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,0,第一部分,晶体,X,射线衍射分析,第1页/共26页,第一部分 第1页/共26页,1,概 述,X,射线分析方法是材料研究的重要手段之一。,1895,年 德国物理学家伦琴发现,X,射线,190,年获,诺贝尔奖,1912,年 德国物理学家劳埃获得第一张衍射照片。获,诺 贝尔奖,。,1912,年 英国科学家布拉格父子确定了“布拉格方程”,获诺贝尔奖,。,1928,年 盖革，弥勒发明计数管探测,X,射线。,1943,年 商品型衍射仪出现,1950,年代以后衍射仪流行并不断改进并与计算机了联合,第2页/共26页,概 述X射线分析方法是材料研究的重要手段之一。第2页/共,2,1,、结构分析,2,、相分析,3,、固溶体分析,4,、晶块尺寸,5,、内应力,6,、单晶取向,7,、织构,8,、非晶态研究,9,、探伤,10,、化学成分分析,用途：,第3页/共26页,1、结构分析 2、相分析 用途：第,3,第一章,X,射线的产生和性质,1-1,X,射线的本质,本质,：电磁波,=10,-6,10,-10,cm,具有波粒二象性,:,=h=hc/p=h/,第4页/共26页,第一章 X射线的产生和性质具有波粒二象性:=h,4,1-2,X,射线的产生,产生条件：,1),、产生自由电子。,2),、电子作定向加速运动。,3),、在运动途中设一障碍。,1,、,X,射线管,第5页/共26页,1-2 X射线的产生第5页/共26页,5,1),、阴极：螺线性金属钨丝,2),、阳极,(,靶,),：不同金属制成。,3),、窗口：金属铍制成,4),、焦点：电子轰击的地方。,第6页/共26页,1)、阴极：螺线性金属钨丝第6页/共26页,6,2,、特殊的,X,射线管,1),、旋转阳极,2),、细聚焦,X,射线管,3),、同步辐射,第7页/共26页,2、特殊的X射线管第7页/共26页,7,1-3 X,射线谱,描述,X,射线强度与,I,与波长,的关系曲线,。,一、连续,X,射线谱,I,：单位时间通过单位面积的,X,光子数。,0,：短波限。,m,:,I,max,对应的,。,(,一,),实验规律,I,随,连续变化,1,、电流,i,不变,V ,0,m,I,m,1.5,0,第8页/共26页,1-3 X射线谱I：单位时间通过单位面积的X光子数。(一,8,2,、,V,不变,i,0,和,m,不变,I,3,、阳极的原子序数,Z,：当,i,、,V,不变时,Z I,(,二,),形成的机理,电子与阳极原子碰撞放出一个,h,能量的光子，多次碰撞形成光子流。每次碰撞辐射的光子能量不同所以形成不同的,X,光。,极限情况：,eV=h,max,=hc/,0,所以,0,=hc/eV,12.4/V (V,以千伏为单位）,第9页/共26页,2、V不变 i 0和 m 不变,9,(,三,),辐射强度,每条连续谱曲线下的面积表示连续,X,射线的总强度（即靶发出的,X,射线总能量）。,m,2 K,1,1.1,1.4 10,-9,(,四,)X,射线管的效率,例如：,Z=74(,钨靶,)V=100KV,则,1,第10页/共26页,(三)辐射强度 m 2 K1,10,二、特征,(,标识,)X,射线谱,(,一）形成 当,V,某值时 形状显著变化。反应了靶材料的特征。,存在,K,和,K,两种特定波长的辐射。,K,又分成,K,1,和,K,2,波长非常接近。,K,1,和,K,2,的强度比大约为,2:1,所以,K,=2/3,K,1,+1/3,K,2,K,和,K,的强度比为,5:1,第11页/共26页,二、特征(标识)X射线谱存在K和K 两种特定波长的辐,11,（二）实验规律,1,、存在激发电压,V,k,与,Z,有关，,Z,V,k,2,、,Z,不同 ,k,不同,3,、,V(VV,k,)I,特,I,特,=,C,i(V-V,k,),n,n=1.5 2 C:,常数,特,不变,4,、,V,工作,/V,k,=3,5,时,I,特,/I,连,最大,(,三,),产生机理,电子把内层电子激出，内层空位，原子处于激发态，高能级的电子向低能级跃迁将辐射出标识,X,射线,第12页/共26页,（二）实验规律第12页/共26页,12,如：,K,层电子被激出则,L,层电子可能向,K,层跃迁，,M,层,N,层也可能跃迁。,L,K,为：,K,V,k,即能量大于,K,系激发能。,L,、,M,、,N,辐射弱长。,第13页/共26页,如：K层电子被激出则L层电子可能向K层跃迁，M层N层也可能跃,13,(,四,),莫塞莱定律,标识,X,射线谱的频率和波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，而与其他外界因素无关。,莫塞莱于,1913,1914,年发现：,C,、,均为常数。,第14页/共26页,(四)莫塞莱定律C、均为常数。第14页/共26页,14,1-4 X,射线与物质的相互作用,X,射线通过物质，一部分被散射，一部分被吸收，一部分透射。,第15页/共26页,1-4 X射线与物质的相互作用第15页/共26页,15,一、,X,射线的散射,1,、相干散射（经典散射，汤姆逊散射）,物质中的电子在,X,射线电场作用下向各个方向辐射与入射线同频率的电磁波，这些新的散射波之间可发生干涉作用，所以称为相干散射。,相干散射是,X,射线在晶体中产生衍射现象的基础,。,实际上，相干散射并不损失,X,射线的能量，只是改变了方向，但对入射方向来说，起到了衰减的作用。,第16页/共26页,一、X射线的散射第16页/共26页,16,2,、非相干散射（康普顿吴有训散射）,当,X,射线光子与束缚力小的电子发生碰撞时，电子离开原子并带走光子的部分能量成为反冲电子。,入射光子改变方向，但能量减少，波长变长。,第17页/共26页,2、非相干散射（康普顿吴有训散射）当X射线,17,特征：,1),散射线和入射线没有固定位向关系，不能产生干涉。,(,增加背底,),2),其强度随,sin,/,的增加而增强。,二、,X,射线的吸收,1,、光电效应：,以光子激发原子所发生的激发和辐射过程称为光电效应,被,X,光激出的电子称为,光电子。,由,X,射线激出光电子，辐射出的次级标识,X,射线称为,荧光,X,射线,(,或二次标识,X,射线,),。,第18页/共26页,特征：二、X射线的吸收第18页/共26页,18,激发,K,系荧光辐射，光子的能量至少等于激出一个,K,层电子所作的功,W,k,h,k,=,W,k,=,hc/,k,只有,k,才能产生光电效应。,所以：,k,从激发荧光辐射角度称为,激发限,。,从吸收角度看称为,吸收限,。,可将吸收限与激发电压,V,k,联系起来：,eV,k,=W,k,=hc/,k,k,=,12.4/V,k,在一般的衍射工作中，荧光,X,射线增加背底是,有害因素,。,在,X,射线荧光光谱分析中，则要,利用它,进行化学成分分析。,第19页/共26页,激发K系荧光辐射，光子的能量至少等于激出一个K层电子所作的功,19,2,、俄歇效应,原子,K,层电子被激出，,L,层电子例如,L,II,电子向,K,层跃迁，跃迁的能量差若不以,X,光子,(,即荧光辐射,),形式放出，而继续产生二次电离使另一个核外电子脱离原子变为二次电子，这种现象称为,俄歇效应。,这种电子称为,俄歇电子。,俄歇电子具有特征能量，可以利用它进行表面成分分析（一般表面两三层原子）,第20页/共26页,2、俄歇效应第20页/共26页,20,三、,X,射线的衰减规律,1,、衰减公式,相对衰减：,：线衰减系数,负号厚度,I,积分：,为穿透系数,第21页/共26页,三、X射线的衰减规律：线衰减系数积分：为穿透系数第21,21,2,、衰减系数,1),线衰减系数,通过单位厚度的相对衰减,I,：单位时间通过单位面积的能量,的物理意义：通过单位体积的相对衰减。,2),质量衰减系数,X,射线的衰减与物质的密度有关，因此每克物质引起的相对衰减为,/=,m,3),复杂物质的衰减系数,w,：重量百分比,m,=w,1,m1,+,w,2,m2,+,w,3,m3,+,.,+,w,n,mn,第22页/共26页,2、衰减系数通过单位厚度的相对衰减 I：单位时间通过单,22,4),m,与、,Z,的关系,m,k,3,Z,3,k,时,k=0.009,3,、吸收限,k,的应用,滤波片的选择,主要目的去除,k,原理：选择滤波片物,质的,k,介于,k,和,k,之间。即,Z,滤,=Z,靶,-1(Z,靶,40),第23页/共26页,4)m 与、Z的关系3、吸收限k 的应用第23页/,23,2),阳极靶的选择,(1)Z,靶,Z,试样,最忌,Z,靶,+1,或 ,2,Z,试样,第24页/共26页,2)阳极靶的选择第24页/共26页,24,1-4 X,射线的探测和防护,一、探测方法,1,、荧光屏法：主要用于调试机器。,2,、照相底片,3,、计数管（辐射探测器）。,二、防护,1,、佩戴计量计,2,、定期体检,3,、不直接接触,4,、采用铅屏等保护,5,、通风,6,、防止高压,第25页/共26页,1-4 X射线的探测和防护第25页/共26页,25,感谢观看！,第26页/共26页,感谢观看！第26页/共26页,26,