XRD衍射仪的工作原理(1)
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(1)密封式灯丝X射线管； (2)可拆式灯丝X射线管.
X射线管
• （1） 阴极——发射电子。 一般由钨丝制成，通电加热 后释放出热辐射电子。
• （2） 阳极——靶，使电子 突然减速并发出X射线。
• （3） 窗口——X射线出射通 道。既能让X射线出射，又 能使管密封。窗口材料用金 属铍或硼酸铍锂构成的林德 曼玻璃。窗口与靶面常成36° 的 斜 角 ， 以 减 少 靶 面 对 出射X射线的阻碍。
才会出现，该临界电压称激发电压 。当管电压增加时，连续谱和特征 谱强度都增加，而特征谱对应的波 长保持不变。 • 钼靶X射线管当管电压等于或高于 20KV时，则除连续X射线谱外，位 于一定波长处还叠加有少数强谱线 ，它们即特征X射线谱。 • 钼靶X射线管在35KV电压下的谱线 ，其特征x射线分别位于0.63Å和 0.71Å处，后者的强度约为前者强 度的五倍。这两条谱线称钼的K系
• 2）可穿透物体。穿透力与物质的原子序数有关。 同一波长的X-射线，对原子序数低的物质穿透力强 ，对原子序数高的物质穿透力弱。
• 3）可引起化学反应，使照相胶片感光，用于X-射 线摄影。
• 4）可在生命组织中诱发生物效应，用作治疗。 • 5）使物质的原子电离和激发，使气体导电。
X射线的本质
X射线也是电 磁波的一种， 波长在10－8cm 左右
特征X射线的产生机理
• 特征X射线的产生机理与靶物质的原子结构有关。 • 原子壳层按其能量大小分为数层，通常用K、L、M、N等字
母代表它们的名称。 • 但当管电压达到或超过某一临界值时，则阴极发出的电子
在电场加速下，可以将靶物质原子深层的电子击到能量较 高的外部壳层或击出原子外，使原子电离。 • 阴极电子将自已的能量给予受激发的原子，而使它的能量 增高，原子处于激发状态。 • 如果K层电子被击出K层，称K激发，L层电子被击出L层， 称L激发，其余各层依此类推。 • 产生K激发的能量为WK＝hυK，阴极电子的能量必须满足 • eV≥WK＝hυK，才能产生K激发。其临界值为eVK＝WK ，VK 称之临界激发电压。
冷却水
金 属 靶
X射线 电子
玻璃 钨灯丝
接变压器
铍窗口
X射线
金属聚灯罩
X射线管剖面示意图
产生条件
高速电子遇靶突然停止产生X-射线 1.灯丝 产生自由电子 2.高压 加速电子
使电子作定向的高速运动 3. 靶 阻挡电子
在其运动的路径上设置一个障 碍物使电子突然减速或停止
产生X-射线
X射线管的结构
市场上供应的种类:
能量差，即 hK WK WL hK hL
特征X射线的命名方法
• 同样当K空位被M层电子填充时，则产生Kβ辐射。M能 级与K能级之差大于L能级与K能级之差，即一个Kβ光 子的能量大于一个Kα光子的能量； 但因L→K层跃迁的 几率比M→K跃迁几率大，故Kα辐射强度比Kβ辐射强 度大五倍左右。
X射线管
（4） 高速电子转换成X射线的效率只有1%，其余99%都作为 热而散发了。所以靶材料要导热性能好，常用黄铜或紫铜 制作，还需要循环水冷却。
（5） 焦点——阳极靶表面被电子轰击的一块面积，X射线 就是从这块面积上发射出来的。焦点的尺寸和形状是X射线 管的重要特性之一。 焦点的形状取决于灯丝的形状，螺形灯丝产生长方形焦点
特征X射线的产生机理
• 处于激发状态的原子有自发 回到稳定状态的倾向，此时 外层电子将填充内层空位， 相应伴随着原子能量的降低 。原子从高能态变成低能态 时，多出的能量以X射线形 式辐射出来。因物质一定， 原子结构一定，两特定能级 间的能量差一定，故辐射出 的特征X射波长一定。
• 当K电子被打出K层时，如L 层电子来填充K空位时，则 产生Kα辐射。此X射线的能 量为电子跃迁前后两能级的
• (1)波动性
0.01~100 Å
• (2)粒子性
3 X射线的产生及X射线管
X射线的产生： X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然 减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生 的。
高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换， 电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1％左 右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右） 能量转变成热能使物体温度升高。
4.X射线谱
连续X射线谱
• X射线强度与波长 的关系曲线，称之 X射线谱。
• 在管压很低时，小 于20kv的曲线是连 续变化的，故称之 连续X射线谱，即 连续谱。
• 1）连续谱的形状与靶的材料无关。 • 2）连续谱存在一最大的能量值，它取决于管电压。
特征X射线谱
• 当管电压超过某临界值时，特征谱 •
材料表征-XRD分析
一.X射线
1.发现
1895年伦琴发现用高速电子冲击固体时，有 一种新射线从固体上发出来。
-
+
阴级
阳级
性质 ：
具有很强的穿透能力，能使照片感光，空气 电离。本质是什么？不知道，就叫“X射线”吧！
当时人们以照X射线像为时髦
发现的X射线是什么呢？人们初步认为是一种 电磁波，于是想通过光栅来观察它的衍射现象，但实 验中并没有看到衍射现象。原因是X射线的波长太短， 只有一埃（1Å）。
X射线衍射工作中希望细焦点和高强度；细焦点可提高分辨 率；高强度则可缩短暴光时间
X射线管的功率有限，大功率需要用旋转阳极
旋转阳极
• 常用X射线管的功率为 500～3000W。目前还有 旋转阳极X射线管、细聚 焦X射线管和闪光X射线 管。
• 因阳极不断旋转，电子 束轰击部位不断改变， 故提高功率也不会烧熔 靶面。目前有100kW的旋 转阳极，其功率比普通X 射线管大数十倍。
实际上是无法分辩的。要分辨X射线的光栅 也要在埃的数量级才行。
人们想到了晶体。因为晶体有规范的原子排列，
且原子间距也在埃的数量级，是天然的三维光栅。
• 1895年 德国物理学家---“伦琴”发现X射线18951897年 伦琴搞清楚了X射线的产生、
•
wk.baidu.com
传播、穿透力等大部分性质
• 1901年伦琴获诺贝尔奖
• 1912年 劳埃进行了晶体的X射线衍射实验
1912年德国物理学家劳厄想到了这一点，去找 普朗克老师，没得到支持后，去找正在攻读博
士的索末菲，两次实验后终于做出了X射线的 衍射实验。
X射线 晶体
劳厄斑
晶体的三维光栅
2.X射线的性质
• 1）物理作用，使某些物质发出荧光—可见光，用 于荧光摄影:如X-射线透视。
X射线管
• （1） 阴极——发射电子。 一般由钨丝制成，通电加热 后释放出热辐射电子。
• （2） 阳极——靶，使电子 突然减速并发出X射线。
• （3） 窗口——X射线出射通 道。既能让X射线出射，又 能使管密封。窗口材料用金 属铍或硼酸铍锂构成的林德 曼玻璃。窗口与靶面常成36° 的 斜 角 ， 以 减 少 靶 面 对 出射X射线的阻碍。
才会出现，该临界电压称激发电压 。当管电压增加时，连续谱和特征 谱强度都增加，而特征谱对应的波 长保持不变。 • 钼靶X射线管当管电压等于或高于 20KV时，则除连续X射线谱外，位 于一定波长处还叠加有少数强谱线 ，它们即特征X射线谱。 • 钼靶X射线管在35KV电压下的谱线 ，其特征x射线分别位于0.63Å和 0.71Å处，后者的强度约为前者强 度的五倍。这两条谱线称钼的K系
• 2）可穿透物体。穿透力与物质的原子序数有关。 同一波长的X-射线，对原子序数低的物质穿透力强 ，对原子序数高的物质穿透力弱。
• 3）可引起化学反应，使照相胶片感光，用于X-射 线摄影。
• 4）可在生命组织中诱发生物效应，用作治疗。 • 5）使物质的原子电离和激发，使气体导电。
X射线的本质
X射线也是电 磁波的一种， 波长在10－8cm 左右
特征X射线的产生机理
• 特征X射线的产生机理与靶物质的原子结构有关。 • 原子壳层按其能量大小分为数层，通常用K、L、M、N等字
母代表它们的名称。 • 但当管电压达到或超过某一临界值时，则阴极发出的电子
在电场加速下，可以将靶物质原子深层的电子击到能量较 高的外部壳层或击出原子外，使原子电离。 • 阴极电子将自已的能量给予受激发的原子，而使它的能量 增高，原子处于激发状态。 • 如果K层电子被击出K层，称K激发，L层电子被击出L层， 称L激发，其余各层依此类推。 • 产生K激发的能量为WK＝hυK，阴极电子的能量必须满足 • eV≥WK＝hυK，才能产生K激发。其临界值为eVK＝WK ，VK 称之临界激发电压。
冷却水
金 属 靶
X射线 电子
玻璃 钨灯丝
接变压器
铍窗口
X射线
金属聚灯罩
X射线管剖面示意图
产生条件
高速电子遇靶突然停止产生X-射线 1.灯丝 产生自由电子 2.高压 加速电子
使电子作定向的高速运动 3. 靶 阻挡电子
在其运动的路径上设置一个障 碍物使电子突然减速或停止
产生X-射线
X射线管的结构
市场上供应的种类:
能量差，即 hK WK WL hK hL
特征X射线的命名方法
• 同样当K空位被M层电子填充时，则产生Kβ辐射。M能 级与K能级之差大于L能级与K能级之差，即一个Kβ光 子的能量大于一个Kα光子的能量； 但因L→K层跃迁的 几率比M→K跃迁几率大，故Kα辐射强度比Kβ辐射强 度大五倍左右。
X射线管
（4） 高速电子转换成X射线的效率只有1%，其余99%都作为 热而散发了。所以靶材料要导热性能好，常用黄铜或紫铜 制作，还需要循环水冷却。
（5） 焦点——阳极靶表面被电子轰击的一块面积，X射线 就是从这块面积上发射出来的。焦点的尺寸和形状是X射线 管的重要特性之一。 焦点的形状取决于灯丝的形状，螺形灯丝产生长方形焦点
特征X射线的产生机理
• 处于激发状态的原子有自发 回到稳定状态的倾向，此时 外层电子将填充内层空位， 相应伴随着原子能量的降低 。原子从高能态变成低能态 时，多出的能量以X射线形 式辐射出来。因物质一定， 原子结构一定，两特定能级 间的能量差一定，故辐射出 的特征X射波长一定。
• 当K电子被打出K层时，如L 层电子来填充K空位时，则 产生Kα辐射。此X射线的能 量为电子跃迁前后两能级的
• (1)波动性
0.01~100 Å
• (2)粒子性
3 X射线的产生及X射线管
X射线的产生： X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然 减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生 的。
高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换， 电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1％左 右）能量转变为X射线，而绝大部分（99％左右） 能量转变成热能使物体温度升高。
4.X射线谱
连续X射线谱
• X射线强度与波长 的关系曲线，称之 X射线谱。
• 在管压很低时，小 于20kv的曲线是连 续变化的，故称之 连续X射线谱，即 连续谱。
• 1）连续谱的形状与靶的材料无关。 • 2）连续谱存在一最大的能量值，它取决于管电压。
特征X射线谱
• 当管电压超过某临界值时，特征谱 •
材料表征-XRD分析
一.X射线
1.发现
1895年伦琴发现用高速电子冲击固体时，有 一种新射线从固体上发出来。
-
+
阴级
阳级
性质 ：
具有很强的穿透能力，能使照片感光，空气 电离。本质是什么？不知道，就叫“X射线”吧！
当时人们以照X射线像为时髦
发现的X射线是什么呢？人们初步认为是一种 电磁波，于是想通过光栅来观察它的衍射现象，但实 验中并没有看到衍射现象。原因是X射线的波长太短， 只有一埃（1Å）。
X射线衍射工作中希望细焦点和高强度；细焦点可提高分辨 率；高强度则可缩短暴光时间
X射线管的功率有限，大功率需要用旋转阳极
旋转阳极
• 常用X射线管的功率为 500～3000W。目前还有 旋转阳极X射线管、细聚 焦X射线管和闪光X射线 管。
• 因阳极不断旋转，电子 束轰击部位不断改变， 故提高功率也不会烧熔 靶面。目前有100kW的旋 转阳极，其功率比普通X 射线管大数十倍。
实际上是无法分辩的。要分辨X射线的光栅 也要在埃的数量级才行。
人们想到了晶体。因为晶体有规范的原子排列，
且原子间距也在埃的数量级，是天然的三维光栅。
• 1895年 德国物理学家---“伦琴”发现X射线18951897年 伦琴搞清楚了X射线的产生、
•
wk.baidu.com
传播、穿透力等大部分性质
• 1901年伦琴获诺贝尔奖
• 1912年 劳埃进行了晶体的X射线衍射实验
1912年德国物理学家劳厄想到了这一点，去找 普朗克老师，没得到支持后，去找正在攻读博
士的索末菲，两次实验后终于做出了X射线的 衍射实验。
X射线 晶体
劳厄斑
晶体的三维光栅
2.X射线的性质
• 1）物理作用，使某些物质发出荧光—可见光，用 于荧光摄影:如X-射线透视。