第一章 X射线物理学基础
材料分析方法总结
第一章 X 射线物理学基础一、X 射线产生的主要装置和条件 主要装置：阳极靶材、阴极灯丝条件：a. 大量自由电子；b. 定向高速运动；c. 运动路径上遇到障碍（靶材）二、短波限一个电子在与阳极靶撞击时，把全部能量给予一个光子，这就是一个光量子所能获得的最大能量，即：h c/λ=eU ，此时光量子的波长即为短波限λSWL 。
三、连续X 射线（强度公式）大量电子在与靶材碰撞的过程中，能量不断减小，光子所获得的能量也不断减小，形成了一系列由短波限λSWL 向长波方向发展的连续波谱。
连续谱强度21iZU K I四、特征X 射线（莫塞莱定律）当X 射线管两端的电压增高到某一特定值U k 时，在连续谱的特定的波长位置上，会出现一系列强度很高，波长范围很窄的线状光谱，它们的波长对一定材料的阳极靶材有严格恒定的数值，此波长可作为阳极靶材的标志或特征，所以称为特征谱或标识谱。
莫塞莱定律：Z K 21) U - U ( i K I m n 3 （Un 为临界激发电压，原子序数Z 越大，Un 越大）五、X 射线吸收（透射）公式——（质量吸收系数：单质、化合物（固溶体、混合物）） 单质 m tm m e I eI I 00化合物ni i mim w 1六、光电效应、荧光辐射、俄歇效应光电效应：当入射X 射线光量子能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子的结合能时，电子易获得能量从内层逸出，成为自由电子，称为光电子，这种光子击出电子的现象称为光电效应。
荧光辐射：因光电效应处于相应的激发态的原子，将随之发生如前所述的外层电子向内层跃迁的过程，同时辐射出特征X 射线，称X 射线激发产生的特征辐射为二次特征辐射，称这种光致发光的现象为荧光效应。
俄歇效应：原子K 层电子被击出后， L 层一个电子跃入 K 层填补空位，而另一个L 层电子获得能量逸出原子成为俄歇电子，称这种一个K 层空位被两个 L 层空位代替的过程为俄歇效应。
光电效应——光电子荧光辐射——荧光X 射线（二次X 射线） 俄歇效应——俄歇电子七、吸收限及其两个应用：滤波片的选择、靶材的选择吸收限：欲激发原子产生K、L、M等线系的荧光辐射，入射X 射线光量子的能量必须大于或至少等于从原子中击出一个K、L、M层电子所需的能量W K、W L、W M，如，W K= h K = hc / K，式中， K、 K是产生K系荧光辐射时，入射X射线须具有的频率和波长的临界值。
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无机材料测试技术习题库第一章X射线物理学基础一、名词解释1、特征X射线2、连续X射线3、吸收限（λk）4、光电效应5、俄歇电子6、质量吸收系数7、相干散射8、非相干散射9、荧光X射线10、X射线强度11、AES二、填空1、产生X射线的基本条件、、。
2、X射线的强度是指内通过垂直于X射线方向的单位面积上的。
3、探测X射线的工具是：。
4、影响X射线强度的因素是：。
5、检测X射线的方法主要有：。
6、X射线谱是的关系。
7、吸收限的应用主要是、、。
8、当X射线的或吸收体的愈大时X射线愈容易被吸收。
9、一束X射线通过物质时，它的能量可分为三部分：、和。
10、X射线与物质相互作，产生两种散射现象，即和。
11、物质对X射线的吸收主要是由引起的。
三、判断1、入射X射线光子与外层电子或自由电子碰撞时产生相干散射。
2、由X射线产生X射线的过程叫做光电效应。
3、X射线与物质作用，有足够能量的X射线光子激发原子K层的电子，外层电子跃迁填补，多余的能量使L2、L3、M、N等层的电子逸出，这个过程叫做光电效应。
4、由X射线产生X射线的过程叫俄歇效应。
5、连续谱中，随V增大，短波极限值增大。
6、当X射线的波长愈短，或者穿过原子序数愈小的物质时，其吸收就愈大。
7、具有短波极限值的X射线强度最大。
8、具有短波极限值的X射线能量最大。
9、X射线成分分析的理论基础是同种原子发出相同波长的连续X射线。
10、当高速电子的能量全部转换为X射线光子的能量时产生λ0，此时强度最大，能量最高。
11、当高速电子的能量全部转换为X射线光子的能量时产生λ0，此时强度最大。
四、简答及计算：1、什么是莫赛莱定律，莫赛莱定律的物理意义是什么？2、简述特征X射线产生的机理。
3、简述衍射定性物相鉴定的程序。
4、X射线定量分析的基础是什么？5、X射线物相分析有哪些特点？6、试计算空气对CrKα辐射的质量吸收系数和线吸收系数。
假定空气中含有80％（重量）的氮和20％（重量）的氧，空气密度ρ＝0.0013g/cm3。
无机材料分析测试技术(国防工业出版社,黄新民) 课后题整理
第一章 X 射线物理学基础1、X 射线的强度X 射线的强度是指垂直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/cm 2.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 。
在连续谱中，强度最大值不在短波限处，而是位于1.5λ0附近。
连续谱中，每条曲线下的面积表示各种波长X 射线的强度总和，也就是阳极靶发射出的X 射线的总能量。
I 连与管电压、管电流、阳极靶的原子序数存在如下关系：Z 为阳极靶的原子序数，U 为管电压（千伏）， i 为管电流（毫安）， K=(1.1~1.5)×10-9。
2、特征X 射线特征X 射线谱由一定波长的若干X 射线叠加在连续X 射线谱上构成，它和单色的可见光相似，具有一定的波长，故称单色X 射线。
每种元素只能发出一定波长的单色X 射线，它是元素的标志，故也称为标识X 射线。
3、光电效应当入射光量子的能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子的结合能（即该层电子激发态能量）时，此光量子就很容易被电子吸收，获得能量的电子从内层溢出，成为自由电子，称光电子，原子则处于相应的激发态，这种原子被入射辐射电离的现象即光电效应。
光电效应使被照物质处于激发态，这一激发态和由入射电子所引起的激发态完全相同，也要通过电子跃迁向较低能态转化，同时辐射被照物质的特征X 射线谱。
由入射X 射线所激发出来的特征X 射线称荧光X 射线（二次特征X 射线）。
利用荧光X 射线进行成分分析－X 射线荧光光谱分析(Z>20)使K 层电子变成自由电子需要的能量是ωK ，亦即可引起激发态的入射光量子能量必须达到此值。
()2连0＝KiZU d I I =⎰∞λλλK K K K eU hch ===ωλν从X 射线激发光电效应的角度，称λK 为激发限；从X 射线被物质吸收的角度，称λK 为吸收限。
产生光电效应条件：X 射线波长必须小于吸收限λK 。
第一章X射线衍射基础
γ射线
Ｘ射线
UV
IR
可见光
微波
无线电波
１０－１５
１０－１０
１０－５
１００
波长（ｍ）
１０５
X射线的产生
X射线管有多种不同的类型，目前小功率的都使用封 闭式电子X射线管，而大功率X射线机则使用旋转阳极 靶的X射线管。
＋
-
1.2.3 X射线产生的条件
X射线产生的条件
能够提供足够供衍射实验使用的X射线，目前都是以阴极 射线（即高速度的电子流轰击金属靶）的方式获得的， 所以要获得X射线必须具备如下条件：
I=I0e-μlx 式中μl称之为线吸收系数，它相应于单位厚度的该种物体对X射
线的吸收，对于一定波长的X射线和一定的吸收体而言为常数。 但它与吸收体的原子序数Z、吸收体的密度及X射线波长λ有关， 实验证明，μl与吸收体的密度ρ成正比，即：
μl=μmρ 这里μm称为质量吸收系数，它只与吸收体的原子序数Z以及X射
本节的主要内容是由波的干涉加强的条件出发，推导出衍射线的方 向与点阵参数、点阵相对于入射线的方位及X射线波长之间的关系， 这种关系具体表现为劳厄方程式和布拉格方程式。
一、 劳厄方程式
为了求出X射线在晶体中的衍射方向，我们先求出一条行列对X射线的衍射 所遵循的方程式，设有一条行列I-Iˊ：
图中之点皆代表晶体结构中相当的质点的中心，其结点间距为a，入射X射 线S0与此行列的交角为0，波长为，假定在S1方向有衍射线，它与行列的 交角为h。
1. 相干散射
2. 非相干散射
3. 二次特征辐射（荧光辐射）
真吸收
俄歇效应Biblioteka 光电效应X射线与物质的相互作用
4. X射线的衰减
当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度 会减弱，这种现象称为X射线的衰减。
材料分析方法部分课后习题答案解析
第一章X 射线物理学基础2、若X 射线管的额定功率为1.5KW，在管电压为35KV 时，容许的最大电流是多少？答：1.5KW/35KV=0.043A。
4、为使Cu 靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6，求滤波片的厚度。
答：因X 光管是Cu 靶，故选择Ni 为滤片材料。
查表得：μ m α＝49.03cm2／g，μ mβ＝290cm2／g，有公式，，，故：，解得:t=8.35um t6、欲用Mo 靶X 射线管激发Cu 的荧光X 射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？答：eVk=hc/λVk=6.626×10-34×2.998×108/(1.602×10-19×0.71×10-10)=17.46(kv)λ 0=1.24/v(nm)=1.24/17.46(nm)=0.071(nm)其中h为普郎克常数，其值等于6.626×10-34e为电子电荷，等于1.602×10-19c故需加的最低管电压应≥17.46(kv)，所发射的荧光辐射波长是0.071纳米。
7、名词解释：相干散射、不相干散射、荧光辐射、吸收限、俄歇效应答：⑴当χ射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种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。
⑵当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。
⑶一个具有足够能量的χ射线光子从原子内部打出一个K 电子，当外层电子来填充K 空位时，将向外辐射K 系χ射线，这种由χ射线光子激发原子所发生的辐射过程，称荧光辐射。
或二次荧光。
⑷指χ射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能量必须等于或大于将K 电子从无穷远移至K 层时所作的功W，称此时的光子波长λ称为K 系的吸收限。
材料分析方法课后答案
第一章 X 射线物理学基础3.讨论下列各组概念的关系答案之一(1）同一物质的吸收谱和发射谱；答：λk 吸收 〈λk β发射〈λk α发射(2）X 射线管靶材的发射谱与其配用的滤波片的吸收谱。
答：λk β发射（靶）〈λk 吸收(滤波片)〈λk α发射（靶）。
任何材料对X 射线的吸收都有一个K α线和K β线。
如 Ni 的吸收限为 nm 。
也就是说它对波长及稍短波长的X 射线有强烈的吸收。
而对比稍长的X 射线吸收很小。
Cu 靶X 射线:K α= K β=。
(3）X 射线管靶材的发射谱与被照射试样的吸收谱。
答：Z 靶≤Z 样品+1 或 Z 靶>>Z 样品X 射线管靶材的发射谱稍大于被照射试样的吸收谱，或X 射线管靶材的发射谱大大小于被照射试样的吸收谱。
在进行衍射分析时，总希望试样对X 射线应尽可能少被吸收，获得高的衍射强度和低的背底。
答案之二1）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。
答：可以选择λK 刚好位于辐射源的K α和K β之间的金属薄片作为滤光片，放在X 射线源和试样之间。
这时滤光片对K β射线强烈吸收，而对K α吸收却少。
6、欲用Mo 靶X 射线管激发Cu 的荧光X 射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？答：eVk=hc/λVk=×10-34××108/×10-19××10-10)=(kv)λ 0=v(nm)=(nm)=(nm)其中 h 为普郎克常数，其值等于×10-34e 为电子电荷，等于×10-19c故需加的最低管电压应≥(kv)，所发射的荧光辐射波长是纳米。
第一章-X射线物理学基础
第一章 X 射线的物理学基础1、X 射线有什么性质，本质是什么？波长为多少？与可见光的区别？X 射线性质：(1)X 射线穿透物质时可被吸收；(2)原子量及密度不同的物质，对X 射线的吸收不同；(3)轻原子物质对X 射线来说几乎是透明的，而重元素物质对X 射线的吸收非常显著；(4)可穿透不透明的物质。
本质：属于电磁波。
X 射线的波长：大约在0.01~100 Å之间。
X 射线和可见光本质上同属于电磁波，只不过彼此占据不同的波长范围而已；X 射线虽然和可见光一样（没有静止质量，但有能量），与光传播有关的一些现象（如反射、折射、散射、干涉、以及偏振）都会发生，但由于相对可见光而言，X 射线的波长要短得多（光量子的能量相应要高得多），上述物理现象在表现方式上与可见光存在很大的差异。
不能象可见光一样使X 射线会聚、发散、和变向，使得X 射线无法制成显微镜！2、什么是X 射线管的管电压、管电流？它们通常采用什么单位？数值通常是什么？X 射线的管电压：加载到阴极和阳极侧之间的电压。
（KV ），50KVX 射线的管电流：在阴阳两极电场作用下，向阳极运动，形成的电流。
（mA ）50mA3、X 射线的焦点与表观焦点的区别与联系？焦点：阳极靶表面被电子束轰击的地方，正是这个区域发射X 射线。
对于长方形焦点的X 射线管，引出窗口很重要。
对着焦点长边开设的窗口发射出X 射线的表观焦点为线状（称为线焦斑），其强度较弱，但其水平发散度小，分辨率较高，线性较好，粉末衍射仪多采用线焦斑；对焦点短边开设的窗口发射出的X 射线的表观焦点则为正方形（称为点焦斑），强度较高，可使衍射线明锐，适合于织构测定及德拜、劳埃照相场合。
4、X 射线有几种？产生不同X 射线的条件是什么？产生的机理是怎样的？晶体的X 射线衍射分析中采用的是哪种X 射线？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。
第1章 X射线的物理学基础
同步辐射光的特性
• 可精确预知：同步辐射光的光子通量、 角分布和能谱等均可精确计算，因此它 可以作为辐射计量———特别是真空紫 外到 X射线波段计量———的标准光源。 • 此外，同步辐射光还具有高度稳定性、 高通量、微束径、准相干等独特而优异 的性能。
• 已运行的SR装置 70~ 80多个 • 正在建设和计划中 ~ 20多个 • 关于世界各地同步辐射装置的状况详细信 息可以从下列两个网站得到： /SRWORLD/index.html • http: ///srsources.html • （SR装置的水平是国家经济实力的标志）
同步辐射光的特性
• 宽波段：同步辐射光的波长覆盖面大，具有从 远红外、可见光、紫外直到 X射线范围内的连 续光谱，并且能根据使用者的需要获得特定波 长的光。
• 高准直：同步辐射光的发射集中在以电子运动 方向为中心的一个很窄的圆锥内，张角非常小， 几乎是平行光束，堪与激光媲美。
• 高偏振：从偏转磁铁引出的同步辐射光在电子 轨道平面上是完全的线偏振光，此外，可以从 特殊设计的插入件得到任意偏振状态的光。
1.1.2 X射线的产生
• 大量实际所用X射线是由X射线管产生的， 不论是探伤用X光机还是照相法用的X光机 和X射线衍射仪， • 都包括：高压发生器（包括整流部分），控 制线路、X射线管及探测记录系统。其中， X射线管和探测记录系统是X射线仪特有的。 • 本节主要介绍X射线管，而探测系统将在后 面的章节里讨论。至于高压发生器和控制部 分属于一般电气装置，可查阅有关电工书籍。
• • • •
X射线的性质： 1）X射线能使照相底片感光； 2）X射线有很大的贯穿本领； 3）X射线能使某些物质的原子、分子电 离； • 4）X射线是不可见光，它能使某些物质 发出可见光的荧光； • 5）X射线本质上是一种电磁波，同此它 具有反射、折射、衍射、偏振等性质
1-1 x射线物理基础
1.2、X 射线的本质
粒子流？电磁波？
第一节
X射线物理基础
在伦琴的两名研究生弗里德里希（W. Friedrich）和克尼(Knipping) 的帮助下，劳厄进行了第一次X射线衍射实验，并取得了成功。
第一次X射线衍射实验所用的仪器。所用的晶体是硫酸铜。
爱因期坦称，劳厄的实验是“ 物理学最美的实 验”。它一箭双雕地解决了X射线的波动性和晶 体的结构的周期性。
高能辐射区 γ射线 能量最高，来自于核能级跃迁 χ射线 来自内层电子能级的跃迁 光学光谱区 紫外光 来自原子和分子外层电子能级的跃迁 可见光 红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁 波谱区 微波 来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁 无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁
波长
长
X射线粒子性： X射线的粒子性表现在它是由大量的不连续的粒子流 构成的。它具有一定能量和动量。 能量ε和动量p与X射线光子的频率v和波长λ之间的关 系如下： ε＝hv=hc/λ p＝h/λ h为普朗克常数，为 c 为光速，为
特征X射线的产生遵从光谱选律。
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特征X射线的多重线系
K 1：L2 K
K 2：L3 K
K射线的双重线K1与K2(钼靶)
28
1.5 X射线与物质的相互作用
X射线激发俄歇电子能谱
医学上透视 X射线衍射 X射线光电子能谱 X射线荧光光谱
X射线与固体物质的相互作用
若X射线照射(气态)自由原子，原子内层电子吸收辐射向高能级跃迁是X 射线吸收光谱分析方法的技术基础。
3、同步幅射X射线源
速度接近光速的带电粒子在磁场中作圆周运动时， 会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波。
•频谱宽且连续可调 •亮度高、高准直度
材料分析方法-1-课件
X射线照射到晶体物质时，将产生散射、干涉和衍射等现 象，与光线的绕射现象类似
X射线具有破坏杀死生物组织细胞的作用
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第二节 X射线的产生及X射线谱
连续X射线和特征X射线
图1-2 X射线管结构示意图
图1-2所示的X射线管是产生 X射线的装置
SWL和强度最大值对应的波长m减小 当管电流 i 增大时，各波长X射线的强度均提高，但SWL
和m保持不变
随阳极靶材的原子序数Z 增大，连续X射线谱的强度提高，
但SWL和m保持不变
31
第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱
连续谱强度分布曲线下的面积即为连续 X 射线谱的总 强度，其取决于X射线管U、i、Z 三个因素
不能给出所含元素的分布
10
绪论
四、X射线衍射与电子显微镜
1. X射线衍射（XRD, X-Ray Diffraction） XRD是利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的 相组成、晶体结构、晶格参数、晶体缺陷（位错等）、 不同结构相的含量以及内应力的方法。
t-ZrO2 ZrSiO
4
Intensity
本教材主要内容
绪论 第一篇 材料X射线衍射分析
第一章 X射线物理学基础 第二章 X射线衍射方向 第三章 X射线衍射强度 第四章 多晶体分析方法 第五章 物相分析及点阵参数精确测定 第六章 宏观残余应力的测定 第七章 多晶体织构的测定
1
本教材主要内容
第二篇 材料电子显微分析
第八章 电子光学基础
第九章 透射电子显微镜
1895年德国物理学家伦琴发现了 X射线，随后医学界将其 用于诊断和医疗，后来又用于金属材料和机械零件的探伤
材料分析方法复习
X射线衍射分析技术复习第一章：X射线物理学基础1、x射线本质：x射线又叫伦琴射线，是一种波长（λ=0.01～10nm）很短的电磁波，其电矢量与传播方向垂直，是横波，传播速度为3×108m/s，具有波粒二象性，粒子性表现突出，故x射线也可以视其为一束具有一定能量的光量子流。
2、x射线发生器原理是真空管内的高速电子与靶材的碰撞。
3、两种x射线谱：连续x射线谱和特征x射线谱。
（1）关于连续x射线谱：①强度随波长连续变化的谱线，产生机理是韧致辐射，特征是短波限，其只与x射线管的高压管的管压有关。
②连续x射线谱短波限公式：λ0＝K/U，（λ0：短波限，K=1.24nm*Kv，U：管压）（2）关于特征x射线谱：①管电压增高到一定值时，在连续谱的某些特定的波长位置会出现一系列强度很高、波长范围很窄的线状光谱，其波长取决于靶材的材料和靶材内层电子的跃迁，可作为阳极靶材的标志或特征，产生机理是由于真空中高速电子与靶材碰撞，使得内层电子的跃迁和有辐射的去激发所致。
②莫塞莱定律：（1/λ）1/2=K（Z-σ），其中K、σ为常数，Z为靶材原子序数，λ为特征x射的波长，该定律是x射线光谱分析的基础，适用于不同靶材同名特征x射线谱的情况。
4、x射线与物质的相互作用包括：x射线的散射、x射线的真吸收和x射线的衰减。
①x射线的散射包括相干散射（波长不变，能量不变）和非相干散射（波长变长，能量变小）；②x射线的真吸收：（光电效应与荧光辐射、俄歇效应和热效应消耗）：（ⅰ）入射x射线能量足够大时，可将内层电子击出，产生光电效应。
被击出的电子为光电子，外层电子向内层跃迁，辐射出波长严格一定的特征x射线，称由x射线激发产生的特征辐射为二次特征辐射，因其本质属于光致发光的荧光现象，故也称其为荧光辐射；（ⅱ）原子外层电子跃迁填补内层空位后释放能量并产生新的空位，这些能量被包括空位层在内的临近原子或较外层电子吸收，使这个电子受激发逸出原子称为自由电子的过程就是俄歇效应，这个自由电子叫做俄歇电子。
(完整版)材料分析方法部分课后习题答案
第一章X 射线物理学基础2、若X 射线管的额定功率为1.5KW，在管电压为35KV 时，容许的最大电流是多少？答：1.5KW/35KV=0.043A。
4、为使Cu 靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6，求滤波片的厚度。
答：因X 光管是Cu 靶，故选择Ni 为滤片材料。
查表得：μ m α＝49.03cm2／g，μ mβ＝290cm2／g，有公式，，，故：，解得:t=8.35um t6、欲用Mo 靶X 射线管激发Cu 的荧光X 射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？答：eVk=hc/λVk=6.626×10-34×2.998×108/(1.602×10-19×0.71×10-10)=17.46(kv)λ 0=1.24/v(nm)=1.24/17.46(nm)=0.071(nm)其中h为普郎克常数，其值等于6.626×10-34e为电子电荷，等于1.602×10-19c故需加的最低管电压应≥17.46(kv)，所发射的荧光辐射波长是0.071纳米。
7、名词解释：相干散射、不相干散射、荧光辐射、吸收限、俄歇效应答：⑴当χ射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种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。
⑵当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。
⑶一个具有足够能量的χ射线光子从原子内部打出一个K 电子，当外层电子来填充K 空位时，将向外辐射K 系χ射线，这种由χ射线光子激发原子所发生的辐射过程，称荧光辐射。
或二次荧光。
⑷指χ射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能量必须等于或大于将K 电子从无穷远移至K 层时所作的功W，称此时的光子波长λ称为K 系的吸收限。
第一章X射线物理学基础
λ＝ｈc/ △E
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高速电子在撞击到原子时，很容易将能量传 送給原子中的电子，而使原子离子化当原子內层 轨道的电子被激发后，其空位很快会被外层电子 的跃入填满，在此电子跃迁的过程中，由于不同 轨道间的能量差，X光会随着放出。 此过程所产
生的X光与原子中电子轨道的能量有关。
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产生特征X射线的同时也会产生连续X射
线，但特征X射线强度要比同时产生的邻 近波长连续X射线强度高得多，提高管电 压可以提高特征X射线的强度，但同时连 续X射线强度也增加。当工作电压为激发 电压的3－5倍时，特征X射线强度与连续 X射线强度的比率最大，因此电压应选为 激发电压的3－5倍。
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连续X射线谱的特点
1.在阳极靶所辐射的全部光子中，光子能 量的最大值不能大于电子的能量，具有 极大能量的光子波长，即为短波极限 λ0 。 当：ev=h·νmax=hc/λ0 有短波极限：λ0=12400/v
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X光管管电流、管电压和阳极靶材对连续谱的影响
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2.连续谱强度分布的形状主要决定于X 光管 加速电压的大小。当X 光管管压变化时，其 连续谱的强度分布的形状全不相同(见中间图)， 且在λ0的约1.5 倍波长处其强度达到最大值。 连续谱各波长的强度与X 光管的电流成正比 (见左图)。此外，连续谱各波长的强度随阳极 材料的原子序数增大而增加(见右图)。连续谱 的强度(I)与X 光管的电压(V)平方、电流(i)及 阳极材料的原子序数(Z)成正比： I ∝ i Z V2
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X射线产生的原理
电磁原理： 当带电粒子在加速或减速过程中， 会释放出电磁波，在巨大加速或减速过 程中，所释放的电磁波具有高能量，当 其波長在10-12－10-8m則成X光。
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第一章 X 射线的物理学基础
1、X 射线有什么性质，本质是什么？波长为多少？与可见光的区别？
X 射线性质：(1)X 射线穿透物质时可被吸收；(2)原子量及密度不同的物质，对X 射线的吸收不同；(3)轻原子物质对X 射线来说几乎是透明的，而重元素物质对X 射线的吸收非常显著；(4)可穿透不透明的物质。
本质：属于电磁波。
X 射线的波长：大约在0.01~100 Å之间。
X 射线和可见光本质上同属于电磁波，只不过彼此占据不同的波长范围而已；X 射线虽然和可见光一样（没有静止质量，但有能量），与光传播有关的一些现象（如反射、折射、散射、干涉、以及偏振）都会发生，但由于相对可见光而言，X 射线的波长要短得多（光量子的能量相应要高得多），上述物理现象在表现方式上与可见光存在很大的差异。
不能象可见光一样使X 射线会聚、发散、和变向，使得X 射线无法制成显微镜！
2、什么是X 射线管的管电压、管电流？它们通常采用什么单位？数值通常是什么？
X 射线的管电压：加载到阴极和阳极侧之间的电压。
（KV ），50KV
X 射线的管电流：在阴阳两极电场作用下，向阳极运动，形成的电流。
（mA ）50mA
3、X 射线的焦点与表观焦点的区别与联系？
焦点：阳极靶表面被电子束轰击的地方，正是这个区域发射X 射线。
对于长方形焦点的X 射线管，引出窗口很重要。
对着焦点长边开设的窗口发射出X 射线的表观焦点为线状（称为线焦斑），其强度较弱，但其水平发散度小，分辨率较高，线性较好，粉末衍射仪多采用线焦斑；对焦点短边开设的窗口发射出的X 射线的表观焦点则为正方形（称为点焦斑），强度较高，可使衍射线明锐，适合于织构测定及德拜、劳埃照相场合。
4、X 射线有几种？产生不同X 射线的条件是什么？产生的机理是怎样的？晶体的X 射线衍射分析中采用的是哪种X 射线？
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。
用于金属探伤的X 射线波长约为0.1~0.005nm 或者更短，而用于晶体结构分析的X 射线波长约在0.25~0.05nm 之间。
软X 射线：波长较长的软X 射线能量较低，穿透性弱，可用于医学和非金属的分析。
X 射线的管电压。
高速电子束轰击阳极靶面时只1%的能量转换为X 射线。
5、特征X 射线，连续X 射线与X 射线衍射的关系？
特征X 射线用于多晶衍射；连续X 射线用于单晶衍射。
6、什么是同一线系的特征X 射线？不同线系的特征X 射线的波长有什么关系？同一线系的特征X 射线的波长又有什么关系？
同一线系的特征X 射线：电子跃迁到同一个能层产生的X 射线。
M L K λλλ〈〈。
γβαλλλ〉〉。
7、什么是临界激发电压？为什么存在临界激发电压？
刚好激发特征谱的临界管压称为临界激发电压。
要使内层电子受激发，必须施加大于或等于其结合能得能量，才能使其脱离轨道，从而产生特征X 射线，而要施加的最低能量，就存在一个临界激发电压。
8、什么是αK 、βK 射线？其强度与波长的关系？
在K 系辐射过程中，当K 层的空位被L 层的电子填充时，则产生αK 特征辐射；当K 层的空位被M 层的电子填充时，则产生βK 特征辐射。
强度大，波长短；强度小，波长长。
9、为什么我们通常只选用Cr 、Fe 、Co 、Ni 、Mo 、Cu 、W 等做阳极靶，产生特征X 射线的波长与阳极靶的原子序数有什么关系？
阳极靶多采用高熔点金属。
靶材的原子序数Z 的增大，同一系的特征谱波长变短。
10、什么是相干散射、非相干散射？它们各自还有什么名称？相干散射与X 射线衍射的关系？
物质中的电子在X 射线电场的作用下，产生强迫振动，这样每个电子在各方向产生与入射X 射线同频率的电磁波，这种散射就是相干散射（相互干涉）。
X 射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞时电子获得一部分动能成为反冲电子，X 射线光子离开原来方向，能量减小，波长增加，因减少的能量不同，散射波的波长不同不会发生相干现象，故称非相干散射。
11、短波限、吸收限，激发限如何计算？注意相互之间的区别与联系.
短波限：X 射线管不同管电压下的连续谱存在的一个最短波长值。
0max /λνhc h eU ==
吸收限：λk 是为激发被照射物质产生K 系荧光辐射，入射X 射线须具有的波长的临界值，一般称之为被照射物质大量吸收X 射线的吸收限。
W
hc =λ 激发限：从激发光电效应对应的入射波长。
νλh hc
=，λ是激发限，v 是激发频率。
12、什么是X 射线的真吸收？比较X 射线的散射与各种效应？
真吸收：由于光电效应、俄歇电子、热效应而消耗的那部分入射X 射线能量称为对X 射线的真吸收。
13、什么是二次特征辐射？其与荧光辐射是同一概念吗？与特征辐射的区别是什么？
X 射线激发产生的特征辐射称为二次特征辐射。
二次特征辐射本质上属于光致发光的荧光现象，故也称这种辐射为荧光辐射。
区别：特征辐射是将内层电子击出到电子未填满的外层，二次电子是光子将内层的电子击出。
14、什么是俄歇电子与俄歇效应，及与二次特征辐射的区别？
原子的K 层电子被X 射线击出后，处于激发态，当L 层的电子向K 层跃迁时，将释放出ΔE=Ek -El 能量，这个能量可以用荧光X 射线的形式释放，也可以被原子内部的某个电子（内层或者外层）所吸收，使这个电子受激发而逸出原子成为自由电子，这就是俄歇效应，这个电子就是俄歇电子。
电子成为自由电子和光电子。
能量的高低不同。
15、反冲电子、光电子和俄歇电子有何不同？
X 射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞时电子获得一部分动能成为反冲电子。
当入射X 射线的光量子的能量足够大时，同样可以将原子内层电子击出，这就是光电效应。
被击出的电子称为光电子。
原子的K 层电子被X 射线击出后，处于激发态，当L 层的电子向K 层跃迁时，将释放出ΔE=Ek -El 能量，这个能量可以用荧光X 射线的形式释放，也可以被原子内部的某个电子（内层或者外层）所吸收，使这个电子受激发而逸出原子成为自由电子，这就是俄歇效应，这个电子就是俄歇电子。
16、在X 射线与物质相互作用的信号中，那些对我们进行晶体分析有益？那些有害？非相干散射和荧光辐射对X 射线衍射产生那些不利影响？
X 射线与物质的相互作用包括二个方面，分别是物质对X 射线的散射、物质对X 射线的吸收。
X 射线的散射包括相干散射和非相干散射；X 射线吸收主要是指荧光辐射和俄歇效应。
有益：相干散射、俄歇效应
有害：非相干散射、荧光散射
荧光辐射对X 射线衍射分析是有害的，它增加衍射花样的背底，但它是X 射线光谱或能谱分析的基础！ 非相干散射会增加连续背影，给衍射图象带来不利的影响，特别对轻元素。
17、线吸收系数与质量吸收系数的意义。
并计算空气对αCrK 的质量吸收系数和线吸收系数（假如空气中只有质量分数80%的氮和质量分数为20%的氧，空气的密度为1.29X10^-3g/cm^3）
线吸收系数表明物质对X 射线的吸收特性，即X 射线通过单位厚度（即单位体积）物质的相对衰减程度。
质量吸收系数：X 射线通过单位面积、单位质量物质后的强度的相对衰减量。
18、阳极靶与滤波片的选择原则是怎样的？
实践表明，选择靶材的原则是：Z 靶≤Z 样+1；Z 靶>>Z 样
滤波片：1： Z 靶＜40时，Z 滤＝Z 靶-1；2： Z 靶＞40时，Z 滤＝Z 靶-2
19、推导出X 射线透过物质时的衰减定律x u e I I 10-=，并指出个参数的物理意义？ 实验表明，当X 射线经过深度为x 处的dx 厚度的物质时，其强度的相对衰减 x x I dI /与dx 成正比： dx I dI x
x 1μ-=（负号表示x dI 与x d 符号相反） 对上式积分（积分区间是0-t ）t
t t
t o x t x t
x e I I x I dx
dI I 100
1010ln 1μμμ-=-=-=⎰⎰
20、当采用厚度为t 的滤片时，X 射线的透射因子为5.0/0=I I d
，假如，此滤片的厚度增加到原来厚度的2倍时，计算此时的透射因子0/I I d
的数值。
当厚度为t 时，5.0/10==-t d e I I μ，当厚度为2t 时，22205.0)(/'11===--t t d e e I I μμ
21、为使αCuK 线的强度衰减1/2，需要多厚的Ni 滤波片?(Ni 密度为8.90g/cm^3)。
22、厚度为1mm 铝片能把某单色X 射线束的强度降低为原来的23.9%，试求这种X 射线的波长。