X射线物理学基础ppt课件.ppt

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1、材料现代分析方法材料科学与工程分院王瑞敏一、X射线的发展史二、X射线的性质三、X射线谱四、X射线与物质的相互作用第二章X射线物理学基础一、X射线的发展史德国物理学家伦琴(WilhelmRoentgen)1895年11月8日劳埃电磁波谱1.电磁波谱电磁波谱区段的界限是渐变的二、X射线的性质（一）X射线的本质一个光子的能量：其中普朗克常数h=6.625*10-34J.s光速c=2.998*108m/s一个光子的动量：2.波粒二象性光波电场强度分量的表示：问题：（1）X射线的波长范围在10~0.001nm或100~0.01埃，其光子的能量范围是多少？（单位：电子伏特）（二）物质波

2、运动实物粒子也具有波粒二象性，称为物质波或德布罗意波，如电子波、中子波等。德布罗意关系式(=h/p)=h/mv式中，p——运动实物粒子的动量；m——质量；v——速率。对于高速运动的粒子，m为相对论质量，有当v<

3、布罗意波）有干涉和衍射现象X射线的特点：1）不可见2）折射率接近13）穿透性强5）杀伤作用1.产生方式：1.高速电子流撞击金属靶2.同步幅射X射线X射线管的结构：(三)X产生与X射线管X射线管阴极产生电子阳极产生X射线装置介绍1）常用的靶材：Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag2）冷却系统：效率1%，阳极的底座一般用铜制作。使用时通循环水进行冷却。以防止阳极过热的熔化。3）焦点指阳极靶面被电子束轰击的面积。1mm*10mm的长方形。产生的X射线束以6°度角度向外发射。4)窗口：X射线射出的通道。铍密封，以保持X射线的真空。X射线产生过程：冷却水靶（阳极）铜X射线X射线真

4、空钨丝玻璃管座（接变压器）铍窗聚焦罩三、X射线谱(TheX-RaySpectrum）依赖于加速电压的连续X射线不依赖于加速电压的特征X射线（一）连续X射线（白色X射线）ContinuousRadiation连续X射线谱及管电压(U)对连续谱的影响(钨靶)短波限0U增加，则0减小，I()曲线上移，i增加，则I()上移，但0不变；靶材原子序数(Z)增加，也使I()上移，且0不变。U的单位用VX射线短波限λ0I连=K1iZU2η=I连/iU=K1ZU高电压和重金属特点：连续X射线产生机理：电子的动能转变为X射线的光子的能量（二）X射线特征谱（标识X射线）Charac

5、teristicRadiation特点：1）和靶的物质有关，和电压无关2）电压要达到一定值才能产生莫塞来定律：式中K2为与靶中主量子数有关的常数，σ为屏蔽常数，与电子所在的壳层有关。特征X射线谱及管电压对特征谱的影响（钼钯K系）特征X射线产生机理：eVk=hvk=WkhvK→L=△EKL=EL-Ek==hc/λX射线波长是一定的特征X射线K系激发Kα特征X射线K系列辐射KαKβKγK系激发LαLβL系激发KLMN0ELEKEMEN铜谱线CopperSpectrumWavelengths:Kα11.5406ÅKα21.5444ÅKβ11.3922ÅKβ21.3922Å工作电压

6、一般是激发电压的3-5倍，这时I特/I连最大五、X射线与物质的相互作用X射线的散射1）相干散射（汤姆逊散射）2）非相干散射（康普顿散射）△λ=0.0024(1-cos2θ)X射线与物质的相互作用光电效应和俄歇效应X射线的衰减1.X射线的散射InelasticScattering(Compton)（1）弹性散射（2）非弹性散射（康普顿效应）2.X射线与物质的相互作用(1)光电效应将原子内层电子击出使其成为光电子，同时辐射出波长严格一定的特征X射线二次特征辐射，也称为荧光辐射。(荧光光谱分析原理是光电效应)俄歇效应如果原子K层电子被击出，L层电子向K层跃迁，其能量差不是以产生K

7、系X射线光量子的形式释放，而是被邻近电子所吸收，使这个电子受激发而逸出原子成为自由电子-----俄歇电子(Augerelectrons)。这种现象叫做俄歇效应。俄歇效应——俄歇电子的产生(示意图)初态终态原子内层(如K层)出现空位较外层(例如L层)电子向内层（K层）跃迁（1）辐射跃迁，发射二次（荧光）X射线（2）无辐射跃迁，产生俄歇电子hv=E=EL－Ek特征X射线此过程称俄歇过程或俄歇效应标识为KL2L3俄歇电子X射线与物质相互作用及据此建立的主要分析方法X射线与固体物质的相互作用医学上透视X射线荧光光谱X射