材料分析测试方法
一天晚上伦琴很晚也没回 家,他的妻子来实验室看 他,于是他的妻子便成了在 那不明辐射作用下在照相底 片上留下痕迹的第一人。 当 时伦琴要求他的妻子用手捂 住照相底片。当显影后,夫 妻俩在底片上看见了手指骨 头和结婚戒指的影象。
指 环
第一节 X射线的性质
X射线是波长为0.01~10nm范围的电磁波,它与可见光 红外线、宇宙射线等相类似。它在电磁波谱中的位置如图1-1
2.1 X射线的产生
窗口
高压接点
图1-3 (a)封闭电子式X射线管
图1-3(b)封闭电子式X射线管结构示图
焦点
②希望有较强的X射线强 度,可缩短曝光时间。
图1-4 X射线接收方向
2.2 X射线谱 X射线谱是指X射线强度随波长变化的关系曲线
①波动性 X射线的性质 以一定的频率和 波长在空间传播
②粒子性
由大量的不连 续粒子流组成
X射线
图1-1 电磁波谱
①波动性
X射线沿着y方向传播时,同时具有电场强度E和磁场强 度H,这两个矢量总是以相同的周相,在两个相互垂直的平 面内作周期振动且于y方向相垂直。传播速度等于光速。
用数学式子表示波函数:
主要参考文献 • • • • 周玉.材料分析方法.机械工业出版社 黄新民.材料分析测试方法.国防工业出版社 张锐.现代材料分析方法.化学工业出版社 赵品.材料科学基础教程.哈尔滨工业大学出版社
第一章 X射线的物理学基础
引 言
第一节 X射线的性质 第二节 X射线的产生及X射线谱 第三节 X射线与物质的相互作用
①连续X射线谱
波长连续变化的X射 线组成
X射线谱 ②特征X射线谱
一定波长的若干X射 线叠加在连续X射线 谱上构成
①连续X射线谱 图1-5所示的曲线是管电流恒定,管电压从5kV逐渐增加到 25kV钼钯X射线管中发出的X射线谱。 ①曲线均有一个最短波长限λ0和 最大强度点所对应的波长λm
②恒定管电流,逐渐升高电压, λ0和λm均向短波方向移动。
E
H
y t E 0 exp[ 2i ( ) )] T 2 y t H 0 exp[ 2i ( ) )] T 2
H
c 0
E
式中: y:所研究的位置离光源的距离; t:时间;λ:波长;T:周期; φ:初位相角;c:光速; ε0:真空介电常数
在X射线分析中我们记录的是电场强度矢量E引起的物理 效应,因此只讨论E的变化,不考虑磁场强度矢量H的响。
引
言
1、 1895年德国物理学家伦琴发现了X射线。(这种射线: 肉眼看不到,可使底片感光,有很强的穿透力,当时不了 解这种辐射的性质)
2、1912年劳厄及合作者进一步推动了X射线的发展。 (硫酸铜单晶衍射实验) 3、劳厄衍射实验后,X射线学出现两个新的分支: 一是波长已知,根据衍射花样研究与结构和结构变化相关 的各种问题(X射线衍射学); 二是分光晶体结构已知,根据衍射花样测定物质发出X射 线的波长和强度,来研究物质的原子结构和成分(X射线光 谱学)。
X射线的强度用波动的观点描述: 单位时间内通过垂直于X射线传播方向 的单位截面上的能量的大小。
强度与振幅A的平方成正比。I∝ A
2
②粒子性 X射线是由粒子流构成,这些粒子流称为光量子或光子。 每一个光量子均具有能量ε和动量p。
h
p h
hc
式中:h为普朗克常数,6.625×10-34 JS c为光速,2.998×108 m/s λ为X射线的波长 ν为X射线的频率
绪
论
本课程是一门试验方法课,主要介绍X射线衍射分析
的基本原理、实验方法及应用,扫描电镜、透射电镜显微 分析的基本原理、方法及应用。
目 录
第一篇 • • • • 材料X射线衍射分析 第二篇 材料电子显微分析 • 第8章 扫描电子显微镜 • 第9章 透射电子显微镜 参考文献
第1章 X射线的物理学基础 第2章 X射线衍射方向 第3章 X射线衍射强度 第4章 多晶体X射线衍射分 析方法 • 第5章 物相分析及点阵参 数精确测定 • 第6章 宏观残余应力的测 定 • 第7章 多晶体结构的测定
X射线的强度用粒子性的观点描述:
单位时间内通过垂直于传播方向单位面积 光量子数与光量子能量的乘积。
波粒二象性是X射线的客观属性:
波动性反映在物质运动的连续性,在传播 过程中可发生干涉、衍射等现象。粒子性 特征突出表现在物质的相互作用和能量的 相互交换。
第二节 X射线的产生及X射线谱
2.1 X射线的产生 2.2 X射线谱
③当电压增加时,各个波长所对 应的强度增加,曲线下所围的面 积增加。
图1-5 连续X射线谱
形成X射线谱原因 当电流为10mA ,每一秒将发射6.25×1016个电子,每个 电子到达阳极的条件、时间和速度均不相同,所得电子波的 频率不同、波长也不相同,从而形成连续X射线。(经典物理 学和量子理论解释) 要点: ①当电子所具有的电能,毫无损失地全部转换成电子的 动能,所得的动能又毫无损失全部转换成X射线,此时,所 得X射线的波长为最短。 ②随管电压的增加,阴阳极之间的电场强度增加,电子 的运动速度增加,转换后电磁波的强度增加
伦琴 -----全名威廉· 康拉德· 伦琴(1845~1923), 德国实验物理学家。 ●1845年3月27日生于德国莱茵州雷内普镇。 ● 1869年获苏黎世大学理学博士学位。 ●1870年回德国维尔茨堡大学工作。 ●1894年任维尔茨堡大学校长。 ●1895年11月8日发现X射线。 ●1900年任慕尼黑大学物理研究所教授,主任。 ●1901年获首届诺贝尔物理学奖。 ●1923年2月10日在慕尼黑去世。 个人贡献 伦琴一生在物理学许多领域中进行过实验研究工作,如对电介质 在充电的电容器中运动时的磁效应、气体的比热容、晶体的导热性、 热释电和压电现象、光的偏振面在气体中的旋转、光与电的关系、物 质的弹性、毛细现象等方面的研究都作出了一定的贡献,由于他对X射 线的发现赢得了巨大的荣誉,以致这些贡献大多不为人所注意。
电场强度E随X射线传播时间或传播距离的变化呈周期性 波动。波动振幅为A0(或E0),如图1-2所示。 一束沿y轴方向传播的波长为λ的X射线波方程如下:
式中: A0:电场强度振幅;ν :频率(c/ λ ); c:光速;t:时间; φ:初位相角
A
y cos 2 ( t ) A0
图1-2 E的变化 (a)x一定时,E随t的变化;(b)t一定时,E随x的变化