发态”,（能量为,E,K,）,。,3.,若,L,壳层,电子,K,壳层,后，此时,能量,E,L,，能量降低。,44,三、,产生机理的分析（,2,）,4.,这多余能量以一个,X,射线光量子,的形式辐射出来，,则,光子能量,：,5.,对原子序数,Z,的物质，各原子能级的能量是固有的，所以，,E,KL,便为固有值，,也是固有的。这也就解释了,特征,X,射线波长为一定值（特征值）,的原因。,内,层电子跃迁辐射,X,射线示意图,45,Balmer,线系,，,K,激发态,L,激发态,M,激发态,N,激发态,L K,K,谱线,(,跨越,1,个能级,),M K,K,谱线,(,跨越,2,个能级,),N K,K,谱线,(,跨越,3,个能级,),ML,L,谱线,(,跨越,1,个能级,),NL,L,谱线,(,跨越,2,个能级,),依次类推还有,M,线系,。,原子能级示意图,即,n=2,时称为巴耳末线,46,三、,产生机理的分析（,5,）,6.,K,线,比,K,线,波长长而强度高,在原子系统中，各能级能量不同，且各能级间能量差也不均布，,愈靠近原子核的相邻能级间的能量差愈大。,另外，因由,LK,层电子跃迁几率比由,MK,层约大,5,倍左右，故,K,线强度要比,K,线高,5,倍左右,。,47,三、,产生机理的分析（,4,）,7.,同一壳层还有若干个,亚能级,，电子所处能量不同，其能量差也固定。如：,L,层：,8,个电子分属于,L,，,L,，,L,三个亚能级；,不同亚能级上电子跃迁会引起特征波长的微小差别。实验证明：,K,由,K,l,和,K,2,双线组成的。,K,l,：,L,K,壳层；,K,2,：,L,K,壳层；,K,双重线,48,三、,产生机理的分析（,3,）8.,又因,L,K,(,K,l,),的跃迁几率较,L,K,(K,2,),的大一倍，故组成,K,两条线的强度比为：,如：,W,靶：,K,l,0.0709nm,，,K,2,0.0714nm,，,一般情况下是分不开的，,K,线波长,取其双线波长的加权平均值：,49,几种常见阳极靶材和特征谱参数,50,第三节,X,射线与物质的相互作用,X,射线与物质相互作用,是个复杂过程。,一束,X,射线通过物体后，其强度将被衰减，这是被散射和吸收的结果，且吸收是造成强度衰减的主要原因。,51,一、,X,射线的散射,一、,X,射线的散射,X,射线照射物质上时，偏离了原来方向的现象。,主要是,核外电子,与,X,射线,的,相互作用，,会产生两种散射效应。,1,、相干散射,（,coherent scattering,）,入射,X,射线,与物质原子中,内层电子,作用，当,X,光子能量不足以使电子激发时，把,能量转给电子,，电子则绕其平衡位置发生,受迫振动,，成为发射源向四周辐射与入射,X,光波长（振动频率）相同电磁波（,散射波）,。,各,电子,散射波,振动频率相同,、,位相差恒定,，符合,干涉条件,，发生相互干涉，称为,相干散射,。,52,1,、相干散射,（,弹性散射,或,汤姆逊散射,）,2,、英国物理学家,J.J.,汤姆逊,（,J.J.Thomson,，,1856-1940),用经典方法研究了此现象，并推导出相干散射强度的,汤姆逊散射公式,，也称,汤姆逊散射,。,当入射,X,射线为非偏振时，在空间一点,P,的,相干散射强度：,I,0,入射线强度,；,0,4,10,7,m,kgC,-2,f,e,2,7.9410,-30,m,2,电子散射因素,f,e,偏振因数,53,2,非相干散射,（,康普顿,吴有训效应,）,2,、非相干散射,：,（,incoherent scattering,）,X,光子,与,外层价电子,相碰撞时的散射。可用一个,光子,与一个,电子,的,弹性碰撞,来描述。,电子：,将,被撞离原方向,并,带走光子部分动能,成为,反冲电子；,X,光量子：,因碰撞而损失部分能量，其,波长增加，,并与原方向,偏离,2,角,。,X,射线非相干散射,54,能量守恒定律：,散射光子和反冲电子能量之和,等于,入射光子能量。,可导出,散射波长的增大值,为,:,2,：,为入射光与散射光,的传播方向间夹角。,X,射线非相干散射,可见，,散射光波长变化,与,入射光波长,无关，只与,散射角,2,有关。,55,经典电磁理论：,不能解释,存在及随,2,而改变现象，此散射现象和定量关系,遵守量子理论规律，,也叫,量子散射,。,X,射线非相干散射,此空间各方向,散射波,与,入射波波长不同,，,位相关系也不确定，,不产生干涉效应，称,非相干散射。,非相干散射：,不参与对晶体的衍射，,只会,增加衍射背底，,对衍射不利。,入射波长越短、被照射物质元素越轻，此现象越显著。,56,非相干散射效应：,由,美国物理学家,康普顿,（,A.H.Compton,）,在,1923,年发现的，,也称,康普顿散射。,我国物理学家,吴有训,参加了实验工作，故称,康吴效应。,因此，,康普顿,于,1927,年获诺贝尔物理学奖。,1927,年的,A.H.,康普顿,中国物理学家吴有训,57,二、,X,射线的吸收,（一）,透射系数与吸收系数,1.X,光,通过物质而强度衰减，,或,被物质吸收。,当,强度为,I,0,的,X,射线照射到,厚度,t,的均匀物质上，在通过深度为,x,处,的,dx,厚度,的物质时，,强度衰减,与,dx,成正比。,对,0,t积分,l,为常数，称为,线吸收系数,。,称为,透射系数,。,58,2.,线吸收系数,l,：,表征,X,射线通过,单位厚度,物质的相对衰减量，与,物质种类,、,密度,、,X,光波长,有关。用,质量吸收系数,m,cm,2,g,：,吸收体密度，物质固有值；,物质固有值，可查表。,59,3.,m,物理意义：,X,射线通过,单位面积,上,单位质量,物质后强度相对衰减量。,m,与物质,密度,和,状态,无关；而与物质,原子序数,Z,和,X,射线波长,有关。其经验公式为：,对一定的吸收体，波长,越短，穿透能力越强，吸收系数下降，,但随波长降低，并非呈连续变化，而在某波长突然升高，出现,吸收限,。,60,4.多,元素,化合物、固溶体,或,混合物,质量,吸收系数计算：,混合物,、,化合物,的,质量吸收系数：,为,各组分的质量吸收系数（,mi,）,与其,质量分数（,W,i,）乘积,的,平均值,。,5.,设含组分,1,、,2,的物质，,质量分数：,W,1,、,W,2,；,则,混合物质量吸收系数：,（,W,1,W,2,）,1,61,（二）,X,射线的真吸收,一、,光电效应：,1.,光电效应：,当入射,X,光子能量足够大，将内层电子击出，成为自由电子（称,光电子,），原子则为激发态，外层电子向内层空位跃迁，并,辐射出一定波长的特征,X,射线。,为区别,入射,X,射线,，,称其为,二次特征,X,射线,或,荧光,X,射线。,以入射,X,射线,激发原子,所发生的,激发,和,辐射,的,现象称为,“光电效应”。,入射,X,射线,62,2.,光电效应：,使入射,X,射线消耗大量的能量，表现为,物质对入射,X,射线的强烈吸收。,图,1-10 X,光量子能量及质量吸收系数随波长的关系,在质量吸收系数曲线（,m,-,）上，表现为,吸收系数的突变，,此对应波长称,吸收限,。（如图）,63,3.,产生,K,系荧光辐射条件：,入射光子能量,h,须大于或等于,K,层电子的逸出功,WK,，,即：,V,K,把原子中,K,层电子击出,所需的,最小激发电压。,K,把,K,层电子击出,所需的,入射光最长波长。,表明：,只当入射,X,光波长,K,1.24,V,K,时，才能产生,K,系荧光辐射。,64,4.,讨论,光电效应产生的条件,时，,K,称,K,系激发限,；,讨论,X,射线被物质吸收,时，,K,称为,吸收限。,a.,当入射线,波长,光子能量，易穿过吸收体，则,质量吸收系数,m,；,b.,当,K,时，,入射光子能量刚好击出吸收体的电子，形成大量光电子及二次荧光，,光电效应最强烈，,使,m,突然上升,；,c.,当,进一步,，,K,，,光电效应饱和,，多余能量穿透过吸收体；,穿透，,。,65,5.,注意：,吸收限：,K,1.24,V,K,(nm),；,连续,X,射线谱中,短波限：,0,=1.24,V(nm),两者,形式完全相同,，但,意义决然不同。,66,二、,俄歇,（,Auger,）,效应（一）,1,、俄歇效应,:,当,K,层电子被击出，原子处,K,激发态，能量为,E,K,。若,L,层电子跃入,K,层填补空位。能量由,E,K,E,L,，且释放出多余能量。若能量被另一,L,电子或较外层电子所吸收，该电子受激发而逸出，即为,俄歇电子。,光电子,俄歇电子,俄歇电子,俄歇电子,KL,1,L,1,LM,1,M,1,L,2,3,VV,67,二、,俄歇,(Auger),效应（二）,2,、,俄歇,电子,能量有固定值,，按上例近似为,光电子、俄歇电子和荧光,X,射线三种过程示意图,此,具有特征能量的电子,是,俄歇,（,M.P.Auger,）,于,1925,年,发现的，称为,俄歇电子,。,从,L,层逃出的叫,KLL,俄歇电子；,也可存在,KMM,俄歇电子。,68,二、,俄歇,（,Auger,）,效应（三）,1.,俄歇电子能量：,只取决于该物质的原子能级结构，,是一种,元素的固有特征。,2.,俄歇电子能量很低：,只有,几百,eV,，,深处信号测量不到。,俄歇电子能谱仪：,最合适,对固体表面,2,3,层原子层的成分分析,，并还可进行,逐层分析。,3.,试验表明：,轻元素俄歇电子的发射几率比荧光,X,射线发射几率大。,所以，,俄歇谱仪适合于对轻元素的成分分析。,