2dsinθ=nλ 1913年，布拉格用X分光计首次测出了NaCl晶体结构
第一章 X射线的物理学基础
通过这些研究，X射线学出现了2个分支：
▪ 根据衍射花样，在波长已知的情况下测定晶体结构，研
究与结构和结构变化相关的各种问题→X射线衍射学
▪ 根据衍射花样，在分光晶体结构已知的情况下测定各种
物质发出的X射线的波长和强度，研究物质的原子结构和 成分→X射线光谱学
X射线谱是X射线强度随波长变化的曲线，根据谱线特征 可分为两类：连续X射线谱和特征X射线谱。
1.31 连续X射线谱 ⒈含义：由波长连续变化的X射线构成，也称白色X 射线
或多色X射线。 由图示曲线可知，每条曲线
都有一强度极大值（对应波 长λm）和一个波长极限值 （短波限λ0）。
1.3 X射线谱
ε=hυ=hc/λ P=h/ λ
X射线衍射分析常用波长0.05～ 0.25nm，金属材料：0.005～ 0.1nm
1.1 X射线的性质
1.2 X射线的产生
在高真空中，高速运动的电子遇到障碍就会释放出X射 线。
产生X射线的条件： ⑴以某种方式产生一定量自由电子 ⑵在高真空中，在高压电场作用下迫使这些电子做定向 运动 ⑶设置障碍物以急剧改变电子运动速度
变。
1.3 X射线谱
⑷电子显微分析是以材料微观形貌、结构与成分分析 为基本目的。其中的一些分析方法也可归于光谱分析 〔如电子探针〕、能谱分析〔如电子激发俄歇能谱〕和 衍射分析〔如电子衍射〕等范畴。透射电子显微镜分析 和扫描电子显微分析及电子探针分析是基本的电子显微 分析方法。
学习要点：3个问号 ？—是什么→涵义 ？—为什么→原理 ？—做什么→应用
eV
h max
hc
0
hc eV
12.4 10 2 V
短波限λ0与加速电压有关，与阳 极靶材无关。
1.3 X射线谱
影响连续谱因素：管电压U、管电流i和靶材z
保持i、z不变，增大U，强度提高， λm、 λ0移向短
波； 保持U、z不变，增大i，强度一致提高， λm、 λ0不
变； 保持U、i不变，增大z，强度一致提高， λm、 λ0不材料分析Leabharlann 试方法材料物理专业前言
▪ ⑴衍射分析是以材料结构分析为基本目的的分析方法，
包括X射线衍射分析、电子衍射分析和中子衍射分析等。
▪ ⑵光谱分析是以材料成分分析为基本目的的分析方法，
包括各种吸收光谱分析方法、发射光谱分析方法和散射光 谱〔拉曼散射谱〕分析方法。
前言
⑶能谱分析是以材料成分分析为基本目的的分析方法， 包括光电子能谱、俄歇电子能谱、离子中和谱和电子能量 损失谱。
参考书 ⑴材料现代分析方法，北京工业大学出版社，左演声、
陈文哲主编； ⑵材料近代分析测试方法，哈尔滨工业大学出版社，
祁欣、常铁军主编
第一章 X射线的物理学基础
引言 1895年，德国物理学家伦琴发现X射线并对其进行了 研究。1896年，在《Nature》上发表论文，指出X射 线的几个特点∶①可以被吸收且吸收的程度与被辐射 物质的原子量和密度有关；②轻元素物质对X射线几 乎透明，重元素物质对X射线有不同程度吸收；③能 产生荧光，使照相底片感光。
产生X射线的实验装置—电子式X射线管→真空二极管
1.2 X射线的产生
⑴结构：真空二极管 阴极：W丝，发射电子，灯丝外设金属聚焦罩，聚焦 电子束。 阳极：产生X射线，由熔点高、导热好的铜制成，并
镀一层Cr、F e 、Co 、Ni 、Mo等金属以产生不同
波长X射线。
阳极
阴极
1.2 X射线的产生
⑵工作原理 阴极通电加热放出热电子，在30～50Kv高压作用下，
伦琴并未指出X射线的本质是什么？
第一章 X射线的物理学基础.
1912年，法国物理学家劳厄提出2个假设∶ X射线是电磁波，波长为原子线度的1/10； X射线能产生衍射 。 上述假设通过硫酸铜单晶衍射实验得到证实。
同时期，英国布拉格父子从反射角度提出设想：用X射 线照射晶体中一系列相互平行原子面将会产生反射， 并认为只有反射线相互叠加时反射才能发生，相互抵 消时反射并不存在→反射的选择性。并推导出了布拉 格方程：
电子高速撞击阳极而产生X射线。 ⑶X射线接收 与靶面呈6°方向接收？
阳极
阴极
1.2 X射线的产生
X射线方向不同强度不同， 越接近与电子束垂直方向 强度越高。由于靶面不可 能绝对光滑，大部分沿靶 面X射线都被部分吸收而 强度减弱。因此，在与靶 面呈6°方向，开设2 ～4个 窗口（铍）进行X射线的 接收。
上述X射线管的功率比较低，一般为500w~3000w？
1.2 X射线的产生
主要由于高速运动电子的动能仅1%转变成X射线，其余 99%都转变成热能，功率过高靶面容易烧熔。
如何提高功率？
旋转阳极靶X射线管
旋转阳极靶：阳极不断旋转， 电子束轰击部位不断改变，不 会出现烧熔，功率可提高至 100kw。
1.3 X射线谱
如何解释？
Ⅰ）经典物理学 一个带负电荷的电子作加速运动时，周围电磁场将发 生急剧变化，此时必然会产生一个电磁波或一个电磁 脉冲。由于极大数量的电子射到阳极的时间和条件不 同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成 连续X射线谱。
1.3 X射线谱
Ⅱ）量子理论
当能量为1eV的电子与阳极靶原子碰撞时，电子损失 自己的能量，其动能的一部分以X光子的形式辐射出 来，其余部分转化为热能。在与阳极靶相碰的众多电 子中，有的发生一次碰撞，即辐射一个光子，有的则 多次碰撞辐射多个能量各异的光子，它们的总和构成 连续谱。极限情况：一个电子经一次碰撞即把所有能 量转变为光子能量，此时光子能量达到最大：
1.1 X射线的性质
▪ 1.1 X射线的性质
▪ 现象：X射线人肉眼不可见，能使气体电
离，使底片感光，能穿过不透明物质，产 生荧光，呈直线传播，在电磁场中不发生 偏转，对生物有机体产生作用……
1.1 X射线的性质
本质：X射线是波长极短的电磁 波，介于紫外线和γ射线之间。
呈现波粒二象性： 波动性：以一定频率和波长在空 间传播，反映物质运动连续性。 粒子性：以光子形式辐射和吸收 时具有一定质量、能量和动量， 反映物质运动分立性。