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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
原子结构壳层理论
高能电子撞击阳极靶时，会将阳极物质原子中K层 电子撞出电子壳层，在 K壳层中形成空位，原子系统 能量升高，使体系处于不稳定的激发态，按能量最低 原理，L、M、N一层中的电子会跃人 K层的空位，为 保持体系能量平衡，在跃迁的同时，这些电子会将多 余的能量以X射线光量子的形式释放。
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
K 系标识X射线：
对于从 L， M， N… 壳层中的电子跃入 K
壳层空位时所释放的 X射线，分别称之为K、 K 、 K…谱线，共同构成K系标识X射线。
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
X射线与物质的作用
产生物理、化学和生化作用，引起各种效应，如： 使一些物质发出可见的荧光；
连续谱中接近最短波长处的辐射较多。
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
连续谱的经验公式可表达为：
（3-7）
C为常数，Z为阳极材料的原子序数。
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材料研究方法 – XRD
特征X射线
3.1 X射线的物理基础
图3-7 Mo靶X光管发出X光谱强度（35kV时）
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
X射线机
图3-2 X射线机的主要线路图
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
X射线管的工作原理
电子枪：产生电子并将电子束聚焦， 钨丝烧成螺旋式，通以电流钨丝烧 热放出自由电子。
X射线管
金属靶：发射x射线，阳极靶通常 由传热性好熔点较高的金属材料制 成，如铜、钻、镍、铁、铝等。
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
X射线管的工作原理
整个X射线光管处于真空状态。当阴极和阳极之 间加以数十千伏的高电压时，阴极灯丝产生的电子在 电场的作用下被加速并以高速射向阳极靶，经高速电 子与阳极靶的碰撞，从阳极靶产生 X 射线，这些 X 射 线通过用金属铍（厚度约 0.2mm）做成的 x射线管窗 口射出，即可提供给实验所用。
材料研究方法 – XRD
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连续X射线谱
3.1 X射线的物理基础
图3-6 各管电压下W的连续谱
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的Байду номын сангаас理基础
连续X射线谱
X 射线连续谱的强度随着X射线管的管电压 增加而增大，最大强度所对应的波长 max 变 小，最短波长界限 0 减小；
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
X射线的性质
X射线具有很高的穿透能力，可以穿过黑纸及许多
对于可见光不透明的物质； X射线肉眼不能观察到，但可以使照相底片感光。
在通过一些物质时，使物质原子中的外层电子发生跃
迁发出可见光；

X射线能够杀死生物细胞和组织，人体组织在受到
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
X射线的性质
1. X射线是一种电磁波，具有波粒二象性；
2. X射线的波长： 10－2 ~ 102 Å
3. X射线的 （ Å ）、振动频峰 和传播速度C
（m·s-1）符合
=c/
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(3-1)
材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
X射线的性质
4. X 射线可看成具有一定能量 E、动量 P、质量 m 的 X 光流子
E = hv P=h/
（3-2） （3-3）
h 为普朗克常数，h = 6.62617610-27尔格，是1900年 普朗克在研究黑体辐射时首次引进，它是微观现象量子特 性的表征。
X射线的辐射时，生理上会产生一定的反应。
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
X 射线的产生
高速运动的电子流
射线
X 射线
在突然被减速时 高能 辐射流
均能产生X射线
中子流
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
X 射线管
图3-3 X射线管示意图
研究中的实验设计和实验技巧。
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
X射线的历史
1895年，著名的德国物理学家伦琴发现了X射线； 1912年，德国物理学家劳厄等人发现了 X射线在晶体 中的衍射现象，确证了X射线是一种电磁波。 1912年，英国物理学家Bragg父子利用X射线衍射测定 了 NaCI 晶体的结构，从此开创了 X 射线晶体结构分析的 历史。
3.1 X射线的物理基础
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
Chapter 3 X-Ray Diffractometry
第三章 X射线衍射分析
Reference: 1. R. Jenkins, R.L. Snyder. X-Ray Powder Diffractometry. 2. 王培铭、许乾慰. 材料研究方法
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材料研究方法 – XRD
3.1 X射线的物理基础
x 射线谱
x
射 线 谱
连续谱：
强度随波长连续变化的连续谱。 （见图3-6）
特征谱：波长一定、强度很大的特征
谱特征谱只有当管电压超过一定值Vk （激发电压）时才会产生，只取决于光 管的阳极靶材料，不同的靶材具有其特 有的特征谱线。 特征谱线又称为标识谱，即可以来标识 物质元素。（见图3-7）
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材料研究方法 – XRD
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3.1 X射线的物理基础
本章内容、重点和难点 X射线的物理基础，X射线衍射原理（布拉格 方程），样品制备及实验方法，XRD在材料研究 中的应用；
重点是X射线的产生，XRD中的布拉格方程及
其在材料研究中的应用；
难点是X射线与物质的相互作用，XRD在材料