第四章-X射線衍射線束的強(qiáng)度ppt課件.ppt
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1、從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。第四章第四章 X X射線衍射線束的強(qiáng)度射線衍射線束的強(qiáng)度引言引言4-1 4-1 一個(gè)電子對(duì)一個(gè)電子對(duì)X X射線的散射射線的散射4-2 4-2 一個(gè)原子對(duì)一個(gè)原子對(duì)X X射線的散射射線的散射4-3 4-3 一個(gè)單胞對(duì)一個(gè)單胞對(duì)X X射線的散射射線的散射4-4 4-4 一個(gè)小晶體對(duì)一個(gè)小晶體對(duì)X X射線的散射射線的散射4-5 4-5 粉末多晶體的粉末多晶體的HKLHKL面的衍射強(qiáng)度面的衍射強(qiáng)度4-6 4-6 消光效應(yīng)對(duì)衍射強(qiáng)度的影響消光效應(yīng)對(duì)衍射強(qiáng)度的影響從使用
2、情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。本章將討論衍射線強(qiáng)度與原子位置本章將討論衍射線強(qiáng)度與原子位置和種類間的定量關(guān)系,以便通過強(qiáng)度和種類間的定量關(guān)系,以便通過強(qiáng)度的測(cè)定確定原子位置和種類。的測(cè)定確定原子位置和種類。原子種類及其在晶胞中的位置不同反映原子種類及其在晶胞中的位置不同反映到衍射結(jié)果上,表現(xiàn)為反射線的有無或到衍射結(jié)果上,表現(xiàn)為反射線的有無或強(qiáng)度的大小,這就是我們必須把握的第強(qiáng)度的大小,這就是我們必須把握的第二類信息,即二類信息,即衍射強(qiáng)度衍射強(qiáng)度。幾何理論只是一個(gè)抽象的物理模型,而未涉幾何理論
3、只是一個(gè)抽象的物理模型,而未涉及到實(shí)質(zhì)。及到實(shí)質(zhì)。引言從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。實(shí)驗(yàn)證明:實(shí)驗(yàn)證明:強(qiáng)度極大值的方向,就是衍強(qiáng)度極大值的方向,就是衍射線束的方向,射線束的方向,即:衍射線強(qiáng)度與方向有關(guān),即:衍射線強(qiáng)度與方向有關(guān),但前述四種形式都不能說明但前述四種形式都不能說明強(qiáng)度。強(qiáng)度。引言從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。強(qiáng)度在空間的分布情況表征衍射強(qiáng)度在空間的分布情況表征衍射線
4、的形狀。線的形狀。前面將某方向的衍射線看作一條前面將某方向的衍射線看作一條線,但實(shí)際為一束,所以,通過線,但實(shí)際為一束,所以,通過強(qiáng)度的討論將引出強(qiáng)度的討論將引出衍射線束的方衍射線束的方向和形狀向和形狀。實(shí)際強(qiáng)度比理論計(jì)算大得多。實(shí)際強(qiáng)度比理論計(jì)算大得多。引言從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。我們知道我們知道一個(gè)晶體一個(gè)晶體晶胞晶胞原子原子電子電子原子核原子核引言從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不
5、再說明。影響衍射強(qiáng)度的因素影響衍射強(qiáng)度的因素晶胞大小晶胞大小原子數(shù)目、原子數(shù)目、種類、坐標(biāo)種類、坐標(biāo)晶體大小晶體大小溫度溫度,吸收吸收,方位方位引言從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。4-14-1 一個(gè)電子對(duì)一個(gè)電子對(duì)X射線的散射射線的散射討論對(duì)象及結(jié)論:討論對(duì)象及結(jié)論:一一束束X射射線線沿沿OX方方向向傳傳播播,O點(diǎn)點(diǎn)碰碰到到電電子子發(fā)發(fā)生生散散射射,那那么么距距O點(diǎn)點(diǎn)距距離離OPR、OX與與OP夾夾2 角角的的P點(diǎn)點(diǎn)的的散散射射強(qiáng)強(qiáng)度度為:為:公式討論公式討論推導(dǎo)過程推導(dǎo)過程從使用情況來看
6、,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。圖圖4-1 單個(gè)電子對(duì)單個(gè)電子對(duì)X射線的散射射線的散射EyEzE02yxzop原原X射線的電場(chǎng)射線的電場(chǎng)E0,電子在電子在E0作用作用下所獲得的加速度為下所獲得的加速度為P點(diǎn)的電磁波場(chǎng)強(qiáng)為點(diǎn)的電磁波場(chǎng)強(qiáng)為從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。由于由于輻射強(qiáng)度與電場(chǎng)的平方成正比輻射強(qiáng)度與電場(chǎng)的平方成正比,因此因此P點(diǎn)的輻射強(qiáng)度點(diǎn)的輻射強(qiáng)度IP與原與原X射線強(qiáng)度射線強(qiáng)度I0之比
7、為之比為:見圖從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。由于由于E0在各方向上的幾率相等在各方向上的幾率相等,故故:Ey=Ez或,I0=Iy+Iz=2Iy=2Iz在在P點(diǎn)的散射強(qiáng)度點(diǎn)的散射強(qiáng)度Ip=Ipy+Ipz,其中其中見圖從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。見圖從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明
8、。將將值值代入得到代入得到:湯姆遜公式湯姆遜公式從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。可見一束射線經(jīng)電子散射后,其可見一束射線經(jīng)電子散射后,其散射強(qiáng)度在各個(gè)方向上是不同的散射強(qiáng)度在各個(gè)方向上是不同的:沿:沿原原X射線方向上散射強(qiáng)度(射線方向上散射強(qiáng)度(2 0或或2 時(shí))比垂直原入射方向的強(qiáng)度時(shí))比垂直原入射方向的強(qiáng)度(2/2時(shí))大一倍。時(shí))大一倍。這說明這說明,一束非偏振化的一束非偏振化的X射線經(jīng)電子射線經(jīng)電子散射后散射后,散射線被偏振化了散射線被偏振化了.偏振化的偏振化的程度取決于散射角程度取
9、決于散射角2的大小的大小,所以把所以把 稱稱為為偏振因子偏振因子.公式討論:公式討論:從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。當(dāng)電子散射強(qiáng)度作為衍射強(qiáng)度的自然單當(dāng)電子散射強(qiáng)度作為衍射強(qiáng)度的自然單位時(shí)位時(shí),主要是考慮電子本身的散射本領(lǐng),主要是考慮電子本身的散射本領(lǐng),即單位立體角所對(duì)應(yīng)的散射能量,即單位立體角所對(duì)應(yīng)的散射能量,OPR1,則有公式:則有公式:從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。結(jié)論結(jié)論(
10、由由公式公式):一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量為一個(gè)電子質(zhì)量的一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量為一個(gè)電子質(zhì)量的1836倍倍 原子核的散射強(qiáng)度比電子散射強(qiáng)度小原子核的散射強(qiáng)度比電子散射強(qiáng)度小得多而可略去得多而可略去 從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。Ie與2關(guān)系:0和180 時(shí),Ie最大90時(shí),Ie最小 一束非偏振的一束非偏振的X射線被電子散射后的射線被電子散射后的偏振化程度取決于偏振化程度取決于2 公式公式從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使
11、用,在此不再說明。Ie=I相相+I不相不相 除相干散射外,對(duì)除相干散射外,對(duì)束縛較小的電子將產(chǎn)生非相干散束縛較小的電子將產(chǎn)生非相干散射,然而在晶體衍射射,然而在晶體衍射X射線條件射線條件下大量的散射是相干的,下大量的散射是相干的,不考不考慮非相干散射。慮非相干散射。1mol體積電子散射總體積電子散射總Ie10-27I0 總總IeI0從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。推導(dǎo)過程推導(dǎo)過程:1.強(qiáng)度為強(qiáng)度為I0且偏振化了的且偏振化了的X射線作用于一射線作用于一個(gè)電荷為個(gè)電荷為e、質(zhì)量為質(zhì)量為m的自由
12、電子上,的自由電子上,那么在與偏振方向夾角為那么在與偏振方向夾角為、距電子距電子R遠(yuǎn)處,散射強(qiáng)度遠(yuǎn)處,散射強(qiáng)度Ie為:為:從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。2.而事實(shí)上,射到電子上的而事實(shí)上,射到電子上的X射線是射線是非偏振的,非偏振的,E0隨時(shí)在隨時(shí)在yoz面內(nèi)改變方面內(nèi)改變方向,引入偏振因子,則有:向,引入偏振因子,則有:偏振化因子偏振化因子此式稱此式稱湯姆遜公式湯姆遜公式(表示強(qiáng)度分布的方向性)表示強(qiáng)度分布的方向性)從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部
13、敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。討論對(duì)象及結(jié)論:討論對(duì)象及結(jié)論:一個(gè)電子對(duì)一個(gè)電子對(duì)X射線散射后空間某點(diǎn)強(qiáng)射線散射后空間某點(diǎn)強(qiáng)度可用度可用Ie表示,那么一個(gè)原子對(duì)表示,那么一個(gè)原子對(duì)X射線散射線散射后該點(diǎn)的強(qiáng)度:射后該點(diǎn)的強(qiáng)度:4-24-2 一個(gè)原子對(duì)一個(gè)原子對(duì)X射線的散射射線的散射這里引入了這里引入了f原子散射因子原子散射因子推導(dǎo)過程推導(dǎo)過程從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。關(guān)于關(guān)于f:1)f表示原子散射能力(以表示原子散射能力(以Ae為單位表示)為單位
14、表示)2)f與原子內(nèi)電子數(shù)、電子分布有關(guān)與原子內(nèi)電子數(shù)、電子分布有關(guān)3)f是變量,與原子性質(zhì)有關(guān)是變量,與原子性質(zhì)有關(guān)(Z),Z f 與波長(zhǎng)與波長(zhǎng)、散射方向散射方向有關(guān)(圖有關(guān)(圖4-4f曲線)曲線)從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。推導(dǎo)過程:推導(dǎo)過程:一個(gè)原子包含一個(gè)原子包含Z個(gè)電子,那么可看成個(gè)電子,那么可看成Z個(gè)電子散射的疊加。個(gè)電子散射的疊加。(1)如果)如果X-ray原子直徑,認(rèn)為所原子直徑,認(rèn)為所有電子集中在一點(diǎn)同時(shí)振動(dòng),對(duì)原子序有電子集中在一點(diǎn)同時(shí)振動(dòng),對(duì)原子序數(shù)為數(shù)為Z的原子
15、有:的原子有:從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。(2)一般所用一般所用X-ray波長(zhǎng)與原子直徑同波長(zhǎng)與原子直徑同一數(shù)量級(jí),一數(shù)量級(jí),不能認(rèn)為所有電子集中在不能認(rèn)為所有電子集中在一點(diǎn),它們的散射波之間存在一位相差一點(diǎn),它們的散射波之間存在一位相差(如圖如圖),2=0時(shí)時(shí),各各電電子散射波的位相相同子散射波的位相相同,Ia=Z2Ie隨隨2增大增大,增大增大,Ia減小減小,散射散射強(qiáng)強(qiáng)度由于受度由于受干涉作用的影響而減弱干涉作用的影響而減弱從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓
16、式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。即即Aaf Ae。其中其中f與與 有關(guān)、與有關(guān)、與有關(guān)有關(guān)。且且 fZ,只有只有2=0時(shí)時(shí),f=Z位置差位置差程差程差相位差相位差假定假定:Ia=f2Ief稱原子散射因子稱原子散射因子強(qiáng)度強(qiáng)度振幅振幅2從使用情況來看,閉胸式的使用比較廣泛。敞開式盾構(gòu)之中有擠壓式盾構(gòu)、全部敞開式盾構(gòu),但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用,在此不再說明。原子系統(tǒng)中電子的相干散射原子系統(tǒng)中電子的相干散射 假定:原子內(nèi)包含假定:原子內(nèi)包含Z個(gè)電子,在空間瞬時(shí)個(gè)電子,在空間瞬時(shí)分布情況用矢量分布情況用矢量 表示。表示。如圖如圖:原子中某
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