X射线衍射学1X射线物理学
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X射线的频率ν、波长λ以及其光子的能量ε、动 量p之间存在如下关系：
式中h—普朗克常数，c—X射线的速度。
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15
产生原理 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。 产生条件 1.产生自由电子； 2.使电子作定向的高速运动; 3.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。
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X射线管的结构
封闭式X射线管实质上就是一个大的真空二极管。基本组成包括： (1)阴极：阴极是发射电子的地方。 (2)阳极：亦称靶，是使电子突然减速和发射X射线的地方。 (3)窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。 (4)焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方，正是从这块面积 上发射出X射线。
1895年11月8日，克鲁克斯管，氰亚铂酸钡 屏
1895年12月28日，论文《一种新射线-初步 报告》X射线。为世纪之交物理学三大发现 之一
X射线在晶体结构分析，人体疾病透视检查 治疗方面有广泛应用，此而获得1901年诺 贝尔物理奖。
1901年获诺贝尔物理 奖 (W.C. Roentgen
1845-1923)
连续X射线谱中每条曲线下的面积表示连续X射线的 总强度。也是阳极靶发射出的X射线的总能量。
22
1，各种波长的X射线的相 对强度一致增高，
2，最高强度的射线的波 长逐渐变短（曲线的峰 相左移动）， 3，短波极限逐渐变小， 即λ0 向左移动， 4，波谱变宽。
因此，管电压既影响连续X射线谱的强度，也影响其波长范围。
X射线衍射学1X射线物理学
• X射线衍射1-X射线物理学(1,2) • X射线衍射2-晶体学基础(3,4) • X射线衍射3-衍射原理(5-6) • X射线衍射4-实验方法及应用(7-
8) • XPS原理及应用- (9,10)
2
Hale Waihona Puke Baidu
2.1 X射线简介 2.2 X射线及其本质； 2.3 X射线的产生； 2.4 X射线谱； 2.5 X射线与物质相互作用； 2.6 X射线的探测与防护；
1913-1914年，英国，布拉格父子(Henry Bragg, Lawrence Bragg)，布拉格方程，晶体结构分析，1915年诺物奖；
1916年，德拜、谢乐，粉末法，多晶体结构分析，1936年诺化 奖；
1917年，巴克拉（C.G.Barkla),元素特征X射线，1917年诺物奖； 1928年，盖格，弥勒，计数管，X射线衍射线强度，衍射仪。
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8
1，晶体结构分析：人类研究物质微观结构的第一 种方法。
2，物相定性分析 3，物相定量分析 4，晶粒大小分析结晶度分析 5， 非晶态结构分析， 6，宏观应力与微观应力分析 7，择优取向分析
9
材料结构分析方法是建立在材料的各种物理化学效应基础上，包括： （1）物理方法：光束、X射线束，电子束、中子束、其它粒子等 （2）化学方法：
23
是在连续谱的基础上叠加 若干条具有一定波长的谱 线，它和可见光中的单色 相似，称单色X射线。
当电压达到临界电压时， 标识谱线的波长不再变， 强度随电压增加。如钼靶 K系标识X射线有两个强度 高峰为Kα和Kβ，波长分 别为0.71A和0.63A.
5
生活：体检透视、安全检查。 生产：海关验货、工业探伤等。 科研：XRD，XPS，XRF等
6
1895年，德国，伦琴（W.C.Rontgen)，发现，第一个诺贝尔物 理奖；
1912年，德国，劳埃(M.von Laue)，第一张X射线衍射花样，晶 体结构，电磁波，原子间距，劳埃方程，1914年诺物奖；
利用X射线束和电子束与材料相互作用产生效应来对材料进行分析测试的 方法是材料近代分析中最重要的方法 。 （1）材料的X射线分析方法 （2）材料电子显微分析方法
10
材料的性能决定于它们的组成和微观结构。 X射线衍射将会有助于你探究为何成份相同的材料，其性
能有时会差异极大。 X射线衍射将会有助于你找到获得预想性能的途径。
X射线管剖面示意图 17
由X射线管发射出来的X 射线可以分为两种类型：
(1)连续X射线:具有连 续波长的X 射线， 构 成连续X 射线谱 ， 它 和可见光相似，亦称多 色X射线。
(2)标识X射线。
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能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去 自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一 次产生一个能量为hv的光子，这样的光子流即为X 射线。
11
X射线的本质是电磁辐射，与可见光完全相同，仅 是波长短而已，因此具有波粒二像性。
(1)波动性; (2)粒子性。
12
X射线的波长范围：0.01-100 Å （ 1012108 m）
表现形式：用晶体作衍射光栅，观察到的X射线的衍射现象， 即证明了X射线的波动性。
硬X射线：波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强，适用 于金属部件的无损探伤及金属物相分析。
软X射线：波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱，可用 于分析非金属的分析。
X射线波长的度量单位常用埃（Å），通用的国际计量单位中 用纳米（nm）表示，它们之间的换算关系为 ： 1 nm=10 Å
13
特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的 质量、能量和动量。
表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电 效应；二次电子等。
单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的， 绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同 的辐射，因此出现连续X射线谱。
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21
X射线的强度是指行垂直X射线传播方向的单位面积 上在单位时间内所通过的光子数目的能量总和。 常用的单位是J/cm2.s.
X射线的强度I是由光子能量hv和它的数目n两个因 素决定的,即I=nhv。连续X射线强度最大值在 1.5λ0,而不在λ0处。
3
2.1 X射线简介
4
1836年，英国科学家迈克尔.法拉第 (Michael Faraday)，阴极射线；
1861年，英国科学家威廉.克鲁克斯 （William Crookes，1832-1919）发现通电 的阴极射线管在放电时会产生亮光；胶卷 曝光；
1890年美国科学家古德斯柏德，偶然洗出 了一张X射线的透视底片；
式中h—普朗克常数，c—X射线的速度。
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产生原理 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。 产生条件 1.产生自由电子； 2.使电子作定向的高速运动; 3.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。
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X射线管的结构
封闭式X射线管实质上就是一个大的真空二极管。基本组成包括： (1)阴极：阴极是发射电子的地方。 (2)阳极：亦称靶，是使电子突然减速和发射X射线的地方。 (3)窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。 (4)焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方，正是从这块面积 上发射出X射线。
1895年11月8日，克鲁克斯管，氰亚铂酸钡 屏
1895年12月28日，论文《一种新射线-初步 报告》X射线。为世纪之交物理学三大发现 之一
X射线在晶体结构分析，人体疾病透视检查 治疗方面有广泛应用，此而获得1901年诺 贝尔物理奖。
1901年获诺贝尔物理 奖 (W.C. Roentgen
1845-1923)
连续X射线谱中每条曲线下的面积表示连续X射线的 总强度。也是阳极靶发射出的X射线的总能量。
22
1，各种波长的X射线的相 对强度一致增高，
2，最高强度的射线的波 长逐渐变短（曲线的峰 相左移动）， 3，短波极限逐渐变小， 即λ0 向左移动， 4，波谱变宽。
因此，管电压既影响连续X射线谱的强度，也影响其波长范围。
X射线衍射学1X射线物理学
• X射线衍射1-X射线物理学(1,2) • X射线衍射2-晶体学基础(3,4) • X射线衍射3-衍射原理(5-6) • X射线衍射4-实验方法及应用(7-
8) • XPS原理及应用- (9,10)
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Hale Waihona Puke Baidu
2.1 X射线简介 2.2 X射线及其本质； 2.3 X射线的产生； 2.4 X射线谱； 2.5 X射线与物质相互作用； 2.6 X射线的探测与防护；
1913-1914年，英国，布拉格父子(Henry Bragg, Lawrence Bragg)，布拉格方程，晶体结构分析，1915年诺物奖；
1916年，德拜、谢乐，粉末法，多晶体结构分析，1936年诺化 奖；
1917年，巴克拉（C.G.Barkla),元素特征X射线，1917年诺物奖； 1928年，盖格，弥勒，计数管，X射线衍射线强度，衍射仪。
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1，晶体结构分析：人类研究物质微观结构的第一 种方法。
2，物相定性分析 3，物相定量分析 4，晶粒大小分析结晶度分析 5， 非晶态结构分析， 6，宏观应力与微观应力分析 7，择优取向分析
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材料结构分析方法是建立在材料的各种物理化学效应基础上，包括： （1）物理方法：光束、X射线束，电子束、中子束、其它粒子等 （2）化学方法：
23
是在连续谱的基础上叠加 若干条具有一定波长的谱 线，它和可见光中的单色 相似，称单色X射线。
当电压达到临界电压时， 标识谱线的波长不再变， 强度随电压增加。如钼靶 K系标识X射线有两个强度 高峰为Kα和Kβ，波长分 别为0.71A和0.63A.
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生活：体检透视、安全检查。 生产：海关验货、工业探伤等。 科研：XRD，XPS，XRF等
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1895年，德国，伦琴（W.C.Rontgen)，发现，第一个诺贝尔物 理奖；
1912年，德国，劳埃(M.von Laue)，第一张X射线衍射花样，晶 体结构，电磁波，原子间距，劳埃方程，1914年诺物奖；
利用X射线束和电子束与材料相互作用产生效应来对材料进行分析测试的 方法是材料近代分析中最重要的方法 。 （1）材料的X射线分析方法 （2）材料电子显微分析方法
10
材料的性能决定于它们的组成和微观结构。 X射线衍射将会有助于你探究为何成份相同的材料，其性
能有时会差异极大。 X射线衍射将会有助于你找到获得预想性能的途径。
X射线管剖面示意图 17
由X射线管发射出来的X 射线可以分为两种类型：
(1)连续X射线:具有连 续波长的X 射线， 构 成连续X 射线谱 ， 它 和可见光相似，亦称多 色X射线。
(2)标识X射线。
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能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去 自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一 次产生一个能量为hv的光子，这样的光子流即为X 射线。
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X射线的本质是电磁辐射，与可见光完全相同，仅 是波长短而已，因此具有波粒二像性。
(1)波动性; (2)粒子性。
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X射线的波长范围：0.01-100 Å （ 1012108 m）
表现形式：用晶体作衍射光栅，观察到的X射线的衍射现象， 即证明了X射线的波动性。
硬X射线：波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强，适用 于金属部件的无损探伤及金属物相分析。
软X射线：波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱，可用 于分析非金属的分析。
X射线波长的度量单位常用埃（Å），通用的国际计量单位中 用纳米（nm）表示，它们之间的换算关系为 ： 1 nm=10 Å
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特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的 质量、能量和动量。
表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电 效应；二次电子等。
单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的， 绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同 的辐射，因此出现连续X射线谱。
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X射线的强度是指行垂直X射线传播方向的单位面积 上在单位时间内所通过的光子数目的能量总和。 常用的单位是J/cm2.s.
X射线的强度I是由光子能量hv和它的数目n两个因 素决定的,即I=nhv。连续X射线强度最大值在 1.5λ0,而不在λ0处。
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2.1 X射线简介
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1836年，英国科学家迈克尔.法拉第 (Michael Faraday)，阴极射线；
1861年，英国科学家威廉.克鲁克斯 （William Crookes，1832-1919）发现通电 的阴极射线管在放电时会产生亮光；胶卷 曝光；
1890年美国科学家古德斯柏德，偶然洗出 了一张X射线的透视底片；