材料分析测试技术

对连续X射线谱的解释2
• 量子力学概念，当能量为ev的电子与靶的原子整体碰撞时， 电子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式辐射出去， 每碰撞一次，产生一个能量为hv的光子，即“韧致辐射”。 • 大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同，而且还有多 次碰撞，因而产生不同能量不同强度的光子序列，即形成 连续谱。 • 极限情况下，能量为ev的电子在碰撞中一下子把能量全部 转给光子，那么该光子获得最高能量和具有最短波长，即 短波限λ0 。都有一个最短波长，称之短波限λ0 ，强度的 最大值在λ0的1.5倍处。 • eV = hvmax = hc/λ0 • λ0 = 1.24/V （nm）
X射线的性质
• 人的肉眼看不见X射线，但X射线能使气体 电离，使照相底片感光，能穿过不透明的 物体，还能使荧光物质发出荧光。 • X射线呈直线传播，在电场和磁场中不发生 偏转；当穿过物体时仅部分被散射。 • X射线对动物有机体（其中包括对人体）能 产生巨大的生理上的影响，能杀伤生物细 胞。
X射线的本质
绪
.1895年德国物理学家---“伦琴”发现X射线 .1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、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
X射线最早的应用
• 在X射线发现后几个月 医生就用它来为病人 服务 • 右图是纪念伦琴发现X 射线100周年发行的纪 念封
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加速器中可以引出X射线
加速器中可以引出X射线
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。
对连续X射线谱的解释1
• 根据经典物理学的理论，一个带负电荷的 电子作加速运动时，电子周围的电磁场将 发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁 波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量 的电子射到阳极上的时间和条件不可能相 同，因而得到的电磁波将具有连续的各种 波长，形成连续X射线谱。
X射线管的结构为：
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。
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。因此X射线管的功率有限， 大功率需要用旋转阳极 （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 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射线管的效率
• X射线管的效率η，是指电子流能量中用于 产生X射线的百分数， 2 K iZV • 即 连续X射线总强度 KZV
X射线管功率 iZ
• 随着原子序数Z的增加，X射线管的效率提 高，但即使用原子序数大的钨靶，在管压 高达100kv的情况下，X射线管的效率也仅 有1﹪左右，99％的能量都转变为热能。
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 h K WK WL h K h L 子跃迁前后两能级的能量差， 即 •
旋转阳极
• 上述常用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。
旋转阳极
加速器中可以引出X射线
加速器中可以引出X射线
X射线谱-------- 特征X射线谱
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• 当管电压超过某临界值时，特征谱 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
X射线也是电磁 波的一种，波长在 10－Байду номын сангаасcm左右
X射线具有波粒二相性
h
hc
p h


X射线的强度是衍射波振幅的平方 （ I A2） ，也是单位时间内通过单 位截面的光量子数目。
1-3 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。
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。