2016X射线的性质资料.pptx

主讲教师主讲教师:胡胡 锦锦 莲莲 2016 2016 安徽工业大学安徽工业大学 本科生课程本科生课程自查书目：自查书目：(1)1)学校数字图书馆，学校数字图书馆，“超星超星”里搜索里搜索 有关材料分析类书有关材料分析类书(2)(2)互联网网站搜索，互联网网站搜索，小木虫论坛网站小木虫论坛网站参考书目：参考书目：1)1)卢利平等著，卢利平等著，材料现代分析与测试技术材料现代分析与测试技术，国防工业出，国防工业出版社，版社，2010年年1月第一版，（月第一版，（X射线衍射分析中引入了计算机射线衍射分析中引入了计算机程序对衍射数据分析）程序对衍射数据分析）2 2）齐海群，齐海群，材料分析测试技术材料分析测试技术，北京大学出版社，北京大学出版社，2011年年10月月第一版第一版3）谷亦杰等，）谷亦杰等，材料分析检测技术材料分析检测技术，中南大学出版社，中南大学出版社，2009年年02月第一版月第一版教材：教材：周玉，武高辉，材料分析测试技术周玉，武高辉，材料分析测试技术-材料材料X X射线衍射与电射线衍射与电子显微分析，哈尔滨工业大学出版社，子显微分析，哈尔滨工业大学出版社，20072007年年8 8月第月第2 2版版 基本要求：基本要求：掌握基本原理，了解常用实验方法，在实际工作中能正掌握基本原理，了解常用实验方法，在实际工作中能正确确选用选用本课程中介绍的实验方法，并能与专门从事本课程中介绍的实验方法，并能与专门从事X X射线与射线与电子显微分析的人员共同制定实验方案与分析实验结果电子显微分析的人员共同制定实验方案与分析实验结果1)知识知识2)技术技术3）高端设备）高端设备4）思维）思维素质培养：素质培养：怎样学：怎样学：认真认真+思考思考（利用好课堂，（利用好课堂，某些同学作业要独立）某些同学作业要独立）考察：考察：平时成绩（出勤平时成绩（出勤+听课回答问题状态听课回答问题状态+作业）作业）30%期末成绩期末成绩70%课堂课后深入透彻理解课堂课后深入透彻理解+期末熟练掌握和记忆好成绩期末熟练掌握和记忆好成绩 材材料料内内部部的的成成份份、结结构构直直接接决决定定着着材材料料的的性能和应用。性能和应用。如如何何判判定定材材料料的的成成份份和和结结构构是是材材料料学学领领域域的的关键问题。关键问题。绪论绪论问题问题1 1：假如你有一块黄橙橙的矿石，你能判断是假如你有一块黄橙橙的矿石，你能判断是否含有黄金吗？否含有黄金吗？阿基米德方法？阿基米德方法？碳结构的变化问题2：你能区分不同结构的相同成分物质？锅烟灰-C60金刚石炭纳米管在本次课程学习的主要材料分析方法：在本次课程学习的主要材料分析方法：(1)X射线衍射仪（射线衍射仪（XRD，X-Raydiffraction）用于物相用于物相(或说结构）分析或说结构）分析及其他及其他dfrkn(2)透射电镜（透射电镜（TEM，TransmissionElectronMicroscope）物相分析，和微观形貌物相分析，和微观形貌makrskp(3)扫描电镜扫描电镜（SEM，ScanningElectronMicroscope）表面形貌表面形貌(4）电子探针显微分析（）电子探针显微分析（EPMA,ElectronProbeMicro-Analysis)：微区成分分析微区成分分析,可作为两电镜的附件。可作为两电镜的附件。nlss它分两类：它分两类：波长分散谱仪波长分散谱仪波谱仪波谱仪WDS,WavelengthDispersiveSpectrometer能量分散谱仪能量分散谱仪能谱仪能谱仪EDS,EnergyDispersiveSpectrometerspektrmt(r)光电光电子子荧荧光光（二二次次特特征征X X射线射线 扫扫描描电镜电镜SEMSEM样品样品1 1特征特征X X射线射线二次电子二次电子高能电子高能电子入射入射透射电子透射电子（TEMTEM）背背散散射射电子电子衍射衍射XRDXRDXPSXPSEDS/WDSEDS/WDS 高能电子束与固体样品作用时产生的信号和高能电子束与固体样品作用时产生的信号和6大材料分析手段大材料分析手段X X射线射线荧光谱荧光谱分析分析样样品品2 2X X射线射线样样品品2 2样样品品2 2X射线衍射仪射线衍射仪(XRD)透射电镜（透射电镜（TEM）多晶体衍射花样多晶体衍射花样单晶体衍射花样单晶体衍射花样可可进进行行物物相相分分析析50nm2nmTEM:(2)可成像可成像图图a,b(1)可形成衍射花样可形成衍射花样,进行物相分析进行物相分析,图图c苍蝇的复眼扫苍蝇的复眼扫描电镜图像描电镜图像扫描电微镜（扫描电微镜（SEM）第一部分第一部分 材料材料X X射线衍射分析射线衍射分析常用来分析 物相、晶格参数，应力等X-rayDiffraction第一章第一章X射线的性质射线的性质本章要点：本章要点：1.X射线的本质射线的本质2.X射线管的主要构造射线管的主要构造3.X射线连续谱的特征、射线连续谱的特征、产生原因产生原因4.X射线特征谱产生过程，产生条件射线特征谱产生过程，产生条件(难点难点)，命名命名,莫塞莱定律莫塞莱定律5.X射线与物质相互作用射线与物质相互作用:散射散射(相干与非相干相干与非相干),真吸收真吸收(光电子，荧光光电子，荧光X射线射线,俄歇效应俄歇效应)6.X射线透过的强度公式，质量吸收系数射线透过的强度公式，质量吸收系数7.二次特征辐射概念，二次特征辐射概念，吸收限吸收限(或称激发限或称激发限)的概念及对应吸收曲线的概念及对应吸收曲线8.吸收限的应用吸收限的应用-怎样滤波，一般怎样选耙怎样滤波，一般怎样选耙电子束电子束W.K.Rontgen伦琴于伦琴于19011901年获首届诺贝尔物理奖年获首届诺贝尔物理奖第一张第一张X X光照片光照片伦琴伦琴1.1.18951895年，伦琴发现了一种穿透力很强的射线年，伦琴发现了一种穿透力很强的射线射线射线引言引言X射线射线准直缝准直缝晶体晶体劳厄斑劳厄斑.19121912年劳厄年劳厄（M.von LaueM.von Laue）发现通过晶体时产生衍射）发现通过晶体时产生衍射现象现象,劳厄劳厄证实了证实了X X射线的波动性射线的波动性X X射线的本质射线的本质:波长很短的电磁波波长很短的电磁波 X X射线的本质射线的本质具有波粒二象性具有波粒二象性(实际上任何物质具波粒二象性实际上任何物质具波粒二象性）波动性：以一定频率、波长在空间传播；波动性：以一定频率、波长在空间传播；微粒性：以光子形式辐射和吸收时具有一定的微粒性：以光子形式辐射和吸收时具有一定的波长很短的电磁波波长很短的电磁波 0.01100 用于晶体分析的用于晶体分析的 =0.52.5质量、能量和动量。质量、能量和动量。其中：其中：h h为普朗克常数，为普朗克常数，c c为为X X射线的速度，射线的速度，例：求例：求200 nm 200 nm 的一个光子所具有的能量的一个光子所具有的能量（了解）附：（了解）附：电磁波谱电磁波谱射线射线射线射线 核能级跃迁核能级跃迁核能级跃迁核能级跃迁 X X X X射线射线射线射线 原子内层电子的能级跃迁原子内层电子的能级跃迁原子内层电子的能级跃迁原子内层电子的能级跃迁紫外光紫外光紫外光紫外光 原子或分子外层电子的能级跃迁原子或分子外层电子的能级跃迁原子或分子外层电子的能级跃迁原子或分子外层电子的能级跃迁 可见光原子或分子外层电子的能级跃迁可见光原子或分子外层电子的能级跃迁可见光原子或分子外层电子的能级跃迁可见光原子或分子外层电子的能级跃迁红外光红外光红外光红外光 分子振动和转动能级的跃迁分子振动和转动能级的跃迁分子振动和转动能级的跃迁分子振动和转动能级的跃迁微微微微 波波波波 无线电波无线电波无线电波无线电波能量能量能量能量无线电波无线电波微波微波红外光红外光可见光可见光紫外光紫外光X X 射线射线射线射线（1 1）X X射线管的作用：射线管的作用：1-X射线的产生及射线的产生及X射线管射线管（）（）X X射线管产生射线的条件：射线管产生射线的条件：以高能电子打在靶材上产生以高能电子打在靶材上产生X X射线射线1 1）产生自由电子；产生自由电子；2）电子作定向高速运动电子作定向高速运动;3）使电子止住或突然减速的）使电子止住或突然减速的障碍物障碍物（3）X射线管的结构：射线管的结构：阴极：阴极：发射电子。由钨丝制成，通电后，钨丝发热释放自由电子，发射电子。由钨丝制成，通电后，钨丝发热释放自由电子，奔向阳极奔向阳极。阳极：阳极：亦称靶，是使电子突然减速并发射亦称靶，是使电子突然减速并发射X射线。射线。通常的靶材有通常的靶材有:Cu、Mo、Co等等良好的循环水冷却，防止靶熔化良好的循环水冷却，防止靶熔化窗口：窗口：窗口是窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。通常用金属铍，射线从阳极靶向外射出的地方。通常用金属铍，X X射线谱定义：射线谱定义：X X射线的射线的强度强度-波长波长的关系曲线的关系曲线X X射线管发射出来的射线管发射出来的X X射线射线 分为两种类型：分为两种类型：一一连续连续X X射线谱射线谱二二特征特征X X射线谱射线谱强度强度（任意单位）（任意单位）波长（波长（）35KV的管压下，钼靶的的管压下，钼靶的X射线射线 1-1-X X射线谱射线谱连续连续X射线射线特特征征X射射线线一连续一连续X射线谱射线谱特点：特点：波长连续变化。波长连续变化。有一个波长极限有一个波长极限短波限短波限min。产生原因：高速运动的电子受阻而减速时产生的电磁辐射，产生原因：高速运动的电子受阻而减速时产生的电磁辐射，也叫也叫轫致辐射。轫致辐射。电子加速后撞向阳极靶，大部分动能转化为热能，一电子加速后撞向阳极靶，大部分动能转化为热能，一部分以部分以x-ray释放。释放。撞向阳极的电子目数很多，时间、条件不同，或多次撞向阳极的电子目数很多，时间、条件不同，或多次碰撞逐步减少其能量。碰撞逐步减少其能量。动能转换为动能转换为x-ray的能量有多有少，射出的能量有多有少，射出x-ray的频率有的频率有大有小，形成不同波长的大有小，形成不同波长的x-ray构成连续的谱线。构成连续的谱线。短波极限波长短波极限波长minmina.a.对应着极少数电子只经过对应着极少数电子只经过一次碰撞，并且将全部能量一次碰撞，并且将全部能量eU eU 转化为一个光量子。转化为一个光量子。b.短波限只与管电压有关，短波限只与管电压有关，不受其它因素影响。不受其它因素影响。I不同阳极WAgMo连续谱连续谱（了了解解）推推导导：设设管管电电压压为为V，电电子子电电量量e，电电场场力力做做功功，则则电子获得动能为电子获得动能为eV，当这一能量完全转化为光子的能量时，当这一能量完全转化为光子的能量时得：得：连续连续X X射线谱的强度射线谱的强度-两种计算方法：两种计算方法1 1）光的强度决定于光的强度决定于单位时间内单位时间内通过通过单位面积单位面积的的光光 子数子数n n和每个光子的能量和每个光子的能量2）或者：）或者：I-曲线下的面积表示连续曲线下的面积表示连续x-ray的总强度。的总强度。特点：特点：具有特定的具有特定的波长波长。当管当管电压电压超过某一特定值超过某一特定值V Vk k时产生。时产生。叠加叠加在连续在连续x-rayx-ray谱上的。谱上的。二特征二特征X射线谱射线谱n原子系统内的电子按包利不相容原理和能量最低原原子系统内的电子按包利不相容原理和能量最低原 理分布于各个能级，能级是不连续的，理分布于各个能级，能级是不连续的，K K层靠近原子核，层靠近原子核，能量最低。能量最低。n管电压增加到一定数值，电子脱离出来，体系处于管电压增加到一定数值，电子脱离出来，体系处于不稳定的激发态。不稳定的激发态。n电子从高能级向低能级的跃迁将以光子的形式辐射电子从高能级向低能级的跃迁将以光子的形式辐射出标识出标识x-rayx-ray谱。谱。产生原因：产生原因：与阳极靶原子中内层电子跃迁过程有关。与阳极靶原子中内层电子跃迁过程有关。K壳层壳层L壳层壳层M壳层壳层内内壳壳层层电电子子被被击击出出时时，在在内内壳壳空空位位产产生生空空位。位。外外层层电电子子向向内内壳壳空空位位填填充充时时产产生生一一个个X射射线光子线光子特征特征X射线谱：射线谱：第一步：第一步：高能电子把靶原子的高能电子把靶原子的内壳层内壳层电子打出，使原子电子打出，使原子 电离，在内壳层上出现空位。电离，在内壳层上出现空位。第二步：第二步：原子中外电子向原子中外电子向内壳层空位内壳层空位跃迁，跃迁的能跃迁，跃迁的能 量差转化成一个量差转化成一个X X射线光子。射线光子。特征特征X射线的射线的产生过程：产生过程：高能电子高能电子击击出出靶的内层电子，靶的内层电子，出现内层空位出现内层空位外层电子跃外层电子跃入入填充填充，发射，发射X光子光子即：即：K系辐射：系辐射：K层电子被打出，层电子被打出，任意层上任意层上的电子向的电子向K层空位跃迁，产生光子。层空位跃迁，产生光子。K：邻层向邻层向K层空位跃迁（层空位跃迁（LK）K：隔隔层向层向K层空位跃迁（层空位跃迁（MK）K：N层向层向K层空位跃迁（层空位跃迁（NK）L系辐射系辐射：L层电子被打出，层电子被打出，其他其他层层向向L层空位跃迁，产生光子。层空位跃迁，产生光子。M系辐射：系辐射：M层电子被打出，层电子被打出，其他层其他层跃入填充，跃入填充，产生光子产生光子。特征特征X X射线谱的命名射线谱的命名k层电子被迁出的过程层电子被迁出的过程叫叫k系激发系激发，随之的电子，随之的电子跃迁所引起的辐射为跃迁所引起的辐射为k系系辐射。辐射。K是由是由K1和和K2两条两条谱线组成，与原子能级谱线组成，与原子能级的精细结构（亚能级）有关。的精细结构（亚能级）有关。产生某系激发要阴极电子的能量产生某系激发要阴极电子的能量eUeU 至少等于击出一个至少等于击出一个某层电子所作的功（将某层电子变成自由电子所需要的某层电子所作的功（将某层电子变成自由电子所需要的 能能量）量）。临界激发电压：临界激发电压：电子具足够能量把靶原子某一能级上的电电子具足够能量把靶原子某一能级上的电子打掉，从而产生特征子打掉，从而产生特征x-rayx-ray所必须达到的最低电压。所必须达到的最低电压。对于同种原子：临界激发电压对于同种原子：临界激发电压V Vk k V VL L V VM M V VN N对于不同种原子：原子序数大的临界激发电压大。对于不同种原子：原子序数大的临界激发电压大。特征特征X射线谱产生条件：射线谱产生条件：En(eV)氢氢原原子子能能级级图图-13.6-1.51-3.390n=1n=2n=3n=4n=5n=6选读选读：氢原子能级图：氢原子能级图(稳态）稳态）特征特征X X射线的频率由靶原子能级的差值决定射线的频率由靶原子能级的差值决定,只取决阳极靶材料的原子序数，是元素的固有特性。莫塞莱定律莫塞莱定律描述了它与原子序数描述了它与原子序数Z Z的关系。的关系。特征X射线的波长：式中：z靶材料的原子序数 K常数（与靶材物质总量子数有关）(看书P9-10)常数（与电子所在壳层位置有关）连续谱的只能增加衍射花样的背底。V=（35）VK时，时，I I标标/I I连连最大，最大，VK为临界激发电压为临界激发电压辐射源选择：辐射源选择：在在X X射线的多晶体衍射中，主要利用射线的多晶体衍射中，主要利用K K线做辐射源，线做辐射源，L L系或系或M M系由于波长太长，系由于波长太长，容易被物质吸收，所以容易被物质吸收，所以 不利用不利用 X X射线管最佳工作电压：射线管最佳工作电压：V=（35）VK看书看书:P10,表表1-1一连续一连续X X射线谱射线谱特点产生原因 (减速辐射)二特征二特征X X射线谱射线谱 特点产生原因 (能级跃迁,或激发辐射)产生过程 产生条件特征X射线命名特征X射线的波长X射线谱的小结：三三.在在X X射线的多晶体衍射中，主要利用射线的多晶体衍射中，主要利用K K线做辐射源线做辐射源X X射线管最佳工作电压射线管最佳工作电压：V=（35）VK一束一束X射线通过物质时，它的能量可以分为三部分：射线通过物质时，它的能量可以分为三部分：1-5 X 1-5 X射线与物质相互作用射线与物质相互作用散射散射相干相干非相干非相干真真吸收吸收1.产生产生（普通）（普通）光电子、光电子、X X射线的强度衰减的原因：射线的强度衰减的原因：“吸收吸收”=真吸收真吸收+散射散射；产生产生Auger Auger 电子（即俄歇效应）电子（即俄歇效应）3.热热透过的强度透过的强度X X射线射线作用于作用于物质物质2.产生产生X射线荧光，或叫二次特征射线荧光，或叫二次特征X射线射线X X射线与物质的相互作用，是一个比较复杂的物理过程射线与物质的相互作用，是一个比较复杂的物理过程一束一束X X射线通过物体后，其强度被衰减，是其散射和真吸收射线通过物体后，其强度被衰减，是其散射和真吸收的结果，真吸收是造成强度衰减的主要原因。的结果，真吸收是造成强度衰减的主要原因。一一.X射线的散射射线的散射可分为可分为 相干散射相干散射和和不相干散射不相干散射1.相干散射相干散射:X X射线射线波长不变波长不变 在入射束电场的作用下，物质原子中的电子被迫围绕在入射束电场的作用下，物质原子中的电子被迫围绕其平衡位置振动，向四周辐射与入射其平衡位置振动，向四周辐射与入射x-rayx-ray波长相同的波长相同的散射散射x-rayx-ray。同一方向上各散射波符合相干条件，相互干涉后，能同一方向上各散射波符合相干条件，相互干涉后，能量集中在某些方向，得到一定的花样。量集中在某些方向，得到一定的花样。相干散射是相干散射是x-rayx-ray在在晶体中产生衍射现象晶体中产生衍射现象的基础。的基础。2.2.不相干散射不相干散射:X:X射线波长变大射线波长变大二二.物质对物质对X射线的真吸收射线的真吸收1.发出（普通）光电子发出（普通）光电子发出俄歇电子（俄歇效应）发出俄歇电子（俄歇效应）2.X射线荧光（或二次特征射线荧光（或二次特征X射线辐射，射线辐射，即以即以X射线照射射线照射3.热热真真吸吸收收物体产生物体产生X射线）射线）真吸收时产生电离效应，真吸收时产生电离效应，荧光效应，荧光效应，热效应等热效应等相关概念：光电子，相关概念：光电子，X X射线射线荧光荧光当入射当入射x x光的能量足够大时，可以电离出被照物质原子光的能量足够大时，可以电离出被照物质原子中的电子，电离出的电子称为中的电子，电离出的电子称为光电子光电子,同时，较外层电子向空位层跃迁辐射出的次级同时，较外层电子向空位层跃迁辐射出的次级特征特征X X射射线线称为称为X X射线射线荧光荧光（二次二次特征特征X X射线射线）。X X射线射线荧光（荧光（二次特征二次特征X射线）射线）产生条件产生条件:如果要产生如果要产生K K系系X X射线射线荧光荧光,入射入射X X射线的能量射线的能量至少等于击出至少等于击出K K层电子所作的功层电子所作的功 。为产生为产生K K系荧光辐射系荧光辐射 ，入射光能量，入射光能量式中：式中：VK 把把K K层电子击出的最小电压层电子击出的最小电压 K把把K K层电子击出入射光最长波长层电子击出入射光最长波长 只有入射只有入射X射线射线的的K时才能产生时才能产生K K系荧光辐射。系荧光辐射。相关概念：俄歇相关概念：俄歇(Auger)效应效应当激发源的能量足够大时，可以击出被照物质原子中的当激发源的能量足够大时，可以击出被照物质原子中的电子，击出的电子称为电子，击出的电子称为光电子光电子,同时，较外层电子向空位层跃迁时产生的能量并没有以同时，较外层电子向空位层跃迁时产生的能量并没有以X X射线的形式辐射出射线的形式辐射出,而是打出某层的一个电子，该电子较而是打出某层的一个电子，该电子较电子叫电子叫俄歇电子，该效应俄歇俄歇电子，该效应俄歇(Auger)效应。效应。俄歇俄歇(Auger)效应示意图效应示意图引申：引申：2）俄歇）俄歇(Auger)效应：效应：激发源激发源打出电子打出电子较外层电子向空位跃迁的能较外层电子向空位跃迁的能量量不产生不产生X射线而是打出某层电子（射线而是打出某层电子（俄歇电子）俄歇电子）1）二次特征）二次特征X射线：射线：激发源（激发源（X射线射线)打出电子打出电子较外层电子向空位跃迁的能较外层电子向空位跃迁的能量量产生产生X射线射线俄歇俄歇(Auger)效应示意图效应示意图二次特征二次特征X射线与射线与俄歇电子俄歇电子两者比较两者比较引申：引申：每种物质的每种物质的俄歇电子的能量大小只取决于俄歇电子的能量大小只取决于该原子的三个能该原子的三个能级级（参与过程的三个能级能量）（参与过程的三个能级能量），是元素的是元素的固有固有特征。特征。每种每种元素元素都有自己的俄歇电子能谱（都有自己的俄歇电子能谱（固有特征固有特征）。）。俄歇电子能谱可进行元素的俄歇电子能谱可进行元素的成分成分分析及试样分析及试样表面状态表面状态分析分析等。等。这种特征电子的能量较低，只有几百电子伏特，在固这种特征电子的能量较低，只有几百电子伏特，在固体表面以内深处即使有这种电子也跑不出来，仪器测量不体表面以内深处即使有这种电子也跑不出来，仪器测量不到，到，所以利用所以利用俄歇效应设计的俄歇谱仪便成了对固体表俄歇效应设计的俄歇谱仪便成了对固体表面面2-32-3层原子成分分析最适宜的仪器层原子成分分析最适宜的仪器俄歇电子通常用参与过程的三能级来命名。即：初态俄歇电子通常用参与过程的三能级来命名。即：初态空位所空位所在能级在能级、向空位作无辐射、向空位作无辐射跃迁电子原在能级跃迁电子原在能级、出射电子原在出射电子原在能级能级。（空位所在能级空位所在能级/跃迁电子原在能级跃迁电子原在能级/出射电子原在能级）出射电子原在能级）例：例：K K层电子被击出，层电子被击出，L2层电子跳入层电子跳入K K层空位，多余能量将层空位，多余能量将L3层电子击出，层电子击出，俄歇电子表示为：俄歇电子表示为：KL2L3。俄俄歇歇电电子子特特点点俄俄歇歇电电子子命命名名引申：引申：小结与引申小结与引申:X射线射线光电子能谱光电子能谱(XPS)XPS)：被被X X射线击出壳层的电子。它带有射线击出壳层的电子。它带有壳层的特征能量壳层的特征能量,可用来进行成分分析。可用来进行成分分析。俄歇电子能谱俄歇电子能谱(AES)AES)：俄歇电子带有三壳层的特征能量，仅俄歇电子带有三壳层的特征能量，仅由三壳层的能量决定。可用来进行成分分析由三壳层的能量决定。可用来进行成分分析X X射线荧光：带有壳层的特征能量。可用来进行成分分析。射线荧光：带有壳层的特征能量。可用来进行成分分析。散射：无能量损失或损失相对较小散射：无能量损失或损失相对较小 只有相干散射才能产生衍射只有相干散射才能产生衍射相干相干散射是进行材料散射是进行材料晶体结构晶体结构分析的工具分析的工具真吸收：能量大幅度转换真吸收：能量大幅度转换 真吸收（产生真吸收（产生光电子、光电子、X射线荧射线荧光、俄歇电子光、俄歇电子、热等，、热等，光电子、光电子、X射线荧光和俄歇电子射线荧光和俄歇电子这些信号带有元素的能级特这些信号带有元素的能级特征是进行材料征是进行材料成分分析成分分析的工具的工具小结与引申：小结与引申：三三.X射线的透过强度射线的透过强度1.X射线的透过强度射线的透过强度X射线通过物质时的衰减，是真吸收和散射造成的，主要是真射线通过物质时的衰减，是真吸收和散射造成的，主要是真吸收吸收强度的衰减率与强度的衰减率与X X射线在均匀射线在均匀物质内通过的距离物质内通过的距离dx dx 成正比成正比2.线吸收系数线吸收系数 物理意义：物理意义：X X射线沿传播方向穿过射线沿传播方向穿过单位长度单位长度物质时强度的衰减程度物质时强度的衰减程度3.3.质量吸收系数：质量吸收系数：可用生物透视或工业产品探伤可用生物透视或工业产品探伤X X射线沿传播方向穿过射线沿传播方向穿过单位质量单位质量单位长度物质时强度的衰减程度单位长度物质时强度的衰减程度吸收体密度加权平均加权平均与吸收体的疏密程度（密度）和物质状态无关，与吸收体的疏密程度（密度）和物质状态无关，与与X X射线的射线的及吸收体及吸收体Z Z有关。有关。m m随随的变化是不连续的其间被尖锐的突变的变化是不连续的其间被尖锐的突变分开。突变对应的波长为分开。突变对应的波长为吸收限，如吸收限，如K K吸收线。吸收线。4.4.质量吸收系数大小：质量吸收系数大小：与波长的三次方和元素的原子序数的三与波长的三次方和元素的原子序数的三次方近似地成比例，因此次方近似地成比例，因此a.b.c.d.四四.吸收限及其应用吸收限及其应用定义定义:在吸收体质量吸收系数随在吸收体质量吸收系数随x射线波长变化的图谱上，射线波长变化的图谱上，出现出现一些吸收极大值，此时对应着入射一些吸收极大值，此时对应着入射x射线射线刚好把吸收体元素的某刚好把吸收体元素的某内层电离。内层电离。K吸收吸收限波长限波长：对应着对应着入射：对应着对应着入射x射线刚好能射线刚好能把吸收体元素的把吸收体元素的K层电子电离。层电子电离。注意：注意：（1）不管入射）不管入射x射线的波长是等于、大于还是小于射线的波长是等于、大于还是小于，吸收体吸收体对对X射线都有吸收，射线都有吸收，吸收后可能转化为热能或吸收后可能转化为热能或X射线荧光等。在射线荧光等。在吸收限波长时，吸收限波长时，物质对物质对X射线的吸收达到极值。射线的吸收达到极值。（2）但若是要使得吸收体产生）但若是要使得吸收体产生X射线荧光（二次特征射线），入射线荧光（二次特征射线），入射高能粒子的能量必须大于等于被照射体的某内层电子的电离能。射高能粒子的能量必须大于等于被照射体的某内层电子的电离能。例如：入射例如：入射X射线的波长必须等于和小于射线的波长必须等于和小于才能产生才能产生K系荧光。系荧光。吸收限吸收限曲线产生突变。不连续处极值称为吸收限。相应的波长为吸收限波长。单质的单质的 曲线曲线质量吸收系数与质量吸收系数与入射入射X射线波长的关系图射线波长的关系图2.2.吸收限的应用之一吸收限的应用之一 ：滤波片：滤波片利用特征利用特征x-rayx-ray进行物相分析时，进行物相分析时，只用只用单色单色K K谱线，将谱线，将K K等等滤掉，需使用滤波片滤掉，需使用滤波片。滤波片是利用吸收限。滤波片是利用吸收限两边两边吸收系数相吸收系数相差差悬殊悬殊的特点的特点。滤波片材料根据靶元素而定，满足下列关系滤波片材料根据靶元素而定，满足下列关系 ：K(靶靶)K(滤滤片片)K(靶靶)看书看书 P10,表表1-1很据靶材滤波片的选择很据靶材滤波片的选择方方法法:Z Z滤滤=Z Z靶靶1 1（Z Z靶靶40)40)Z Z滤滤=Z Z靶靶2 2（Z Z靶靶=40=40）即靶元素的周期表前两位即靶元素的周期表前两位每种靶的滤波片是唯一的每种靶的滤波片是唯一的2.吸收限的应用之二吸收限的应用之二:阳极靶选择阳极靶选择衍射分析中衍射分析中选靶原则选靶原则：（1 1）靶的）靶的X X射线对分析试样射线对分析试样不不产生产生K K系荧光辐射系荧光辐射，（2 2）试样对靶的）试样对靶的x-rayx-ray的吸收要小。的吸收要小。根据样品选靶材根据样品选靶材一般一般方法方法是：是：样品质量吸收系数与样品质量吸收系数与Z Z靶靶Z Z样样+1+1图中虚线表示靶图中虚线表示靶K K辐辐射波长的理想位置射波长的理想位置入射射线波长的关系图入射射线波长的关系图对应对应K(靶靶)稍稍小于小于K(样样)对应图中右边虚线对应图中右边虚线研究纯研究纯FeFe，有有Fe(26)，Co(27)，Ni(28)、Cu(29)、靶选靶选用用已知：已知：FeFe的的K K=1.7429=1.7429 Fe靶靶K=1.9373，Co靶靶K=1.7902Ni靶靶K=1.6591，Cu靶靶K=1.5418 分析结果：分析结果：CoCo靶最理想，也可选靶最理想，也可选FeFe靶。靶。不宜选用不宜选用NiNi、CuCu靶。靶。例例1：1-6X射线的医学应用和安全防护射线的医学应用和安全防护n过量的过量的x-rayx-ray对人体有害，采取防护措施。对人体有害，采取防护措施。n铅可强烈吸收铅可强烈吸收x-rayx-ray。用铅（玻璃、围裙、眼镜）进行屏蔽。用铅（玻璃、围裙、眼镜）进行屏蔽。（1）透视）透视体检体检（2）XCT（XrayComputedTomography，X射线射线计算机计算机断层成像断层成像医学应用医学应用防护防护补充说明：补充说明：X射线除具有电磁波的共同属性外，还射线除具有电磁波的共同属性外，还具有以下几方面的效应。（了解就行）具有以下几方面的效应。（了解就行）1.X射线的穿透效应射线的穿透效应X射线波长短，具有较高的能量，因此，它有射线波长短，具有较高的能量，因此，它有很强的贯穿本领。很强的贯穿本领。2.X射线的荧光效应射线的荧光效应3.X射线的电离效应，电离出电子，多种测定照射线的电离效应，电离出电子，多种测定照射量仪器的探头如电离室、正比计数管、盖革弥射量仪器的探头如电离室、正比计数管、盖革弥勒计数管等都是利用这个原理制成勒计数管等都是利用这个原理制成4.X射线的热效应射线的热效应5.X射线的化学和生物效应射线的化学和生物效应，X射线能使胶射线能使胶片乳剂感光，能使很多物质发生光化学反应。片乳剂感光，能使很多物质发生光化学反应。第一章第一章习题习题P161.2.3.(1)(2)5.6.课后复习：课后复习：见见“本章要点本章要点”中所列内容。中所列内容。