材料测试分析方法要点.doc

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1、第一章X射线物理学基础1、X射线谱：连续谱：对X光管施加电压V，并维持一定管电流i，得到X射线强度和波长的关系曲线，称为连续X射线谱。（连续X射线：高速电子撞击阳极减速时产生的韧致辐射）特征谱：当光管电压V增高到大于阳极靶材相应的某个临界值VK时，即，则在连续谱的某特定波长处出现一些强度高，窄而尖锐的线形光谱峰。（特征X射线：阳极原子在高速电子作用下能级跃迁产生的）短波限：极少数电子一次碰撞将全部能量一次性转化为一个光子，此光子具最高能量和最短波长（短波限λSWL）。2、连续X射线强度：；X射线管效率：若X射线管仅产生连续谱时，若输入功

2、率为iV，则产生连续X射线效率或X射线管效率η。则。可见，管压↑，靶材Z↑，管效率η↑；因常数K1＝(1.1～1.4）×10-9，很小，即使用W靶（Z=74），管压为100kV时，η≈1％（Cu：0.1％），故效率是很低的。为提高光管发射连续X射线的效率：①选用重金属靶，②施以高电压，就是这个道理。3、I特征的影响因素：，当管压V超过激发电压时，特征X射线强度随管电压U和管电流i的提高而增大。特征X射线波长不受光管电压、电流的影响，只决定于阳极靶材元素的原子序数。4、I连续与I特征的比值：X光管电压V＝（3～5）V激时，产生的特征X射线

3、与连续X射线的比率为最大。5、X射线与物质的相互作用（穿透和吸收）：（1）X射线的散射：X射线照射物质上时，偏离了原来方向的现象。主要是核外电子与X射线的相互作用，会产生两种散射效应。相干散射：入射X射线与物质原子中内层电子作用，当X光子能量不足以使电子激发时，将其能量转给电子，电子则绕其平衡位置发生受迫振动，成为发射源向四周辐射与入射X射线波长（振动频率）相同电磁波（即电子散射波）。非相干散射（量子散射）：X光子与外层价电子相碰撞时的散射。（2）X射线的吸收：X光通过物质而强度衰减，或被物质吸收。A.质量吸收系数μm[cm2/g]：，

4、μl为线吸收系数。μm物理意义：X射线通过单位面积上单位质量物质后强度相对衰减量。μm与物质密度ρ和状态无关；而与物质原子序数Z和X射线波长λ有关。其经验公式为：。B.多元素化合物、固溶体或混合物质量吸收系数计算：混合物、化合物的质量吸收系数：为各组分的质量吸收系数（μmi）与其质量分数（Wi）乘积和。设含组分1、2的物质，质量分数：W1、W2；则混合物质量吸收系数：（W1＋W2）＝1，。6、光电效应：当入射X光子能量等于或略大于吸收体物质原子某壳层电子的结合能时，将内层电子击出，成为自由电子，原子则为激发态，外层电子向内层空位跃迁，并

5、辐射出一定波长的特征X射线。（光电效应：使入射X射线消耗大量的能量，表现为物质对入射X射线的强烈吸收。）7、俄歇效应：当K层电子被击出，原子处K激发态，能量为EK。若LⅠ层电子跃入K层填补空位。能量由EK→ELⅠ，且释放出多余能量。若能量被另一LⅠ电子或较外层电子所吸收，该电子受激发而逸出，即为俄歇电子。第二章X射线衍射方向1、布拉格定律（1）X射线“反射”和光的反射的区别相似处：入射束、反射束、反射面法线处同一平面；入射角＝反射角。故X射线衍射也称为X射线“反射”(reflection)。相异处：有四个方面本质区别。a.X射线衍射：由

6、入射线在晶体中所经路程上的所有原子散射波干涉的结果；光的反射：在极表层上产生，且仅在两介质界面上。b.X射线衍射：只在满足布拉格定律的若干个特殊角度上产生（选择性反射）；光的反射：可在任意角度。c.光镜面反射效率近100％；而X射线衍射强度却很弱。d.X射线衍射的反射角不同于光的反射角；X射线衍射的入射线与反射线的夹角永远是2θ。（2）布拉格方程的讨论布拉格方程：，只是发生衍射的“必要条件”而非“充分条件”。衍射极限条件：因为sinθ<1，可得产生衍射的必要条件：。可见，只有X射线波长λ小于反射晶面面间距d的两倍时才能产生衍射。对一定波

7、长λ的X射线，晶体中有可能参加反射的晶面族也是有限的，须满足：，即：只有那些晶面间距d大于入射X射线半波长的晶面才能发生衍射。第三章X射线衍射强度1、布拉格方程是反射的必要条件，而不是充分条件。2、结构因数：（1）一个电子对X射线的散射：一个电子对X射线散射的汤姆逊公式：。被称为偏振因子或极化因子（2）一个原子对X射线的散射强度：原子散射因数f（原子对X射线的散射能力）：在相同条件下，一个原子散射波与一个电子散射波的波振幅或强度之比。原子散射因数表达为：。f也可理解为：以一个电子散射波振幅为单位，来度量一个原子的散射波振幅，也称原子散射

8、波振幅。f反映了一个原子将X射线向某个方向散射的效率，它与原子中电子分布密度及衍射波长和方向θ（sinθ/λ）有关。（3）一个晶胞对X射线的散射强度：引入一个以电子散射能力为单位、反映单胞散射能力的参量－－