1、第二章第二章 X射線衍射分析（射線衍射分析（XRD）環境與資源學院環境與資源學院孫紅娟孫紅娟2022-3-162022-3-16引言引言問問 題題v科研、生產、商業和日常活動中，我們經常遇到：科研、生產、商業和日?；顒又?，我們經常遇到：這是一種什么物質？含有那些雜質或有害物質？用這是一種什么物質？含有那些雜質或有害物質？用什么方法鑒定？什么方法鑒定？vX射線衍射分析（射線衍射分析（XRD）的原理？儀器？樣品？）的原理？儀器？樣品？vXRD除物相分析還能做些什么？除物相分析還能做些什么？v如何從如何從XRD所給出的數據中提取更多的信息？包括所給出的數據中提取更多的信息？包括成分、結構、形成方式（

2、條件）、結晶度、晶粒度？成分、結構、形成方式（條件）、結晶度、晶粒度？等等。等等。本章內容本章內容l1. X射線的物理基礎射線的物理基礎l2. X-射線衍射分析原理射線衍射分析原理v3. X-射線衍射分析應用射線衍射分析應用v4. 小角小角X射線散射射線散射主要參考書主要參考書v南京大學地質學系礦物巖石學教研室編，粉晶南京大學地質學系礦物巖石學教研室編，粉晶X射線物相分析，地質出版社，射線物相分析，地質出版社，1980.v彭志忠，彭志忠，X射線分析簡明教程，地質出版社，射線分析簡明教程，地質出版社，1982.v周上祺，周上祺，X射線衍射分析，重慶大學出版社，射線衍射分析，重慶大學出版社，199

3、1.v劉粵惠，劉平安劉粵惠，劉平安. X射線衍射分析原理與應用，射線衍射分析原理與應用，化學工業出版社，化學工業出版社， 2003年年10月月1. X射線的物理基礎v1.1 X射線的發現射線的發現v1.2 X射線的本質射線的本質v1.3 X射線的產生及射線的產生及X射線管射線管v1.4 X射線譜射線譜v1.5 X射線與物質的相互作用射線與物質的相互作用v1.6 X射線的探測與防護射線的探測與防護1.1 X 射線的發現v1895年年11月月8日，德國物理學家倫琴日，德國物理學家倫琴在研究真空管的高壓放電時，偶然在研究真空管的高壓放電時，偶然發現鍍有發現鍍有氰亞鉑酸鋇氰亞鉑酸鋇的硬紙板會發的硬紙板

4、會發出熒光。這一現象立即引起細心的出熒光。這一現象立即引起細心的倫琴的注意。經仔細分析，認為這倫琴的注意。經仔細分析，認為這是真空管中發出的一種射線引起的。是真空管中發出的一種射線引起的。于是一個偉大的發現誕生了，由于于是一個偉大的發現誕生了，由于當時對這種射線不了解，故稱之為當時對這種射線不了解，故稱之為X射線射線。后來也稱。后來也稱倫琴射線倫琴射線。v倫琴發現，倫琴發現，X射線對不同物質射線對不同物質的穿透能力是不同的。他用的穿透能力是不同的。他用X射線拍了一張其夫人手的照片。射線拍了一張其夫人手的照片。很快，很快，X射線發現僅半年時間，射線發現僅半年時間，在當時對在當時對X射線的本質還不

5、清射線的本質還不清楚的情況下，楚的情況下，X射線在醫學上射線在醫學上得到了應用。發展了得到了應用。發展了X射線照射線照像術像術。1895年倫琴初次發現年倫琴初次發現X射線時，拍攝的他夫射線時，拍攝的他夫人手指的人手指的X射線照射線照X 射線的發現射線的發現X 射線的發現射線的發現v1896年年1月月23日倫琴在他的研究所作了第一個關于日倫琴在他的研究所作了第一個關于X射射線的學術報告。線的學術報告。1896年，倫琴將他的發現和初步的研究年，倫琴將他的發現和初步的研究結果寫了一篇論文，發表在英國的結果寫了一篇論文，發表在英國的Nature雜志上。雜志上。v這一偉大發現很快在醫學上獲得了應用這一偉

6、大發現很快在醫學上獲得了應用X射線透視射線透視技術技術。v他的發現在社會上引起了轟動，也為他贏得了很大的榮他的發現在社會上引起了轟動，也為他贏得了很大的榮譽。譽。1901年，諾貝爾獎第一次頒發，倫琴因年，諾貝爾獎第一次頒發，倫琴因X射線的發射線的發現而獲得第一個諾貝爾物理學獎。現而獲得第一個諾貝爾物理學獎。與與X射線及晶體衍射有關諾貝爾獎獲得者射線及晶體衍射有關諾貝爾獎獲得者年 份學 科得獎者內 容1901物理倫琴Wilhelm Conral RontgenX射線的發現1914物理勞埃Max von Laue晶體的X射線衍射亨利.布拉格Henry Bragg勞倫斯.布拉格Lawrence Br

7、agg.1917物理巴克拉Charles Glover Barkla元素的特征X射線1924物理卡爾.西格班Karl Manne Georg Siegbahn X射線光譜學戴維森Clinton Joseph Davisson湯姆孫George Paget Thomson1954化學鮑林Linus Carl Panling化學鍵的本質肯德魯John Charles Kendrew帕魯茲Max Ferdinand Perutz1962生理醫學Francis H.C.Crick、JAMES d.Watson、Maurice h.f.Wilkins脫氧核糖核酸DNA測定1964化學Dorothy Cr

8、owfoot Hodgkin青霉素、B12生物晶體測定霍普特曼Herbert Hauptman卡爾Jerome Karle魯斯卡E.Ruska電子顯微鏡賓尼希G.Binnig掃描隧道顯微鏡羅雷爾H.Rohrer布羅克豪斯 B.N.Brockhouse中子譜學沙爾 C.G.Shull中子衍射直接法解析結構1915物理晶體結構的X射線分析1937物理電子衍射1986物理1994物理1962化學蛋白質的結構測定1985化學1.2 X-射線的本質射線的本質v 肉眼不能觀察到，但可使照相底片感光、熒光板發光肉眼不能觀察到，但可使照相底片感光、熒光板發光和使氣體電離；和使氣體電離；v 能透過可見光不能透過

9、的物體；能透過可見光不能透過的物體；v 這種射線沿直線傳播，在電場與磁場中不偏轉，在通這種射線沿直線傳播，在電場與磁場中不偏轉，在通過物體時不發生反射、折射現象，通過普通光柵亦不引起過物體時不發生反射、折射現象，通過普通光柵亦不引起衍射；衍射；v 這種射線對生物有很厲害的生理作用。這種射線對生物有很厲害的生理作用。認為認為X射線是射線是物質粒物質粒子流子流的科學家中有的科學家中有W. H. 布拉格。布拉格。他的兒子他的兒子 W. L. 布拉布拉格則對格則對X射線的射線的波動波動性性進行了深入的研究，進行了深入的研究，并給出了著名的布拉并給出了著名的布拉格方程。格方程。 X射線的本質射線的本質對

10、對X射線本質的爭論，焦點集中在它是：粒子流？射線本質的爭論，焦點集中在它是：粒子流？電磁波？電磁波？（1）X射線的波動性射線的波動性vX射線的本質是一種電磁波，它具有射線的本質是一種電磁波，它具有波粒二象性波粒二象性。即它。即它既具既具波動性波動性，又具有，又具有粒子性粒子性。vX射線的波動性表現在它以一定的波長和頻率在空間傳射線的波動性表現在它以一定的波長和頻率在空間傳播。播。X射線的波長范圍為射線的波長范圍為0.01100，介于，介于射線和紫外射線和紫外線之間。線之間。（2）X射線的粒子性射線的粒子性vX射線的粒子性表現在它是由大量的不連續的粒子流構射線的粒子性表現在它是由大量的不連續的粒

11、子流構成的。它具有一定的能量和動量。能量成的。它具有一定的能量和動量。能量和動量和動量p與與X射射線光子的頻率線光子的頻率v和波長和波長之間的關系如下：之間的關系如下： 能量：能量： 動量：動量： h為普朗克常數，為為普朗克常數，為6.62510-34Js，c為光速，為為光速，為 2.998108m/sv按照現代物理學理論，按照現代物理學理論，X射線具有波動性和粒子性，即射線具有波動性和粒子性，即為不連續的為不連續的“量子流量子流”。這種量子性質在這種量子性質在X射線與物質射線與物質相互作用（如吸收、散射）時可以表現出來。相互作用（如吸收、散射）時可以表現出來。X射線的射線的波長愈短（即頻率愈

12、高），能量愈大。波長愈短（即頻率愈高），能量愈大。hp hchv 1.3 X射線的產生及射線的產生及X射線管射線管v X射線的產生有多種方射線的產生有多種方式，目前最常用的方式式，目前最常用的方式是是通過高速運動的電子通過高速運動的電子流轟擊金屬靶流轟擊金屬靶來獲得的，來獲得的，有些特殊的研究工作也有些特殊的研究工作也用同步幅射用同步幅射X射線源。射線源。 v產生產生X-射線的方法，是使快速移動的電子（或離子）射線的方法，是使快速移動的電子（或離子）驟然驟然停止其運動，則電子的動能可部分轉變成停止其運動，則電子的動能可部分轉變成X光能，即輻射出光能，即輻射出X-射線。射線。X射線管射線管（1）

13、陰極：如同一般的燈絲，一般用鎢絲做成，用于產生大量的電子。）陰極：如同一般的燈絲，一般用鎢絲做成，用于產生大量的電子。（2）陽極：又稱靶，由不同的金屬組成，從陰極發出的電子高速向靶撞擊，產）陽極：又稱靶，由不同的金屬組成，從陰極發出的電子高速向靶撞擊，產生生X射線，射線，不同金屬制成的靶產生的不同金屬制成的靶產生的X射線是不同的射線是不同的。（3）冷卻系統：當電子束轟擊陽極靶時，其中只有）冷卻系統：當電子束轟擊陽極靶時，其中只有1%能量轉換為能量轉換為X射線，其余射線，其余的的99%均轉變為熱能。均轉變為熱能。（4）焦點：指陽極靶面被電子束轟擊的面積。）焦點：指陽極靶面被電子束轟擊的面積。（5

14、）窗口：）窗口：X射線射出的通道，窗口一般用對射線射出的通道，窗口一般用對X射線穿透性好的輕金屬鈹密封，射線穿透性好的輕金屬鈹密封，以保持以保持X射線的真空。射線的真空。一般一般X射線管有四個窗口，分別從它們中射出一對線狀和一射線管有四個窗口，分別從它們中射出一對線狀和一對點狀對點狀X射線束。射線束。1.4 X射線譜vX射線管產生射線管產生X射線的特點：當高速電子束轟擊射線的特點：當高速電子束轟擊金屬靶時會產生兩種不同的金屬靶時會產生兩種不同的X射線。一種是射線。一種是連連續續X射線射線，另一種是，另一種是特征特征X射線射線。它們的性質不。它們的性質不同、產生的機理不同，用途也不同。同、產生的

15、機理不同，用途也不同。vX射線衍射分析射線衍射分析利用的是利用的是特征特征X射線；射線；而而X射線射線熒光光譜分析熒光光譜分析利用的是利用的是連續連續X射線射線。1.4.1 連續連續X射線（白色射線（白色X射線）射線）v正如太陽光包含有紅、橙、黃、綠、藍、靛、正如太陽光包含有紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等許多不同波長的光一樣，從紫等許多不同波長的光一樣，從X射線管中發射線管中發出的出的X射線也不是單一波長（單色）的，而是射線也不是單一波長（單色）的，而是包含有包含有許多不同波長的許多不同波長的X射線射線。這些波長構成。這些波長構成連續的光譜，且是從某一連續的光譜，且是從某一最小值最小值開始的一系

16、列開始的一系列連續波長的幅射。它與可見光中的白光相似，連續波長的幅射。它與可見光中的白光相似，故稱故稱白色白色X射線射線或稱或稱連續連續X射線射線。連續連續X射線產生機理射線產生機理v連續連續X射線光譜射線光譜(或稱白色或稱白色X射線射線)是由于快速移動的電是由于快速移動的電子在靶面突然停止而產生的。每一個電子，由于突然子在靶面突然停止而產生的。每一個電子，由于突然停下來的結果，它把它的動能的一部分變為熱能，一停下來的結果，它把它的動能的一部分變為熱能，一部分變為一個或幾個部分變為一個或幾個X射線量子。射線量子。由于電子的動能轉變由于電子的動能轉變為為X射線能量的有多有少，所放出的射線能量的有

17、多有少，所放出的X射線的頻率有所射線的頻率有所不同不同。因此，由此產生的。因此，由此產生的X射線譜是連續的，但是有一射線譜是連續的，但是有一個最短波長的極限，這相當于某些電子把個最短波長的極限，這相當于某些電子把其全部的能其全部的能量轉變為量轉變為X射線能量時，頻率最大的情況射線能量時，頻率最大的情況。v短波限：短波限：連續連續X射線譜在短波方向有一個波長極限，稱為射線譜在短波方向有一個波長極限，稱為短短波限波限0，它對應于一個電子把它的全部動能轉變為一個它對應于一個電子把它的全部動能轉變為一個X射射線光子的輻射能。線光子的輻射能。它只與管電壓有關，不受其它因素的影它只與管電壓有關，不受其它因

18、素的影響。響。v相互關系為：相互關系為： 式中式中e 電子電荷，等于電子電荷，等于 靜電單位靜電單位 V電子通過兩極時的電壓降（靜電單位）電子通過兩極時的電壓降（靜電單位）0maxhcheV1010803. 4連續連續X射線的總強度射線的總強度v連續連續X射線的總強度取決于射線的總強度取決于電壓電壓、電流電流、陽極、陽極靶靶原子序數原子序數v實驗證明，連續實驗證明，連續X射線的總強度與管電流射線的總強度與管電流i、管、管電壓電壓V、陽極靶的原子序數、陽極靶的原子序數Z存在如下關系：存在如下關系：miZVkI1管電流、管電壓、陽極靶的原子序數對連續譜的影響管電流、管電壓、陽極靶的原子序數對連續譜

19、的影響 1.4.2 特征特征X射線（標識射線（標識X射線）射線）v從圖可見，當電壓加到從圖可見，當電壓加到25KV時，時，Mo靶的連續靶的連續X射線譜上出現了射線譜上出現了兩個尖銳的峰兩個尖銳的峰K和和K。隨著電。隨著電壓的增大，其強度進一步增強，壓的增大，其強度進一步增強，但波長不變。也就是說，這些但波長不變。也就是說，這些譜譜線的波長與管壓和管流無關，它線的波長與管壓和管流無關，它與靶材有關，對給定的靶材，它與靶材有關，對給定的靶材，它們的這些譜線是特定的們的這些譜線是特定的。因此，。因此，稱之為稱之為特征特征X射線或標識射線或標識X射線射線。產生特征產生特征X射線的最低電壓稱射線的最低電

20、壓稱激激發電壓發電壓。特征特征X射線產生的機理射線產生的機理v特征特征X射線光譜產生的原因與連續光譜完全不射線光譜產生的原因與連續光譜完全不同。由陰極飛馳來的電子，在其與陽極的原子同。由陰極飛馳來的電子，在其與陽極的原子相作用時，把其能量傳給這些原子中的電子，相作用時，把其能量傳給這些原子中的電子，把這些電子激發到更高一級的能級上把這些電子激發到更高一級的能級上；換句話；換句話說，就是說，就是把原子的內層電子打到外層或者甚至把原子的內層電子打到外層或者甚至把它打到原子外面，而使原子電離，從而在原把它打到原子外面，而使原子電離，從而在原子的內電子層中留有缺席的位置。子的內電子層中留有缺席的位置。

21、特征特征X射線產生的機理射線產生的機理v此時原子過渡到不穩定的受刺激的狀態。原子停留在這此時原子過渡到不穩定的受刺激的狀態。原子停留在這樣的受刺激狀態的壽命不超過樣的受刺激狀態的壽命不超過10-3秒，外層的電子立即秒，外層的電子立即落到內層填補空位。當發生這種過渡時，原子的能量重落到內層填補空位。當發生這種過渡時，原子的能量重新減少，多余的能量就作為新減少，多余的能量就作為X射線量子發射出來射線量子發射出來X射線射線的頻率由下式決定：的頻率由下式決定：hv =E2-E1式中式中E1和和E2為原子的正常狀態能量和受刺激狀態時的能量為原子的正常狀態能量和受刺激狀態時的能量v由于各類原子的能級有別，

22、所以由于各類原子的能級有別，所以特征特征X射線的波長隨陽射線的波長隨陽極的材料而異極的材料而異。特征。特征X射線的波長與陽極材料的原子序射線的波長與陽極材料的原子序數的平方成反比。數的平方成反比。莫塞來定律莫塞來定律v莫塞來莫塞來1914年總結了特征年總結了特征X射線與靶材原子結構之間的射線與靶材原子結構之間的關系：關系： 或或 式中式中K為與靶中主元素有關的常數，為與靶中主元素有關的常數，為屏蔽常數，與為屏蔽常數，與電子所在的殼層有關。電子所在的殼層有關。v反過來，如果能測到材料中元素發射的特征反過來，如果能測到材料中元素發射的特征X射線的波射線的波長，長，就能知道產生這些特征就能知道產生這

23、些特征X射線元素是什么射線元素是什么。這就是。這就是X射線熒光光譜和電子探針分析的理論基礎。射線熒光光譜和電子探針分析的理論基礎。)(1ZK)(ZK特征特征X射線的命名方法射線的命名方法v當當K電子被打出電子被打出K層時，如層時，如L層電子來填充層電子來填充K空位時，則空位時，則產生產生K輻射輻射。同樣當。同樣當K空位被空位被M層電子填充時，則產生層電子填充時，則產生K輻射輻射。M能級與能級與K能級之差大于能級之差大于L能級與能級與K能級之差，能級之差，即一個即一個K光子的能量大于一個光子的能量大于一個K光子的能量；光子的能量； 但因但因LK層躍遷的幾率比層躍遷的幾率比MK遷附幾率大，故遷附幾

24、率大，故K輻射強輻射強度比度比K輻射強度大五倍左右。顯然，當輻射強度大五倍左右。顯然，當L層電子填充層電子填充K層后，原子由層后，原子由K激發狀態變成激發狀態變成L激發狀態，此時更外層激發狀態，此時更外層如如M、N層的電子將填充層的電子將填充L層空位，產生層空位，產生L系輻射系輻射。特征特征X射線射線v放大看，放大看，K還包括兩還包括兩個峰（圖），個峰（圖），K波長波長比比K長，長，K與與K強度強度比約為比約為5：1，放大看，放大看，K還分為還分為K1和和K2兩條兩條線。線。K1和和K2強度比約強度比約為為2：1。 特征特征X射線的命名方法射線的命名方法v因此，當原子受到因此，當原子受到K激發

25、時，除產生激發時，除產生K系輻射外，系輻射外，還將伴生還將伴生L、M等系的輻射。除等系的輻射。除K系輻射因波系輻射因波長短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波長長短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波長長而被吸收。長而被吸收。vK雙線的產生與原子能級的精細結構相關。雙線的產生與原子能級的精細結構相關。L層層的的8個電子的能量并不相同，而分別位于三個亞層個電子的能量并不相同，而分別位于三個亞層上。上。K雙線系電子分別由雙線系電子分別由L和和L兩個亞層躍遷兩個亞層躍遷到到K層時產生的輻射，層時產生的輻射，而由而由LI亞層到亞層到K層因不符合層因不符合選擇定則選擇定則（此時（此時L0），因此沒有輻射

26、。），因此沒有輻射。選擇定則選擇定則v選擇定則：選擇定則：n0，l1和和j0，其中其中n、l、j分別分別表示主量子數，表示主量子數，軌道角動量量子軌道角動量量子數和總角動量量數和總角動量量子數。子數。特征特征X射線射線v飛馳到陽極上的電子能夠把陽極材料中原子內某一個能飛馳到陽極上的電子能夠把陽極材料中原子內某一個能階上的電子打掉，則飛馳來的電子必須有足夠的動能；階上的電子打掉，則飛馳來的電子必須有足夠的動能；換言之，加于換言之，加于X射線管上的電壓必須超過某一個確定的射線管上的電壓必須超過某一個確定的數量。數量。原子里面，電子愈靠近原子核，則與核聯系愈緊原子里面，電子愈靠近原子核，則與核聯系愈

27、緊密。因此，激發密。因此，激發K系射線所需的電位比激發系射線所需的電位比激發L系線要高；系線要高；而而L系線比系線比M線要高。線要高。v同是同是K層電子，在不同原子中與原了核聯系的緊密程度層電子，在不同原子中與原了核聯系的緊密程度亦有差異。當然，亦有差異。當然，原子序數愈高，則原子核對原子序數愈高，則原子核對K層電子層電子的聯系也愈緊，激發的聯系也愈緊，激發K層電子所需的電壓也愈高層電子所需的電壓也愈高。v產生各種特征產生各種特征X射線所必須的最低電壓稱為激發電壓，射線所必須的最低電壓稱為激發電壓，激發電壓隨原子的種類以及射線的種類而異激發電壓隨原子的種類以及射線的種類而異。1.4.3 X射線

28、的強度射線的強度vX射線強度：射線強度：在單位時間內通過垂直于在單位時間內通過垂直于X射線傳射線傳播方向的單位面積上的光子數目的總和。播方向的單位面積上的光子數目的總和。vX射線的強度是由輻射出的射線的強度是由輻射出的光子數目光子數目決定的。連決定的。連續續X射線的強度除與管電壓和管電流有關外，還射線的強度除與管電壓和管電流有關外，還與還與陽極靶的物質種類有關。與還與陽極靶的物質種類有關。v特征特征X射線的強度與管電壓和管電流有關。只有射線的強度與管電壓和管電流有關。只有管電壓達到某一確定的臨界值后，才能有特征管電壓達到某一確定的臨界值后，才能有特征X射線產生。該電壓稱為陽極物質的最低激發電壓

29、。射線產生。該電壓稱為陽極物質的最低激發電壓。1.5 X射線與物質相互作用射線與物質相互作用 vX射線與物質相互作用時，產生各種不同的和射線與物質相互作用時，產生各種不同的和復雜的過程。就其能量轉換而言，一束復雜的過程。就其能量轉換而言，一束X射線射線通過物質時，可分為三部分：通過物質時，可分為三部分：一部分被散射一部分被散射，一部分被一部分被吸收吸收，一部分一部分透過透過物質繼續沿原來的物質繼續沿原來的方向傳播方向傳播。1.5.1 X射線的散射射線的散射 vX射線通過物質時，部分射線通過物質時，部分X射線將改變它射線將改變它們前進的方向，即發生散射現象。們前進的方向，即發生散射現象。X射線射

30、線的散射包括兩種：的散射包括兩種：相干散射相干散射、非相干散非相干散射射。v 當入射當入射X射線光子與原子射線光子與原子中束縛較緊的電子發生中束縛較緊的電子發生彈彈性碰撞時性碰撞時，X射線光子的射線光子的能量不足以使電子擺脫束能量不足以使電子擺脫束縛，電子的散射線波長與縛，電子的散射線波長與入射線波長相同，有確定入射線波長相同，有確定的相位關系。這種的相位關系。這種散射稱散射稱相 干 散 射 或 湯 姆 遜相 干 散 射 或 湯 姆 遜（Thomson）散射）散射。（1）相干散射）相干散射（2）非相干散射）非相干散射 v當入射當入射X射線光子與原子中束射線光子與原子中束縛較弱的電子（如外層電子

31、）縛較弱的電子（如外層電子）發生發生非彈性碰撞非彈性碰撞時，光子消耗時，光子消耗一部分能量作為電子的動能，一部分能量作為電子的動能，于是電子被撞出原子之外，同于是電子被撞出原子之外，同時發出波長變長、能量降低的時發出波長變長、能量降低的非 相 干 散 射 或 康 普 頓非 相 干 散 射 或 康 普 頓（Compton）散射。）散射。1.5.2 X射線的吸收射線的吸收 v物質對物質對X射線的吸收指的是射線的吸收指的是X射線能量在通過物射線能量在通過物質時轉變為其它形式的能量，質時轉變為其它形式的能量，X射線發生了能射線發生了能量損耗。量損耗。v物質對物質對X射線的吸收主要是由原子內部的電子射線

32、的吸收主要是由原子內部的電子躍遷而引起躍遷而引起的。這個過程中發生的。這個過程中發生X射線的射線的光電光電效應效應和和俄歇效應俄歇效應。（1 1）光電效應）光電效應v當用當用X射線轟擊物質時，若射線轟擊物質時，若X射線的能量大于物質射線的能量大于物質原子對其內層電子的束縛力時，入射原子對其內層電子的束縛力時，入射X射線光子射線光子的能量就會被吸收，從而導致其內層電子（如的能量就會被吸收，從而導致其內層電子（如K層電子）被激發，并使高能級上的電子產生躍遷，層電子）被激發，并使高能級上的電子產生躍遷，發射新的特征發射新的特征X射線。射線。v我們稱我們稱X射線激發的特征射線激發的特征X射線為射線為二

33、次特征二次特征X射線射線或或熒光熒光X射線射線。（2）俄歇效應）俄歇效應v當高能級的電子向低能級躍遷時，能量不是產生當高能級的電子向低能級躍遷時，能量不是產生二次二次X射線，而是射線，而是被周圍某個殼層上的電子所吸被周圍某個殼層上的電子所吸收收，并促使該電子，并促使該電子受激發逸出原子成為二次電子受激發逸出原子成為二次電子。這種效應是俄歇這種效應是俄歇1925年發現的。故稱俄歇效應，年發現的。故稱俄歇效應，產生的二次電子稱俄歇電子。產生的二次電子稱俄歇電子。v二次電子具有特定的能量值，可以用來表征這些二次電子具有特定的能量值，可以用來表征這些原子。利用該原理制造的俄歇能譜儀主要用于分原子。利用

34、該原理制造的俄歇能譜儀主要用于分析材料表面的成分。析材料表面的成分。1.6.3 X射線的衰減規律射線的衰減規律 vX射線通過物質時，射線通過物質時，X射線強度衰減了。射線強度衰減了。其中，因散射引起的衰減遠遠小于因吸收其中，因散射引起的衰減遠遠小于因吸收導致的衰減量。因此，可以近似地認為，導致的衰減量。因此，可以近似地認為，X射線通過物質后其強度的衰減是由于物射線通過物質后其強度的衰減是由于物質對它的吸收所造成的。質對它的吸收所造成的。v當一束當一束X射線通過物射線通過物質時，由于散射和吸質時，由于散射和吸收的作用使其透射方收的作用使其透射方向上的強度衰減。衰向上的強度衰減。衰減的程度與所經過

35、物減的程度與所經過物質中的距離成正比。質中的距離成正比。HHHxxxdxxxmeIeIIdxIdIIII0/0質量衰減系數質量衰減系數m vm：表示單位質量物質對：表示單位質量物質對X射線強度的衰射線強度的衰減程度。減程度。v質量衰減系數與波長和原子序數質量衰減系數與波長和原子序數Z存在如下存在如下近似關系：近似關系： K為常數為常數vm 隨隨的變化是不連續的其間被尖銳的突的變化是不連續的其間被尖銳的突變分開。突變對應的波長為變分開。突變對應的波長為K吸收限。吸收限。33ZKm1）吸收系數隨波長的增大而增大）吸收系數隨波長的增大而增大, 且在一定區間內是連續變化的。這是因且在一定區間內是連續變化的。這是因為為X射線的波長越長越容易被物質所吸收。射線的波長越長越容易被物質所吸收。2）在某些波長的位置上產生跳躍式的突變。即吸收限（吸收邊）或激發限）在某些波長的位置上產生跳躍式的突變。即吸收限（吸收邊）或激發限的存在。的存在。 吸收限的應用吸收限的應用 v在在X射線分析中，在大多數情況下都希望所使用射線分析中，在大多數情況下都希望所使用的的X射線波長單一，即射線波長單一，即“單色單色”X射線。射線。v但實際上，如上所述，