X射线衍射基本原理
范围内。
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粒子性:
X射线在空间传播具有粒子性,或者说X射线 是由大量以光速运动的粒子组成的不连续的粒子 流,这些粒子叫光量子,每个光量子具有能量:
E h h c
每个光量子的能量是X射线的最小能量单位。 当它和其他元素有 成的生 功命 ,原就 有会 思子有 索希 就或望 会, 有电有 思信 路子心,就有交会努换有力 能量时只能一 份一份地以最小能量单就会位有收被获 原子或电子吸收。
hK=hc/KeVK 最式长中波长VK,为称K系为辐K有 成生 功系照命 ,特的就 有会 思征激就有 索会希 就辐发有望 会射收, 有电获有 思的压信 路心,激,就有会努发有力K限为。产生K系激发的
经典电动力学理论指出,X射线是一种电磁波, 当它通过物质时,在入射束电场的作用下,物质原子 中的电子将被迫围绕其平衡位置振动,同时向四周幅 射出与入射X射线波长相同的散射X射线,称之为经典 散射。由于散射波与入射波的频率或波长相同,位相 差恒定,在同一方向上各散射波符合相干条件,故又 称为相干散射。相干散射是X射线在晶体中衍射的基础。
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(三)、X射线谱
(1) 连续X射线谱
连续谱是由高能电子受 到原子电场作用减速而引起 的。电子能量的每一次递减 E,部转化为相应频率v的X 射线光子,服从关系式E= hv。一电子在外加电场V的 作用下,获得能量eV。如果 电于将其所获得的全部能量 eV都转化为X射线光子(该机 不同阳极靶在
会是E=很e小V=的h),v最此大=光有 成h子生 功c命 ,/的就 有最会 思能小就有 索量会希 就有望 会:收, 有获有 思3发5信 路k出心,V的外就有会努X加射有力电线压谱下
不同管压下钨 阳极所发射的连
续X射线谱
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(2) X射线特征谱
对X射线强度按波长的
分布曲线与管电压大小间关
系的研究指出,当管电压超
过某一临界值V激后(对Mo靶 为20kV, 对W靶为69.5 kV),
在连续X射线谱某几个特定
波长的地方强度突然明显地
增加。由于它们的波长反映 了靶材料的特征,有 成生 功故命 ,就 有称会 思有 索之希 就为望 会, 有有 思信 路心,就有会努有力
X射线衍射基本原理
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一、X射线的产生和性质
(一)、X射线的产生
X射线是1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发 现的。
X射线是高速运动的荷电粒子(例如电子)在突然减速时 产生的。
如果是K完层的电子按逐出,接着由其它较高 能级的外层电子填充而产生有的生X命射就会线有称希为望,K有系信射心就会有 线 电 子,子被填逐由充出L音而层称产电为生子的K填X射充射线者线等称称等为为成。K功L同,。系有理射射思,就索线线会就因,,有会L由其收有层获思M它电路层类,有努力 特征x射线的产生机构 推。
特征X射线。
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不同管压下钼阳极所
发射的X射线谱
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X射线特征谱有以下特点:
(1) 产生特征谱所需的最低电压(临界激发电压 V激)对不同靶元素是不同的,随原子序数Z的增 加而增加;
(2) 特征谱的波长随靶元素原子序数Z的增加 而变短;
(3) 当管电压达到V激后再进一步升高时,特征 谱的波长不变,有生但命就强会有度希望按,有所信心超就会过有 电压的n次方
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(2) 非相干散射
当X射线光量子冲击束缚力较小 的电子或自由电子时,产生一种反冲 电子,而入射X射线光置于自身则偏 离入射方向(散射角为)。散射X射线 光量子的能量固部分转化为反冲电子 的动能而降低波长增大。散射波的位 向与入射波的位相之间不存在固定关 及故这种散射波是不相有 成干生 功命 ,的就 有会 思,有 索故希 就望 会称, 有有 思之信 路心,就有会努有力 非相干散射示意图 为非相干散射或称康普顿-吴就有会有训收获散 射。
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(3) 荧光辐射
当X射线光量子具有足够高的能量时,可以将被 照射物质原子中的内层电子激发出来,使原子处于激 发状态,通过原子中壳层上的电子跃迁辐射出X射线特 征谱线。这种利用X射线激发作用而产生的新特征谱线 称为二次特征辐射也称为荧光辐射。
入射X射线光量子的能量加必须等于或大于特此原 子某一壳层的电子激发出所需要的脱出功。即:
高速运动的电子与靶材作用可能存在两种情况: (a) 电子与原子的有核生命心就会电有场希望作,有用信心就会有 (b) 电子与核外电成子功,作有思用就索会就有会收有获思路,有努力
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(二)、X射线特性
X 射线的波动性与粒子性是X 射线具有的 客观属性
(a) 波动性:
1913年德国物理学家劳厄(M.V. Laue)等发现X
射线衍射现象,从而证实了X射线本质是一种电磁波,
它与可见光一样,X射线以光速沿直线传播,其电场
强度矢量E和磁场强度矢量H相互垂直,并位于垂直
于X射线传播方向有的生命平就会面有希上望,。有通信心常就会X有射线波长范围为
10~0.001nm,衍成射功,分有思析索就中会常有思用路,波有努长力 在0.05~0.25nm
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原子间各壳层的能量差随原子序数的增加而增 加,故特征辐射的波长随原子序数的增加而变 短,这一关系遵循所谓莫塞莱(Moseley)定律:
v C(Z )
这是成分分析的基础
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(四)、X射线与物质交互作用
(1) 相干散射
增加。
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按量子理论原子是由原于核及绕核运动的电子 组成的,电子分布在不同能级的壳层(轨道)上, 即,K、L、M、N、0、P等层,能量逐渐增高。 两相邻层间的能量差依K、L、M、N……的次 序减小。
当具有足够能量的电子(大于或等于壳层电子的 结合能)轰击阳极靶时,可能将原子内层的某些 电于逐出,使原子电离而处于激发态,空位将 被较高能量壳层的电子来填充,能量差则以X 射线光子的形式辐射出来,结果得到具有固定 能量,固定频率或固定波长的X射线。