第一章X射線衍射分析§1.1X射線物理基礎§1.1X射線物理基礎1.X射線的發現X射線又名倫琴射線,是德國物理學家:R?ntgenWilhelmConrad(1845.03.27-1923.2.10)于1895年發現的。倫琴于1895年12月28日向德國維爾茨堡物理學醫學學會遞交了一篇轟動世界的論文：《一種新的射線--初步報告》1901年R?ntgen獲首屆諾貝爾物理學獎。

倫琴像

W.K.R?ntgen（1845-1923）X射線的衍射（1885年倫琴發現X射線冷卻水<鉛板單晶片照像底片

單晶片的衍射1912年勞厄實驗X射線的產生

老式X射線管倫琴拍下的他夫人的手的X射線圖X射線波動性的證明X射線衍射示意圖鋁箔的X射線衍射圖像X射線波動性的證明1912年,德國物理學家馮.勞厄：VonLaue,MaxTheodoreFelix（1879.10.9-1960.4.24）認為：晶體是X射線衍射實驗的理想光棚（1）證明了X射線是電磁波，（2）也第一次從實驗上證實了晶體內部質點的規則而對稱的排列。

X射線管

X射線管玻璃X射線管X射線管單極金屬陶瓷x射線管X射線管醫療診斷射線管

X射線的特點

波動性:

以一定的頻率ν和波長λ在空間傳播;具有干涉、衍射、偏振等現象微粒性:

具有一定的質量m、能量E和動量p.X射線的波粒兩重性

ν、λ與E、p之間也有如下的關系:

E=hν=hc/λP=h/λ式中，h-Planck常數,等于6.625×10-27爾格.秒;

c-X射線的速度,等于2.998×1010cm/s.X射線是波長為:0.001～10nm做晶體結構分析用的X射線的波長為:0.05～0.25nm

X射線譜

連續譜(白色射線)----波長連續變化特征譜(標識射線)----線狀譜X射線譜連續譜

1）最短波長λ0

hν0=hc/λ0=eV；λ0=eV/hc=1239.81/V(nm)式中eV是電子達到靶子的動能，如果電子被停止，其全部能量轉成輻射能，發射光子的能量等于電子的動能。是所發光子的最大能量。上式是早年這是測定Planck常數很好的方法

連續譜2）連續譜強度：強度是指單位時間內通過的光子數連續X射線的總強度是曲線下的面積，即:

連續X射線的總強度與管電壓V、管電流i及陽極材料的原子序數Ｚ有如下關系（經驗公式）：

連續譜特征譜特征譜是英國物理學家巴克拉：

BarklaCharlesGlover（1877.6.27-1944.10.23）于1911年發現的。Barkla還設計了原子結構的殼層模型，利用這種原子結構的殼層模型，可以解釋特征X射線的產生機理。原子結構模型——殼層結構（1）主量子數n：決定電子的主要能量當n=1，2，3，4……時用K，L，M，N……符號表示具有相同n值的電子處于相同的電子殼層；n值大，則電子離核就遠。（2）角量子數（l）決定電子繞核運動的角動量；確定電子的運動軌跡——軌道形狀。當l=0，1，2……(n-1)進用s，p，d，f……表示相同n值時，隨l值的增加，電子的能量稍有增加。（3）磁量子數（ml）決定電子繞核運動的角動量沿磁場方向的分量。決定電子云在空間的伸展方向。ml=0，±1，±2，±3……±l，

數目為2l+1個當兩個電子的n，l值相同時，ml不同時，無外磁場時，能量相等；相反，有外磁場時，能量不同。(4)自旋量子數ms決定自旋角動量沿磁場方向的分量ms=1/2，順磁場ms=-1/2，反磁場當兩個電子的n，l，ml值相同時，ms

不同時，無外磁場時，能量相等；相反，有外磁場時，能量不同。（5）原子核外電子的排布1保里原理：同一原子中不能有四個量子數

n，l，ml，ms完全相同的電子。2能量最低原理：應盡可能使體系的能量為最低。3洪特規則：在角動量量子數l值相同的軌道排布的電子，應盡可能分占不同的軌道，且旋平行。由此由得出原子核外電子的排布（一）角動量的偶合

（1）軌道角動量的偶合兩個電子角動量的偶合規則：

L=l1+l2,l1+l2-1,l1+l2-2……│l1-l2│總軌道角動量在任意z方向的分量的本征值為ML(h/2π),量子數ML=-L,-L+1,-L+2……,+L多電子的偶合由按此規則依次偶合（2）自旋角動量的偶合與軌道角動量的偶合規則相似兩個電子自旋角動量的偶合規則：

S=s1+s2,│s1-s2│多電子的偶合由按此規則依次偶合。當電子數為偶數時，S取0和正整數；當電子數為奇數時，S取正的半整數。總自旋S與總自旋量子數Ms之間有如下關系：量子數Ms=-S,-S+1,-S+2……,+S。（3）總角動量的偶合總角動量（J）的偶合規則：

J=L+S，L+S-1，L+S-2……│L-S│當L≥S時，J可取（2S+1）個數值；當L＜S時，J可取（2L+1）個數值總角動量為(J(J+1))]1/2(h/2π）量子數MJ=-J,-J+1,……,+J：數目為2J+1個核外電子的排布特征譜的產生機理

若X射線管的管電壓超過某一臨界值Vk時，電子的動能可以將陽極物質原子中的最內層電子轟擊出來，就一過程稱為激發。原子被激發后，在原子的最內層就形成空位，這樣次外層及其它外層電子就會躍入此空位，同時將它們多余的能量(ΔE)以X射線光子的形式釋放出來。原子核K系激發L系激發kLMN?特征譜的產生特征譜產生包括的兩個過程a)激發----產生空位b)躍遷----填補空位躍遷必須滿足選擇定則

Δn≠0

Δi＝±1

Δj=±1或0

特征譜的產生躍遷種類：K系躍遷L,M,N,...─→K

L系躍遷

M,N,O,...─→L

M系躍遷N,O,.....─→MKα線和Kβ線Kα線：

L─→KKβ線：M─→K

特征X射線的相對強度主要是由(電子在各能級之間的)躍遷幾率決定的。L層與K層較近，所以L層上的電子回跳幾率大：

IKα＞IKβ

Kα線和

Kβ線Kα線和

Kβ線電子從L2和L3子殼層跳入K層空位的幾率是的，但因處在L3子殼層上的電子數是四個，而處在L2殼層上的電子數只有二個，所以