隨堂小議關于X射線，下列敘述哪些是不正確的？AX射線具有很高的穿透能力BX射線肉眼不能觀察到CX射線在電場和磁場中,其傳播方向會存在明顯偏移DX射線對人體是有害的2/7/20231材料化學研究方法隨堂小議在電磁波譜中，X射線的波長比可見光波長（）？A大B小C一樣D以上答案均錯2/7/20232材料化學研究方法隨堂小議下列哪些因素是X射線產生的基本條件？A產生自由電子B電子做高速運動C在電子運動的路徑上設置障礙物D高純度陽極靶材料2/7/20233材料化學研究方法隨堂小議X射線管中，可有效降低陽極靶熱量的方式有（）？A改變電子運動路線B水冷C風冷D轉靶2/7/20234材料化學研究方法隨堂小議X射線管窗口材料最佳選擇為（）？A銅B鉬C鈹D銠2/7/20235材料化學研究方法本節課授課內容2.2.2X射線譜2.2.3X射線與物質的相互作用2.2.4X射線的吸收2/7/20236材料化學研究方法-XRD2.2.2X射線譜如果對X射線管施加不同的電壓，用適當地方法去測量X射線管發出的X射線的波長和強度，則得到X射線強度與波長的關系曲線，稱之為X射線譜。X射線的強度：指行垂直X射線傳播方向的單位面積上在單位時間內所通過的光子數目的能量總和。常用的單位是J/cm2.s.X射線的強度I是由光子能量hv和它的數目n兩個因素決定的,即I=nhv.2/7/20237材料化學研究方法-XRD實驗表明，X射線譜由兩部分構成，一部分波長連續變化，稱為連續譜；另一部分波長是分立的，與靶材料有關，成為某種材料的標識，所以稱為標識譜，又叫特征譜--它迭加在連續譜上。2.2.2X射線譜2/7/20238材料化學研究方法-XRD量子理論觀點：能量為eV的電子與陽極靶的原子碰撞時，電子失去自己的能量，其中部分以光子的形式輻射，碰撞一次產生一個能量為hv的光子，這樣的光子流即為X射線。單位時間內到達陽極靶面的電子數目是極大量的，絕大多數電子要經歷多次碰撞，產生能量各不相同的輻射，因此出現連續X射線譜。按照經典動力學概念，一個高速運動的電子到達靶面上時，因突然減速而產生很大的負加速度，結果引起周圍電磁場的急劇變化，產生電磁波或電磁輻射。連續X射線譜------產生原理2/7/20239材料化學研究方法-XRD連續X射線譜：也稱為白色X－Ray,多色X－Ray.連續X射線譜在短波方向有一個波長極限，稱為短波限λ0.它是由光子一次碰撞就耗盡能量所產生的X射線。它只與管電壓有關，不受其它因素的影響。連續X射線譜2/7/202310材料化學研究方法-XRD一般情況下，光子的能量只能小于或等于電子的能量。在極限的情況下即其中e—電子電荷等于1.602×10－19CV—X射線管電壓（kV)h—普朗克常數等于6.625×10－34J·Sc—光速等于2.998×108m/sλ0—短波限（nm)代入數據得到：2/7/202311材料化學研究方法-XRD連續X射線譜中每條曲線下的面積表示連續X射線的總強度。也是陽極靶發射出的X射線的總能量。實驗證明，I與管電流、管電壓、陽極靶的原子序數存在如下關系：其中K≈(1.1~1.4)×10－9m≈2i—管電流Z—原子序數V—管壓2/7/202312材料化學研究方法-XRD(a)(b)(c)2/7/202313材料化學研究方法-XRD特征X射線譜當V超過一定的數值Vk時，這種譜線的波長與V、i等工作條件無關，只決定于陽極材料，不同陽極將發出不同波長的譜線，因此稱之為特征X射線或標識X射線。其中Vk稱為激發電壓。或者說當電壓達到臨界電壓時，標識譜線的波長不再變，強度隨電壓增加。2/7/202314材料化學研究方法-XRD產生機理與陽極靶物質的原子結構緊密相關原子系統內的電子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各個能級。在電子轟擊陽極的過程中，當某個具有足夠能量的電子將陽極靶原子的內層電子擊出時，于是在低能級上出現空位，系統能量升高，處于不穩定激發態。較高能級上的電子向低能級上的空位躍遷，并以光子的形式輻射出標識X射線譜。2/7/202315材料化學研究方法-XRD標識X射線的產生過程特征X射線產生的根本原因是原子內層電子的躍遷。2/7/202316材料化學研究方法-XRDK系標識X射線產生K系激發陰極電子的能量Vk至少等于擊出一個K層電子所作的功Wk。Vk就是激發電壓K層電子被擊出時，原子系統能量由基態升到K激發態，高能級電子向K層空位填充時產生K系輻射。L層電子填充空位時，產生Kα輻射；M層電子填充空位時產生Kβ輻射。2/7/202317材料化學研究方法-XRD由能級可知Kβ輻射的光子能量大于Kα的能量，但K層與L層為相鄰能級，故L層電子填充幾率大，所以Kα的強度約為Kβ的5倍。此外，根據量子力學的理論，原子外殼層還存在次（子或亞）殼層，L層即存在L1，L2，L3三個子殼層根據電子躍遷選擇規則，只存在L2與L3到K的躍遷，因此，存在Kα1與Kα2特征X射線譜2/7/202318材料化學研究方法-XRD莫塞萊定律標識X射線譜的頻率和波長只取決于陽極靶物質的原子能級結構，是物質的固有特性。且存在如下關系：莫塞萊定律：標識X射線譜的波長λ與原子序數Z關系為：2/7/202319材料化學研究方法-XRD靶材料特征X射線波長元素序數KKCr242.29072.0849Fe261.93731.7566Ni281.65921.5001Cu291.54181.3922Mo420.71070.6323W740.21060.1844原因：原子序數越大，核對內層電子引力上升，下降2/7/202320材料化學研究方法-XRD標識X射線的絕對強度特征K系標識X射線的強度與管電壓、管電流的關系為：Ik=Bi(V-Vk)n注意：當I標/I連最大，工作電壓為K系激發電壓的3～5倍，連續譜造成的衍射背影最小。2/7/202321材料化學研究方法-XRDX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X射線通過物質時，可分為三部分：一部分被散射，一部分被吸收，一部分透過物質繼續沿原來的方向傳播。X射線的散射；X射線的吸收；X射線的衰減規律；吸收限的應用；X射線的折射；總結。2.2.3X射線與物質的作用2/7/202322材料化學研究方法-XRDX射線的散射X射線被物質散射時，產生兩種現象：相干散射；非相干散射。入射光子與電子剛性碰撞，其輻射出電磁波的波長和頻率與入射波完全相同，并且有一定的位相關系，它們之間可以相互干涉，形成衍射圖樣，所以稱為相干散射。X射線的衍射現象正是基于相干散射之上的。當物質中的電子與原子核之間的束縛力較小（如原子的外層電子）時，電子可能被X光子撞離原子成為反沖電子。因反沖電子將帶走一部分能量，使得光子能量減少，從而使隨后的散射波波長發生改變，成為非相干散射。2/7/202323材料化學研究方法-XRD非相干散射非相干散射是康普頓（A.H.Compton）和我國物理學家吳有訓等人發現的，亦稱康普頓效應。非相干散射突出地表現出X射線的微粒特性，只能用量子理論來描述，亦稱量子散射。它會增加連續背影，給衍射圖象帶來不利的影響，特別對輕元素。？？2/7/202324材料化學研究方法-XRDX射線的吸收物質對X射線的吸收指的是X射線能量在通過物質時轉變為其它形式的能量，X射線發生了能量損耗。物質對X射線的吸收主要是由原子內部的電子躍遷而引起的。這個過程中發生X射線的光電效應、熒光輻射和俄歇效應。光電效應熒光輻射俄歇效應2/7/202325材料化學研究方法-XRD光電效應當入射X光子的能量足夠大時，能把原子中處于某一能級上的電子擊出使其成為光電子，并使原子處于高能的激發態，這種過程我們稱為光電吸收或光電效應。與此同時，由于原子處于高能激發態，內層會出現空穴，這時外層電子會往此空位上躍遷，由此會輻射出波長嚴格一定的特征X射線。為區別于電子擊靶時產生的特征輻射，由X射線發出的特征輻射稱為二次特征輻射，也稱為熒光輻射。(熒光光譜分析原理是光電效應)2/7/202326材料化學研究方法-XRD俄歇效應如果原子K層電子被擊出，L層電子向K層躍遷，其能量差不是以產生K系X射線光量子的形式釋放，而是被鄰近電子所吸收，使這個電子受激發而逸出原子成為自由電子-----俄歇電子(Augerelectrons)。這種現象叫做俄歇效應。2/7/202327材料化學研究方法-XRDX射線的衰減規律當一束X射線通過物質時，由于散射和吸收的作用使其透射方向上的強度衰減。衰減的程度與所經過物質中的距離成正比。X射線衰減規律X射線通過物質時，其強度按指數規律衰減2/7/202328材料化學研究方法-XRDX射線的能量衰減符合指數規律，即

It=I0e-μt=I0e-μmρt其中:It-----透射束的強度，I0------入射束的強度，μ-----線吸收系數（cm-1)μm-----質量吸收系數，(cm2/g)表示單位時間內單位體積物質對X射線的吸收量，ρ為物質密度(g/cm3)，t------物質的厚度(cm)X射線的衰減規律式中It/I0稱為X射線穿透系數，It/I0＜1。It/I0愈小,表示x射線被衰減的程度愈大。線吸收系數，：就是當X射線透過單位長度（1cm）物質時強度衰減的程度,值愈大，則強度衰減愈快。2/7/202329材料化學研究方法-XRD質量衰減系數μm表示單位重量物質對X射線強度的衰減程度。質量衰減系數與波長和原子序數Z存在如下近似關系：（K為常數）問題:如果以um(縱)對λ(橫)作圖,應該得到怎么樣的圖形?2/7/202330材料化學研究方法-XRD質量吸收系數波長KL1L2L3K=0.158?2001000.51.0由圖可見，整個曲線并非像上式那樣隨的減小而單調下降。當波長減小到某幾個值時，m會突然增加，于是出現若干個跳躍臺階。m突增的原因是在這幾個波長時產生了光電效應，使X射線被大量吸收。2/7/202331材料化學研究方法-XRD質量吸收系數波長KL1L2L3K=0.158?2001000.51.0突變對應的波長稱為吸收限。吸收限對應的能量就是軌道能，對K線而言：K=hc/EK原子序數越低，軌道能EK越低，即吸收限K越大利用這一原理，可以合理地選用濾波材料，使陽極靶產生的Kα和Kβ兩條特征譜線中去掉一條，實現單色的特征輻射。2/7/202332材料化學研究方法-XRD/?1.8mKK/?1.8mKK原子序數小1～2的物質對K的吸收限接近陽極物質的K，可用作過濾器，將K射線濾掉。Cu/Ni:2/7/202333材料化學研究方法-XRD濾波片的選擇:(1)它的吸收限位于輻射源的Kα和Kβ之間，且盡量靠近Kα。強烈吸收Kβ，Kα吸收很小；(2)Z靶<40時Z濾片=Z靶-1；Z靶>40時Z濾片=Z靶-2；吸收限的應用