每个原子对X射线进行弹性散射
xrd衍射的基本原理
xrd衍射的基本原理X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）是一种重要的材料表征技术，广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
XRD的基本原理是利用X射线与晶体中的原子或分子相互作用而发生散射，观察和分析散射光的方向及强度分布，以获取有关晶体结构和晶体谱学信息的方法。
下面就XRD的基本原理进行详细探讨。
1.X射线的产生和特性X射线是一种电磁辐射，具有很高的穿透力和能量。
它可以通过将高速电子束轰击金属靶材产生，这种过程称为X射线产生的X射线管。
X射线的波长通常在0.01-10纳米范围内，对应的频率较高，能量也较高。
因此，X射线可以穿透大多数固体物质，并与物质中的原子及其电子相互作用。
2.散射的类型当X射线与晶体中的原子或分子相互作用时，将产生不同类型的散射效应：-弹性散射：也称为布拉格散射，当X射线与晶体中的原子相互作用时，它被散射，并改变行进方向。
-不弹性散射：包括康普顿散射和X射线荧光。
康普顿散射是X射线与物质中的电子相互作用，产生散射X射线，并改变波长和能量。
X射线荧光是当X射线与物质中的原子相互作用时，激发原子内部的电子跃迁，并发射能量较低的X射线。
3.布拉格定律布拉格散射是X射线衍射的基础。
根据布拉格定律，散射光的出射角度θ与入射角度θ'、波长λ和晶格间距d之间的关系为：2dsinθ = nλ，其中n是任意整数。
4.衍射（散射）图样当X射线通过晶体后，将形成一系列散射光束，它们以一定的角度散射出去。
衍射（散射）图样指的是这些散射光束的空间分布。
5.组成衍射（散射）图样的因素衍射（散射）图样的形状和强度分布取决于：-晶体结构：晶体的晶格确定了衍射光的方向和强度。
不同晶体结构的晶格间距不同，因此它们衍射出的图样也不同。
-X射线的波长：衍射图样的位置和大小取决于X射线的波长。
-晶体的取向：晶体的取向决定了晶格和入射的X射线的相对位置，进而影响衍射图样的出现。
6.衍射图样的分析通过观察和分析衍射图样，可以获得有关晶体结构和晶体谱学信息。
x射线衍射仪的工作原理
x射线衍射仪的工作原理X射线衍射仪的工作原理是基于X射线的散射现象。
当X射线通过物质时，会与物质的原子产生相互作用，通过散射来改变其传播方向和能量。
具体工作原理如下：1. 产生X射线：X射线衍射仪使用X射线管产生X射线。
X射线管中有一个阴极和阳极，当高压施加在两个电极之间时，阴极上的电子会被加速，击中阳极，从而产生X射线。
2. 照射样品：产生的X射线通过选择性选择性照射到待测样品上。
样品中的原子核和电子会与X射线发生相互作用。
3. 散射现象：当X射线与样品中的原子相互作用时，会发生散射现象。
主要有两种类型的散射，即弹性散射和无弹性散射。
- 弹性散射（Rayleigh散射）：在弹性散射中，X射线与样品中的原子表面相互作用，改变传播方向，但不改变能量。
这种散射通常被忽略，因为它对X射线衍射仪的结果没有贡献。
- 无弹性散射（Compton散射）：在无弹性散射中，X射线与样品中的原子内部相互作用，改变了X射线的能量。
这种散射是X射线衍射仪中非常重要的现象，因为它提供了有关样品内部结构和晶体学信息的重要数据。
4. 衍射现象：当经过样品后的X射线进入到探测器时，会发生衍射现象。
衍射是由于入射X射线在样品中被散射后，不同方向上的散射波相互叠加形成的相干波的干涉现象。
5. 探测与记录：探测器将衍射产生的干涉图案转化为电信号，并通过信号处理和记录设备将其转化为可见图像或X射线衍射图谱。
这些图像或图谱可以用于分析样品的晶体结构、晶胞参数、晶体定向和有序结构等信息。
总的来说，X射线衍射仪的工作原理是通过利用X射线与样品中原子的相互作用和散射现象，来获取样品的晶体学信息和结构参数。
衍射图案的形状和强度可以提供关于样品原子排列和晶格结构的重要信息。
X射线与物质相互作用
第三节X射线与物质相互作用我们前面讲过当X射线穿透物质时，与物质发生各种作用有吸收、散射、透射光电效应等一、X射线的散射X射线是一种电磁波，当它穿透物质时，物质的原子中的电子，可能使X射线光子偏离原射线方向，即发生散射。
X射线的散射现象可分为相干散射和非相干散射。
1、相干散射及散射强度当X射线通过物质时，在入射电场作用下，物质原子中的电子将被迫围绕其平衡位置振动，同时向四周辐射出与入射X射线波长相同的散射X射线，称为经典散射。
由于散射波与入射波的频率或波长相同，位相差恒定，在同一方向上各散射波符合相干条件，又称为相干散射。
按动力学理论，一个质量为m的电子，在与入射线呈2θ角度方向上距离为R处的某点，对一束非偏振X射线的散射波强度为：I e =I0)22cos1(24224θ+CmRe它表示一个电子散射X射线的强度，式中fe=e2/mC2称为电子散射因子。
22cos12θ+称为极化因子或偏振因子。
它是由入射波非偏振化引起的I e =I0)22cos1(109.72226θ+⨯-R从上式可见（书P5）相干散射波之间产生相互干涉，就可获得衍射。
可见相干散射是X 射线衍射技术的基础。
2、非相干散射当入射X射线光子与原子中束缚较弱的电子或自由电子发生非弹性碰撞时，光子消耗一部分能量作为电子的动能，于是电子被撞出离子外（即反冲电子）同时发出波长变长，能量降低的非相干散射，或康普顿散射这种散射分布在各方向上，波长变长，相位与入射线之间也没有固定的关系，故不产生相互干涉，不能产生衍射，只会称为衍射谱的背底，给衍射分析工作带来干扰和不利的影响。
二、X 射线的透射X 射线射线透过物质后强度的减弱是X 射线射线光子数的减少，而不是X 射线能量的减少。
所以，透射X 射线能量和传播方向基本与入射线相同。
X 射线与物质相互作用，实质上是X 射线与原子的相互作用，其基本原理是原子中受束缚电子被X 射线电磁波的振荡电场加速，短波长的X 射线易穿过物质，长波长X 射线易被物质吸收。
X射线荧光分析的基本原理
X射线荧光分析的基本原理1. 绪论物质是由各种元素按照不同的构成方式构成的。
各种元素的原子是由原子核和一定数目的核外电子构成。
不同元素的原子，原子核中质子和中子的数量不同，核外电子数也不同，具有不同的原子结构。
核外电子的能量也各不相同，这些能量不同的原子按能量大小分层排列，离原子核最近的电子层称为K电子层，其外依次为L,M,N,O…层。
K层上的电子能量最低，由里向外，电子的能量逐渐升高。
原子在未接受足够的能量时，处于基态，即稳定状态，此时，K层最多容纳2个电子，L层最多容纳8个电子，M层最多容纳18个电子……。
当使用高能射线（如X射线）照射物质时，物质中的原子的内层电子被高能射线逐出原子之外，在内层电子层上即出现一个“空穴”。
具有较高能量的外层电子立即补充这一“空穴”而发生跃迁。
发生跃迁的电子将多余的能量（两个电子层能量之差）释放出来。
释放出来的能量以电磁波的形式向四周发射，其波长恰好在X射线的波长范围内（0.001～10nm）。
为了与照射物质的X射线（初级X射线）相区别，将被照射物质发出的X射线（二次X射线）称为荧光X射线（荧光即光致发光之意）。
对于K层电子而言，L层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kα谱线，M层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kβ谱线，其他层的电子发生跃迁时的情况依此类推（如图1.1所示）。
利用被测物质发出的荧光X射线进行物质化学成分的定性分析或定量分析，称为X射线荧光光谱分析。
图1.1原子结构示意图在形成的线系中，各谱线的相对强度是不同的，这是由于跃迁几率不同。
对K层电子而言,特定元素的荧光X 射线Kα>Kβ,对于同一种元素而言，强谱线只有1-2条,特征谱线比较简单，易于分析，光谱干扰小。
2. X射线与固体之间的相互作用X射线照射在固体表面上，主要会产生吸收和散射两种效应。
固体物质可以吸收一部分射线，并可以使X射线在固体表面发生散射，使X射线的强度衰减。
x射线衍射工作原理
x射线衍射工作原理X射线衍射是一种广泛应用于材料结构分析和晶体学研究的技术。
其工作原理基于X射线穿过晶体后的散射现象。
X射线通过晶体时，会与晶体内的原子发生作用，导致X射线的散射方向和强度发生改变。
通过测量和分析散射X射线的特性，我们可以得到关于晶体的结构信息。
X射线衍射的工作原理可以用布拉格定律来解释。
根据布拉格定律，当入射X射线的波长和晶体的晶格常数满足特定条件时，散射的X射线波面会叠加形成衍射图样。
这些衍射图样呈现出明亮的衍射斑点，每个斑点对应着晶体中特定的晶面。
为了进行X射线衍射实验，首先需要一台X射线发生器。
X射线发生器会产生高能的X射线束，该束通过使用称为X射线管的装置产生。
X射线管由阴极和阳极组成，当阴极发射电子时，经过加速和碰撞作用，产生X射线。
产生的X射线束通过调节的光学元件来聚焦，并进一步通过样品。
样品是一个晶体，在X射线束的作用下，产生散射。
散射的X射线被称为衍射光，其角度和强度可以通过衍射图样来确定。
接下来，衍射光会被收集并聚焦到一个光学探测器上，比如一个镜子或一个光电二极管。
探测器会记录下衍射光的特性，并通过电信号转换为可见的图像或者其他数据。
最后，通过分析衍射图样和探测器记录的数据，我们可以推断出晶体的结构信息，比如晶胞参数、晶面排列等。
这些结构信息对于研究材料性质和开发新材料具有重要意义。
总之，X射线衍射通过测量和分析散射的X射线来研究晶体结构。
它的工作原理基于X射线的穿透和散射现象，通过衍射图样和探测器记录的数据可以获得晶体的结构信息。
这种技术在材料科学和晶体学研究中发挥着重要作用。
9 晶体衍射的一般介绍
与一个电子的散射波的振幅之比 电子的数目和分布情况不同——不同原子的散射因子不同
01_11 晶体衍射的一般介绍 —— 晶体结构
5 几何结构因子 复式格子原胞 —— 取决与布喇菲格子的基矢
和原胞中原子的相对位置
几何结构因子 —— 原胞中所有原子的散射波
在所考虑的方向上的振幅
与一个电子的散射波振幅之比 几何结构因子 —— 同原胞内原子的散射因子 和原子的排列方式有关
01_11 晶体衍射 1 晶体衍射的一般介绍 —— 晶格周期性特征和原子之间的距离约为10－10m
—— 用相同数量级的波照射晶体__产生衍射
—— 晶格可以作为波的衍射光栅
—— X光__电子__中子衍射通过晶格衍射产生的花样
可以用来确定晶格常数以及晶体内部结构特征
01_11 晶体衍射的一般介绍 —— 晶体结构
1) X射线衍射 —— X Ray Diffraction X光光子 —— 高压加速的电子撞击靶材
原子内层电子发生跃迁产生的一种电磁波
X光子的能量
X光子的波长
01_11 晶体衍射的一般介绍 —— 晶体结构
作用机理 —— X射线和晶体的相互作用 一个原子中所有电子对X光的散射总和 散射的强度 —— X光波长一定时
X射线是单色 —— 反射球只有一个 晶体转动 —— 倒格子空间和反射球相对地转动 当倒格点落在球面上__产生可能反射 倒格子不动 —— 把反射球看作绕通过O的某一轴转动 反射球绕转轴转动一周 所包含空间的倒格点都可能产生反射
01_11 晶体衍射的一般介绍 —— 晶体结构
如图所示，若把胶片卷成一转 轴为轴的圆筒，当把感光后冲洗 好的胶片摊平，胶片上将有一些 衍射斑点形成的平行线。
01_11 晶体衍射的一般介绍 —— 晶体结构
X射线的散射
2----电场中任一点到原点（电 子所处位置）的连线与入射线的 夹角，即散射线与入射线的夹角； R----电场中任一点到发生散射的 电子的距离；
讨论1：相干散射线强度很弱；
汤姆孙公式的讨论
2 fe 2 1 cos 2 ] Ie I0 2 [ 2 R
讨论1：相干散射线强度很弱； 讨论2：散射线强度与到观测点的距离R的平方成反比； 讨论3：非偏振的X射线经过电子散射后，其散射强度 在空间的各个方向上变的不相同，被偏振化了，偏振 化的程度取决于2； 1 cos 2 2 称为偏振因子，也 2 叫极化因子；
X射线在一个电子上的散射强度 ——汤姆孙公式(J.J.thomsom)
2 fe 2 1 cos 2 ] Ie I0 2 [ 2 R
fe：电子散射因子，经 典电子半径；
e2 15 fe 2.817938 10 m 2 4 0mc
e----电子电荷 0----真空介电常数 m----电子质量 c----光速
X射线在一个原子上的散射强度
在讨论X射线衍射方向的时候，假定原子中的 电子是集中于一点的，而事实上原子周围的电 子是按一定的规律分布在不同位置上的。所以 讨论衍射强度时，就需要考虑这个问题。 根据汤姆孙公式可知：散射强度与引起散射的 粒子质量的平方成反比，原子核质量是电子质 量的1800多倍，散射强度极弱，可以忽略。所 以原子的散射指的是原子核外电子散射的总和。
任何带电粒子作受迫振动时都将产生交变电磁场，从 而向四周辐射电磁波，其频率与带电粒子的振动频率 相同。 当X射线与原子中束缚较紧的内层电子相撞后，光能 量不足以使原子电离，但电子可在X射线交变电场作 用下产生受迫振动，向四周辐射振动频率与入射X射 线相同的射线。 由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定， 在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散 射。相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础。
阐述x射线与物质的相互作用
阐述x射线与物质的相互作用引言：x射线是一种电磁波，具有很强的穿透力和能量，因此在医学影像、材料检测等领域得到广泛应用。
然而，x射线与物质的相互作用也是复杂而多样的。
本文将探讨x射线与物质的相互作用机制及其在实际应用中的意义。
一、x射线的产生与基本特性x射线是由高速电子与物质相互作用产生的。
当高速电子与物质碰撞时，其能量会被转移给物质中的电子，使其脱离原子轨道，形成离子对。
这些离子对重新组合时会释放出能量，其中一部分以x射线的形式辐射出来。
x射线具有高能量、高频率和高穿透力等特点，能够穿透人体组织和物质，被广泛应用于医学影像、材料检测等领域。
二、x射线与物质的散射作用x射线与物质相互作用的一种方式是散射。
散射是指x射线在物质中碰撞后改变原来的方向传播。
根据散射的方式和能量范围，可以将散射分为弹性散射和非弹性散射两种情况。
1. 弹性散射：在弹性散射过程中，x射线与物质中的原子或分子碰撞后改变方向，但能量保持不变。
这种散射主要是由物质中自由电子与x射线相互作用引起的。
弹性散射可用来研究物质的晶体结构和分子结构，具有广泛的应用价值。
2. 非弹性散射：非弹性散射是指x射线与物质碰撞后，能量发生改变的散射过程。
在非弹性散射中，x射线与物质中的原子或分子发生相互作用，能量被转移给物质中的电子，使其电子能级发生变化。
非弹性散射包括康普顿散射和光电效应等。
三、x射线与物质的吸收作用除了散射作用外，x射线与物质还存在吸收作用。
当x射线穿过物质时，会与物质中的原子或分子相互作用，从而被物质吸收。
不同物质对x射线的吸收程度不同，这种特性被广泛应用于医学影像和材料检测等领域。
1. 光电效应：光电效应是指x射线穿过物质时，与物质中的原子或分子发生相互作用，使得物质中的电子被击出。
光电效应的发生需要x射线的能量大于物质中电子的束缚能，因此其发生概率与x射线的能量有关。
光电效应在医学影像中起到重要的作用，可以用来观察人体组织的密度和结构。
x射线基本原理
x射线基本原理
X射线是一种高能电磁辐射，具有很短的波长和高能量。
其基本原理涉及到X射线的产生和相互作用。
1. X射线的产生：X射线可以通过两种主要的方式产生。
a. 颃射（Bremsstrahlung）辐射：当高速电子经过高原子序数材料（如金属）时，会被材料原子的正电荷吸引，减速并改变方向。
在这个过程中，电子会损失能量，而这些能量的损失以X射线的形式释放出来。
b. 特征（Characteristic）辐射：当高能电子入射到材料上，会将一部分能量传递给材料的原子，使得原子中的内层电子被激发至高能级。
当这些内层电子重新回到低能级时，会释放出能量以X射线的形式。
2. X射线的相互作用：X射线与物质相互作用的方式主要有三种。
a. 吸收：X射线在物质中的吸收取决于物质的密度和原子序数。
高密度和高原子序数的物质对X射线的吸收较高。
b. 散射：X射线与物质中的电子发生散射，包括弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指X射线的能量和方向发生改变，但没有能量损失。
非弹性散射是指X射线与物质中的电子相互作用，导致能量损失和方向改变。
c. 穿透：X射线可以穿透物质，但穿透程度取决于物质的密度和厚度。
低密度和低原子序数的物质对X射线的穿透性较
高。
基于X射线的这些特性，我们可以利用X射线进行医学影像、材料分析、安全检查等应用。
在医学影像中，通过将患者暴露在X射线源和探测器之间，可以获取人体内部的影像，用于诊断和治疗。
同时，我们也需要注意避免过量的X射线暴露，以减少潜在的辐射风险。
阐述x射线与物质的相互作用
阐述x射线与物质的相互作用X射线是一种高能量的电磁辐射，具有很强的穿透力。
它在与物质相互作用时，能够产生一系列有趣的现象和效应。
本文将以阐述X 射线与物质的相互作用为主题，探讨X射线在不同物质中的传播、吸收和散射等现象。
X射线在物质中的传播是一个复杂的过程。
当X射线进入物质后，它会与物质内的原子相互作用。
X射线与物质内原子的相互作用主要包括康普顿散射、光电效应和电子对效应等。
康普顿散射是指X 射线与物质内的自由电子相互作用，使X射线发生散射。
光电效应是指X射线与物质内的原子发生相互作用，使原子内的电子被击出。
电子对效应是指X射线的能量足够高时，它能够产生电子和正电子对。
这些相互作用使得X射线在物质中的传播路径发生改变，从而产生各种现象。
X射线在物质中的吸收也是一个重要的现象。
当X射线通过物质时，它会被物质吸收部分能量。
物质对X射线的吸收能力与物质的密度和原子序数有关。
一般来说，高密度和高原子序数的物质对X射线的吸收能力较强。
例如，铅是一种常见的用于阻挡X射线的材料，因为它的密度和原子序数较高，能够有效地吸收X射线。
而低密度和低原子序数的物质对X射线的吸收能力较弱。
因此，X射线在不同物质中的吸收程度不同，这也为X射线的应用提供了一定的便利。
X射线在物质中的散射现象也十分重要。
当X射线通过物质时，它会与物质内的原子发生散射。
散射是指X射线的传播方向发生改变，但不改变其能量。
散射现象使得X射线在物质中传播的路径变得复杂。
根据散射的角度和能量，可以将散射分为弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指X射线与物质内的原子发生碰撞后，仅改变传播方向而不改变能量。
非弹性散射是指X射线与物质内的原子发生碰撞后，除了改变传播方向外，还发生能量转移。
散射现象使得X射线在物质中的传播路径变得曲折，同时也为X射线的成像提供了一定的信息。
X射线与物质的相互作用是一个复杂而丰富的过程。
它在物质中的传播、吸收和散射等现象使得X射线在医学、材料科学等领域有着广泛的应用。
康普顿散射与原子序数的关系
康普顿散射与原子序数的关系全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：康普顿散射是指入射于物质内部的X射线或γ射线经过弹性散射后损失一部分能量而被散射出来的现象。
这一过程中发生的能量损失与物质内部原子的序数有着密切的关系。
下面我们将详细探讨康普顿散射与原子序数之间的关系。
康普顿散射是由美国物理学家康普顿在1923年首次观察并解释的。
他发现入射X射线与物质内部的电子相互作用后，X射线的波长发生了改变，这种现象被称为康普顿效应。
康普顿散射的过程可以用经典电磁学和量子力学相结合的方式来解释。
在入射X射线与原子内部的电子相互作用中，X射线的能量部分被转移给电子，导致电子的动能增加，同时使X射线的波长增大。
康普顿散射的能量损失与原子序数有直接相关性。
原子序数是指原子核中质子的数量，也代表了原子的电子排布情况和能级分布。
对于高原子序数的元素，其原子内部电子较多，电子的相互作用也较强，因此康普顿散射时所发生的能量损失会更大。
相对而言，低原子序数的元素因电子较少，能量的传递也相对较小。
康普顿散射还可以用来确定原子的组成和结构。
通过测量散射X射线的波长变化，可以推断出入射X射线和电子之间的能量传递过程，从而了解原子内部的构成。
这为研究物质的微观结构提供了重要的手段。
除了原子序数，物质的密度和结晶度等因素也会影响康普顿散射的过程。
密度较大的物质会使X射线与电子相互作用的频率增加，从而增大散射角度。
而结晶度较高的物质会导致X射线散射方向的选择性增加，使得散射角度更容易确定。
在实际应用中，康普顿散射广泛用于医学影像学和材料科学领域。
在医学影像学中，康普顿散射可帮助医生对骨骼和软组织进行成像，从而提高诊断的准确性。
在材料科学领域，康普顿散射可以用来研究材料的结构和组成，为新材料的设计提供重要依据。
康普顿散射与原子序数之间存在着密切的关系。
原子序数越高的元素会导致更大的能量损失，从而使康普顿散射的效应更加显著。
通过研究康普顿散射，我们可以更深入地了解物质的微观结构和性质，为科学研究和应用提供重要参考。
x射线检测的原理
x射线检测的原理X射线检测，作为一种非破坏性测试技术，广泛应用于工业、医学和安全领域。
本文将介绍X射线检测的原理及其应用。
一、X射线的产生X射线是一种高能电磁辐射，可以穿透物质并形成影像。
X射线产生的方法有两种：X射线管和放射性来源。
X射线管是最常见的产生X射线的装置。
它由阴极和阳极组成，通过加热阴极使电子产生，然后加速电子，使其撞击阳极。
在这个过程中，电子会与阳极相互作用，从而产生X射线。
放射性来源则采用放射性物质，如钴-60或铯-137。
这些物质会放射出高能粒子，当它们与物体相互作用时，也会产生X射线。
二、X射线的作用原理X射线在物体中传播时，会与物体内的原子相互作用。
这些相互作用包括散射和吸收。
散射是指X射线与物体的原子碰撞后改变方向。
散射分为弹性散射和非弹性散射。
弹性散射中，物体的原子不吸收X射线的能量，仅改变方向；而非弹性散射会使X射线失去能量。
吸收是指物体原子吸收X射线的能量。
当物体的原子吸收X射线时，X射线的强度会减弱。
吸收的程度取决于物体的材料和厚度。
不同材料吸收X射线的能力不同，因此可以通过测量吸收的程度来分析物体的成分和密度。
三、X射线检测的应用1. 工业领域X射线检测在工业领域的应用非常广泛。
它可以用来检测金属材料中的缺陷，如裂纹、气孔和夹杂物。
通过分析吸收X射线的能量和强度的变化，可以确定物体中缺陷的位置和严重程度。
这种非破坏性的检测方法可以提高生产效率，并保证产品质量。
此外，X射线检测还可以用于食品安全检测、医疗器械质量控制和材料分析等方面。
比如在食品加工过程中，可以使用X射线检测器对食品中的异物进行检测，确保食品的安全。
2. 医学领域在医学领域，X射线检测是一种常见的诊断方法。
通过投射X射线到人体，医生可以获取关于骨骼、肿瘤或其他内部异常的信息。
X射线在人体组织中的吸收程度与组织的密度有关。
根据X射线透过组织的程度不同，可以生成不同的影像，用于医学诊断。
3. 安全检测X射线安全检测主要用于机场、边境和安检场所等地。
X射线衍射技术原理
X-射线的产生
• X射线管是在高真空玻璃管中的一端装有阳极 板（钼、钨、或铜等金属），另一端装有一阴 极金属丝构成，并在高真空玻璃管的一侧设 有—X射线出射口。当在阴极与阳极之间加上 数万伏的高压时，阴极丝在高温和管内静电场 的作用下发射电子，形成电子云，经聚焦罩后 聚成电子束，在阴极和阳极间高电位差作用下 得到加速，电子以极高的速度从阴极射向阳极 板，阳极板被电子轰击后便产生X射线。
巴克拉(1877~1944)获1917年诺贝尔物理学奖
1924年,西格班(Karl Manne Georg Siegbahn)发现X射 线中的光谱线。 X射线标识谱间的辐射起源于原子内部而与外围电子 结构所支配的复杂光谱线及化学性质无关。他证明了 巴克拉发现的K辐射与L辐射的确存在，另外他还发现 了M系。他的工作支持波尔等科学家关于原子内电子 按照壳层排列的观点。
• X射线与物质作用发生辐射时，通常同时 存在着相干散射和非相干散射。一般情 况下，对于能量较低的入射光子，相干 散射是主要的；对于能量较高的入射光 子，非相干散射是主要的。也就是说当 入射光子的能量大大超过壳层电子的结 合能时，则以非相干散射为主；当入射 光子的能量接近或小于壳层电子的结合 能时，则发生相干散射为主。
• 当X射线进入物质被物质衰减时，主要产生光电 吸收（产生特征X射线或俄歇电子）和散射（相 干散射和非相干散射）作用。 • 相干散射又称瑞利（Rayleigh）散射、弹性散射 或经典散射。这种作用是入射X射线被原子内的 束缚电子弹性散射，散射后的光子能量等于原 来入射光子的能量。这种散射只是方向改变而 波长不变的一种次级辐射。由于入射X射线在物 质中遇到的所以电子，构成了一群可以相干的 波源而发射衍射，这种散射称为相干散射。
劳厄(1879~1960)获1914年诺贝尔物理学奖
x射线探伤原理
x射线探伤原理
一、X射线探伤原理概述
X射线探伤是一种常见的无损检测技术，主要基于X射线与
物质的相互作用原理。
X射线是一种电磁辐射，具有较高的穿透能力和较短的波长，可通过物质进行透射、散射和吸收。
二、透射
当X射线通过物体时，会发生透射现象。
X射线与物质中的
电子发生相互作用，其能量被部分吸收，剩余的射线通过物体透射出来。
透射射线的强度与物质的密度有关，密度越大，吸收的射线越多，透射射线强度越低。
三、散射
除了透射外，X射线还会发生散射现象。
散射分为弹性散射和非弹性散射两种形式。
弹性散射是指X射线与物质中的电子
发生碰撞后，改变方向但不改变能量。
非弹性散射是指X射
线与物质中的电子发生碰撞后，能量发生改变，产生散射射线和散射辐射。
四、吸收
当X射线通过物体时，部分能量会被物体吸收。
物质的原子
核和电子对X射线具有吸收能力，吸收的程度取决于物质的
原子结构、密度和厚度。
吸收的射线能量可以用于检测物体的组成和内部结构。
五、应用
X射线探伤广泛应用于材料、工业、医学等领域。
在材料领域，
它可用于检测金属材料的缺陷、裂纹、异物等；在工业领域，可用于安全检查、质量控制等；在医学领域，可用于影像诊断、骨折检测等。
六、总结
X射线探伤原理是基于X射线与物质的相互作用，通过透射、散射和吸收等现象来获取物体的信息。
该技术具有穿透力强、灵敏度高的特点，广泛应用于不同领域的无损检测和影像诊断中。
材料分析测试技术左演声课后答案
第一章 电磁辐射与材料结构一、教材习题1-1 计算下列电磁辐射的有关参数：（1）波数为3030cm -1的芳烃红外吸收峰的波长（μm ）； 答：已知波数ν=3030cm -1根据波数ν与波长λ的关系)μm (10000)cm (1λν=-可得： 波长μm 3.3μm 3030100001≈==νλ（2）5m 波长射频辐射的频率（MHz ）； 解：波长λ与频率ν的关系为λνc=已知波长λ=5m ，光速c ≈3×108m/s ，1s -1=1Hz则频率MHz 6010605/103168=⨯=⨯=-s msm ν （3）588.995nm 钠线相应的光子能量（eV ）。
答：光子的能量计算公式为λνchh E ==已知波长λ=588.995nm=5.88995⨯10-7m ，普朗克常数h ＝6.626×10-34J ⋅s ，光速c ≈3×108m/s ，1eV=1.602×10-19J 则光子的能量（eV ）计算如下：eVeV J ms m s J E 107.210602.110375.3 10375.31088995.5/10310626.61919197834≈⨯⨯=⨯=⨯⨯⨯⋅⨯=-----1-3 某原子的一个光谱项为45F J ，试用能级示意图表示其光谱支项与塞曼能级。
答：对于光谱项45F J ，n =4，L =3，M =5；S =2(M =2S +1=5)，则J =5，4，3，2，1，当J=5，M J=0，±1，±2，···±5；……J=1，M J=0，±1。
光谱项为45F J的能级示意图如下图：1-4辨析原子轨道磁矩、电子自旋磁矩与原子核磁矩的概念。
答：原子轨道磁矩是指原子中电子绕核旋转的轨道运动产生的磁矩；电子自旋磁矩是指电子自旋运动产生的磁矩；原子核磁矩是指原子中的原子核自旋运动产生的磁矩。
晶体对X射线的衍射是所有原子的散射波发生相长干涉时产生的最大
当 k ' k 时，即入射方向与衍射方向接近相同时，
G0
原子散射因子：
sin(G ) 1 G
f j j ( )4 2 d Z
0
(Z为原子中电子数目)
§1.9 实空间中直接观测
扫描隧道显微镜 （STM）
• 1982年，发明了扫描隧道显微镜(STM)
* 宾尼(G. Binnig)与罗雷尔(H. Rohrer)
dV Gh 0
当 k ' k Gh(劳厄方程)时， 散射波的振幅为
k k k Gh
1 (G h )
( r ) e iG h r dV
F dV Gh (Gh )V
晶体对X射线的衍射是所有电子的散射波发生相长干涉时产
S Gh f j e
j
S
i 2 ( hu j kv j lw j )
f 1 e
i h k l
0, h k l 奇数 2 f ，h k l 偶数
—— 衍射面指数之和(h+k+l)为奇数的衍射相消， 不会出现(100)、(300)、(111)等衍射峰
* 人类第一次能够真实地“看见”单个原子在物质 表面的排列情况。 这是电子显微技术的一个重要
里程碑
* 1986获诺贝尔物理奖
• STM利用量子力学的隧道效应
* 将原子线度的探针和被研究表面作为两个电极，当
针尖与样品距离非常接近(0.1nm)时, 在外加电场作 用下，电子穿过两电极间势垒流向另一电极
* STM可以采取守恒电流扫描模式或守恒高度扫描
电子产生的散射 )
x射线显微镜成像原理
x射线显微镜成像原理
X射线显微镜是一种利用X射线进行成像的仪器。
它的成像原理主要基于材料对X射线的衍射、散射和吸收特性。
1. 衍射原理：材料的晶体结构会对入射的X射线产生衍射现象。
X射线衍射图样可以提供有关材料中原子位置和晶体结构的信息。
X射线显微镜使用高能X射线通过材料，观察并收集它们衍射的图样，从而获得有关材料内部结构的信息。
2. 散射原理：当X射线通过物质时，它们会与物质中的原子相互作用，并发生散射。
X射线显微镜利用这种散射现象来获取样品的成像。
主要有两种类型的散射：弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是X 射线与样品中的原子相互作用，然后以同样的能量返回，提供了有关材料表面和内部结构的信息。
非弹性散射则在X射线与物质原子相互作用后，能量发生改变，提供了有关材料中电子和元激发态的信息。
3. 吸收原理：材料对不同能量的X射线有不同的吸收特性。
X射线显微镜利用这种吸收特性对材料进行成像。
被物质吸收的X射线会被探测器捕捉到，形成成像。
综上所述，X射线显微镜通过观察材料的X射线衍射图样、散射和吸收特性来获得有关材料内部结构和成分的信息，从而实现成像。
x光是什么原理
x光是什么原理
X射线通过了物质后会发生两个主要的相互作用：散射和吸收。
散射是指X射线与物质中的电子发生相互作用，改变方向而
不改变能量。
这种散射通常分为两种类型：弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指X射线与电子发生碰撞后，能量损失很小，X射线保持几乎不变的能量继续传播。
非弹性散射是指X 射线与电子发生碰撞后，能量损失较大，X射线能量发生改变。
吸收是指X射线被物质吸收，其中最主要的吸收过程是康普
顿散射和光电吸收。
康普顿散射是指X射线与物质中的电子
发生碰撞，X射线的能量部分被转移给了电子，并改变了方向。
光电吸收是指X射线与物质中的原子内层电子发生相互作用，X射线的能量被电子吸收后，电子脱离原子。
根据散射和吸收的不同，我们可以利用X射线对物质进行成
像和分析。
例如，通过测量被物体吸收的X射线数量，我们
可以了解物体的厚度和密度。
而通过分析被物质散射的X射
线的能谱，我们可以获得物质的化学成分信息。
这使得X射
线成像在医学影像学、材料科学和安全检查等领域得到广泛应用。
放射物理与防护___第04章X线与物质的相互作用分解
放射物理与防护___第04章X线与物质的相互作用分解X线与物质的相互作用是放射物理与防护领域中的重要内容，本文将着重分析X线与物质的相互作用的几个主要过程。
首先，当X射线穿过物质时，会发生散射、吸收和透射三个主要过程。
散射指的是X射线与物质中的原子或分子发生碰撞后改变方向的现象。
散射包括弹性散射和非弹性散射两种类型。
弹性散射是指X射线与物质中的原子或分子发生碰撞后仅改变方向，而能量和频率不变。
非弹性散射是指X射线与物质中的原子或分子发生碰撞后不仅改变方向，还会改变能量和频率。
散射过程会降低X射线的强度和能量。
吸收是指X射线与物质中的原子或分子发生相互作用而被吸收的现象。
吸收程度取决于X射线的能量和物质的原子或分子结构。
低能量的X射线更容易通过物质，高能量的X射线则更容易被物质吸收。
吸收过程会转化为物质的内能，增加物质的温度。
透射是指X射线穿过物质而保持能量、频率和方向不变的现象。
透射过程与吸收和散射过程相反，透射的X射线可以被探测器接收到。
透射的程度取决于物质的厚度和密度，以及X射线的能量。
其次，X线与物质相互作用时还涉及到光电效应、康普顿散射和正电子湮灭等过程。
光电效应是指X射线与物质中的原子或分子发生相互作用后使得电子被轰出原子或分子而形成电离的过程。
光电效应只在低能量的X射线中占主导地位，而在高能量的X射线中变得不重要。
光电效应是造成X射线吸收的主要过程之一康普顿散射是指X射线与物质中的自由电子发生碰撞后改变方向并且X射线的能量减小的现象。
康普顿散射是散射过程中最主要的一种类型，它不仅会减少X射线的能量，也会改变X射线的方向。
正电子湮灭是指正电子与电子相遇后相互湮灭并释放出能量的过程，产生两个相互垂直的伽玛射线。
这种湮灭过程常常用于正电子断层扫描（PET）成像技术中。
最后，对于X线与物质相互作用的防护措施主要包括屏蔽和个人防护。
屏蔽是指使用合适的材料对X射线进行有效的阻挡。
不同密度和厚度的材料对X射线的屏蔽效果不同。
材料现代分析方法期末考试题与答案
1．名词解释：相干散射（汤姆逊散射）：入射线光子与原子内受核束缚较紧的电子（如内层电子）发生弹性碰撞作用，仅其运动方向改变而没有能量改变的散射。
又称弹性散射；不相干散射（康普顿散射）：入射线光子与原子内受核束缚较弱的电子（如外层电子）或晶体中自由电子发生非弹性碰撞作用，在光子运动方向改变的同时有能量损失的散射。
又称非弹性散射；荧光辐射：物质微粒受电磁辐射激发（光致激发）后辐射跃迁发射的光子（二次光子）称为荧光或磷光，吸收一次光子与发射二次光子之间延误时间很短（10-8~10-4s）称荧光，延误时间较长（10-4~10s）则为磷光；（有待确定）俄歇效应：如原子的退激发不以发射X射线的方式进行则将以发射俄歇电子的德方式进行，此过程称俄歇过程或俄歇效应；吸收限：当入射X射线光子能量达到某一阈值可击出物质原子内层电子时，产生光电效应。
与此能量阈值相应的波长称为物质的吸收限。
晶面指数与晶向指数：为了表示晶向和晶面的空间取向（方位），采用统一的标识，称为晶向指数和晶面指数；晶带：晶体中平行于同一晶向的所有晶面的总体干涉面：晶面间距为d HKL/n、干涉指数为nh、 nk、 nl的假想晶面称为干涉面X射线散射：X射线衍射：X射线反射：结构因子：晶胞沿（HKL）面反射方向的散射波即衍射波F HKL是晶胞所含各原子相应方向上散射波的合成波，表征了晶胞的衍射强度；多重因子：通常将同一晶面族中等同晶面组数P称为衍射强度的多重性因数。
罗仑兹因子：系统消光：因︱F︱2=0而使衍射线消失的现象称为系统消光。
2．讨论下列各组概念中二者之间的关系：1）同一物质的吸收谱和发射谱；答：当构成物质的分子或原子受到激发而发光，产生的光谱称为发射光谱，发射光谱的谱线与组成物质的元素及其外围电子的结构有关。
吸收光谱是指光通过物质被吸收后的光谱，吸收光谱则决定于物质的化学结构，与分子中的双键有关。
2）X射线管靶材的发射谱与其配用的滤波片的吸收谱。
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Gh
i [ Gh ( k k )]r F dV Gh e
1 dV Gh ( G h ) 0
当 k ' k Gh(劳厄方程)时，
k k k Gh
—— 和 Gn 垂直的虚线，表示晶面族(h1 h2 h3)的迹
5. 衍射强度
假定一个体积元 dV 对X射线的 散射波的振幅正比于该处的电子
B
A C
在 k 方向上的散射波的振幅为： 晶体在 k 方向上的散射振幅为所有体积元在该方向上的散射
波振幅之和：
数，设电子浓度为 (r ) ，则 dV
2dh1h2h3 sin n
(实空间)
反射球 —— 爱瓦尔德(Ewald )球
设入射线沿CO方向，取线段 CO= 2π/ ，其中是X射线的波 长，再以C为圆心，以2π/为半径 所作的球就是反射球。
—— 若P是球面上的一个倒格点，则有
CP就是以OP为倒格矢的一族晶面(h1 h2 h3)的反射方向
j 1
iGh ( rj )
dV
F j e
j 1
iGh ( rj )
dV
e
j 1
iGh rj
e
j
j
iGh
dV
( 第 j 个原子的所有
电子产生的散射 )
0
k k k Gh
Gh k k k Gh
h
0 ' 0 i (G i ( Gh k )r ' h k )r dV Gh e dV Gh e ' Gh 0 ' dV Gh Gh k 0
散射波的振幅为： F
iG r 满足衍射条件 k ' k Gh 时： F dV r e h
dV r e
i k k r
(最初的表达式)
电子浓度函数 j (r rj ) 的叠加： r j r rj
i[ Gh ( k k )]r F dV G e h
1 iG r ( G ) ( r ) e dV dV Gh h 0 0 证明: 当 k k k Gh 时，F dV Gh i ( Gh k )r F = dV Gh e
dV f j e
j 1
iGh rj
如果晶体中含有N个晶胞，每个晶胞含有S个原子：
F N f je
j 1
S
iGh r j
G h 对应的正格矢为 R n(布拉伐格子的基矢)
rj
代表基元中原子的位置
iGh rj
几何结构因子：S G
e
i ( k k )r
(r )dV
F dV r e
Gh
i k k r
iG h r ( r ) G e 其中 h Gh
i[ Gh ( k k )]r F dV G e h
Gh k k k Gh
iG ( r ) e h r dV
散射波的振幅为 F dV Gh (Gh )V
晶体对X射线的衍射是所有电子的散射波发生相长干涉时产
生的。电子浓度的晶格空间周期性决定了衍射极大的条件， 也就是说Bravais格子的结构决定了衍射极大的条件。
h
fe
j j
S
几何结构因子——晶胞中所有原子的散射波在所考虑的方
向上的振幅与一个电子的散射波振幅之比
F N f je
j 1
S
iGh rj
NSG
h
几何结构因子：SG
h
设晶胞内第j个原子的位矢： rj u j a v j b w j c a, b , c 为与 G h
j 1
( r ) 写成晶胞中每个原子j 在 r 处贡献的 将电子浓度
iG iG r h r h j r rj e dV F dV r e j 1
令： r rj
F j e
fe
j j
S
iGh rj
* * * 设倒格矢： Ghkl ha kb lc
几何结构因子： S G
hkl
f je
j
S
i 2 ( hu j kv j lw j )
上讲回顾
布拉格定律： 2d sin
Bragg假设入射波在原子平面作镜面反射 布拉格定律只是晶体周期性的结果 不涉及到基元中原子的具体排列情况 每个原子对X射线进行弹性散射，晶体 对X射线的衍射是所有原子的散射波发
生相长干涉时产生的最大衍射峰
劳厄方程：
k k0 Gn (倒空间)
原子散射因子： f j
e
iGh
dV
原子散射因子—— 原子内所有电子的散射波的振幅的几何 和与一个电子的散射波的振幅之比 （在上面的推导中，电子的散射波振幅被当作1）
F e
j 1
iGh rj
e
j
iGh