《一章節(jié)X射線物理基礎(chǔ)市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件省名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《一章節(jié)X射線物理基礎(chǔ)市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件省名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件.ppt（50頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、第一章 X射線物理基礎(chǔ)偉大物理學(xué)家,X射線創(chuàng)造者-倫琴1/50緒.1895年德國(guó)物理學(xué)家-“倫琴”發(fā)覺(jué)X射線.1895-1897年倫琴搞清楚了X射線產(chǎn)生、傳輸、穿透力等大部分性質(zhì).19倫琴獲諾貝爾獎(jiǎng).19勞埃進(jìn)行了晶體X射線衍射試驗(yàn)2/50X射線最早應(yīng)用在在X X射線發(fā)覺(jué)后幾個(gè)月射線發(fā)覺(jué)后幾個(gè)月醫(yī)生就用它來(lái)為病人醫(yī)生就用它來(lái)為病人服務(wù)服務(wù)右圖是紀(jì)念倫琴發(fā)覺(jué)右圖是紀(jì)念倫琴發(fā)覺(jué)X X射線射線100100周年發(fā)行紀(jì)念周年發(fā)行紀(jì)念封封3/50X X射線性質(zhì)射線性質(zhì)人肉眼看不見(jiàn)人肉眼看不見(jiàn)X射線，但射線，但X射線能使氣體電射線能使氣體電離，使攝影底片感光，能穿過(guò)不透明物體，離，使攝影底片感光，能穿過(guò)不透

2、明物體，還能使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光。還能使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光。X射線呈直線傳輸，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中不發(fā)生射線呈直線傳輸，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)穿過(guò)物體時(shí)僅部分被散射。偏轉(zhuǎn)；當(dāng)穿過(guò)物體時(shí)僅部分被散射。X射線對(duì)動(dòng)物有機(jī)體（其中包含對(duì)人體）能射線對(duì)動(dòng)物有機(jī)體（其中包含對(duì)人體）能產(chǎn)生巨大生理上影響，能殺傷生物細(xì)胞。產(chǎn)生巨大生理上影響，能殺傷生物細(xì)胞。4/50X射線本質(zhì)X射線也是電磁波一個(gè)，波長(zhǎng)在108cm左右5/50X射線含有波粒二相性X射線強(qiáng)度是衍射波振幅平方（），也是單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)單位截面光量子數(shù)目。6/501-3 X射線產(chǎn)生及X射線管X X射線產(chǎn)生：射線產(chǎn)生：X射線是高速運(yùn)動(dòng)粒子與某種物質(zhì)相撞擊后猝

3、然減速，且與該物質(zhì)中內(nèi)層電子相互作用而產(chǎn)生。7/50X射線管結(jié)構(gòu)為：8/50X射線管（1）陰極發(fā)射電子。普通由鎢絲制成，通電加熱后釋放出熱輻射電子。（2）陽(yáng)極靶，使電子突然減速并發(fā)出X射線。（3）窗口X射線出射通道。既能讓X射線出射，又能使管密封。窗口材料用金屬鈹或硼酸鈹鋰組成林德曼玻璃。窗口與靶面常成3-6斜角，以降低靶面對(duì)出射X射線妨礙。9/50X射線管（4）高速電子轉(zhuǎn)換成X射線效率只有1%，其余99%都作為熱而散發(fā)了。所以靶材料要導(dǎo)熱性能好，慣用黃銅或紫銅制作，還需要循環(huán)水冷卻。所以X射線管功率有限，大功率需要用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極（5）焦點(diǎn)陽(yáng)極靶表面被電子轟擊一塊面積，X射線就是從這塊面積上發(fā)射出

4、來(lái)。焦點(diǎn)尺寸和形狀是X射線管主要特征之一。焦點(diǎn)形狀取決于燈絲形狀，螺形燈絲產(chǎn)生長(zhǎng)方形焦點(diǎn) X射線衍射工作中希望細(xì)焦點(diǎn)和高強(qiáng)度；細(xì)焦點(diǎn)可提升分辨率；高強(qiáng)度則可縮短暴光時(shí)間10/50旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極上述慣用上述慣用X X射線管功率為射線管功率為5005003000W3000W。當(dāng)前還有旋。當(dāng)前還有旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極轉(zhuǎn)陽(yáng)極X X射線管、細(xì)聚焦射線管、細(xì)聚焦X X射線管和閃光射線管和閃光X X射線管。射線管。因陽(yáng)極不停旋轉(zhuǎn)，電子束因陽(yáng)極不停旋轉(zhuǎn)，電子束轟擊部位不停改變，故提轟擊部位不停改變，故提升功率也不會(huì)燒熔靶面。升功率也不會(huì)燒熔靶面。當(dāng)前有當(dāng)前有100kW100kW旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，其旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，其功率比普通功率比普通X X

5、射線管大數(shù)十射線管大數(shù)十倍。倍。11/50旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極12/50加速器中能夠引出X射線13/50加速器中能夠引出X射線14/50加速器中能夠引出X射線15/50加速器中能夠引出X射線16/50X射線譜-連續(xù)連續(xù)X X射線譜射線譜X X射射線線強(qiáng)強(qiáng)度度與與波波長(zhǎng)長(zhǎng)關(guān)關(guān)系系曲曲線線，稱稱之之X X射射線線譜。譜。在在管管壓壓很很低低時(shí)時(shí)，小小于于20kv20kv曲曲線線是是連連續(xù)續(xù)改改變變，故故稱稱之之連連續(xù)續(xù)X X射線譜，即連續(xù)譜。射線譜，即連續(xù)譜。17/50對(duì)連續(xù)X射線譜解釋1依據(jù)經(jīng)典物理學(xué)理論，一個(gè)帶負(fù)電荷電子作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電子周?chē)姶艌?chǎng)將發(fā)生急劇改變，此時(shí)必定要產(chǎn)生一個(gè)電磁波，或最少一個(gè)電磁脈

6、沖。因?yàn)闃O大數(shù)量電子射到陽(yáng)極上時(shí)間和條件不可能相同，因而得到電磁波將含有連續(xù)各種波長(zhǎng)，形成連續(xù)X射線譜。18/50對(duì)連續(xù)X射線譜解釋2量子力學(xué)概念，當(dāng)能量為ev電子與靶原子整體碰撞時(shí)，電子失去自己能量，其中一部分以光子形式輻射出去，每碰撞一次，產(chǎn)生一個(gè)能量為hv光子，即“韌致輻射”。大量電子在抵達(dá)靶面時(shí)間、條件均不一樣，而且還有屢次碰撞，因而產(chǎn)生不一樣能量不一樣強(qiáng)度光子序列，即形成連續(xù)譜。極限情況下，能量為ev電子在碰撞中一下子把能量全部轉(zhuǎn)給光子，那么該光子取得最高能量和含有最短波長(zhǎng)，即短波限0。都有一個(gè)最短波長(zhǎng)，稱之短波限0，強(qiáng)度最大值在01.5倍處。eV=hv eV=hvmaxmax=hc

7、/=hc/0 0 0 0=1.24/V =1.24/V （nmnm）19/50X射線管效率X射線管效率，是指電子流能量中用于產(chǎn)生X射線百分?jǐn)?shù)，即伴隨原子序數(shù)Z增加，X射線管效率提升，但即使用原子序數(shù)大鎢靶，在管壓高達(dá)100kv情況下，X射線管效率也僅有1左右，99能量都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?0/50X射線譜-特征特征X X射線譜射線譜當(dāng)管電壓超出某臨界值時(shí)，特征譜當(dāng)管電壓超出某臨界值時(shí)，特征譜才會(huì)出現(xiàn)，該臨界電壓稱激發(fā)電壓。才會(huì)出現(xiàn)，該臨界電壓稱激發(fā)電壓。當(dāng)管電壓增加時(shí)，連續(xù)譜和特征譜當(dāng)管電壓增加時(shí)，連續(xù)譜和特征譜強(qiáng)度都增加，而特征譜對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)保強(qiáng)度都增加，而特征譜對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)保持不變。持不變。鉬靶鉬靶X

8、X射線管當(dāng)管電壓等于或高于射線管當(dāng)管電壓等于或高于20KV20KV時(shí)，則除連續(xù)時(shí)，則除連續(xù)X X射線譜外，位于射線譜外，位于一定波優(yōu)點(diǎn)還疊加有少數(shù)強(qiáng)譜線，一定波優(yōu)點(diǎn)還疊加有少數(shù)強(qiáng)譜線，它們即特征它們即特征X X射線譜。射線譜。鉬靶鉬靶X X射線管在射線管在35KV35KV電壓下譜線，其電壓下譜線，其特征特征x x射線分別位于射線分別位于0.630.63和和0.710.71處，后者強(qiáng)度約為前者強(qiáng)度五倍。處，后者強(qiáng)度約為前者強(qiáng)度五倍。這兩條譜線稱鉬這兩條譜線稱鉬K K系系21/50特征特征X X射線產(chǎn)生機(jī)理射線產(chǎn)生機(jī)理特征特征X X射線產(chǎn)生機(jī)理與靶物質(zhì)原子結(jié)構(gòu)相關(guān)。射線產(chǎn)生機(jī)理與靶物質(zhì)原子結(jié)構(gòu)相關(guān)

9、。原子殼層按其能量大小分為數(shù)層，通慣用原子殼層按其能量大小分為數(shù)層，通慣用K K、L L、M M、N N等字等字母代表它們名稱。母代表它們名稱。但當(dāng)管電壓到達(dá)或超出某一臨界值時(shí)，則陰極發(fā)出電子在但當(dāng)管電壓到達(dá)或超出某一臨界值時(shí)，則陰極發(fā)出電子在電場(chǎng)加速下，能夠?qū)形镔|(zhì)原子深層電子擊到能量較高外電場(chǎng)加速下，能夠?qū)形镔|(zhì)原子深層電子擊到能量較高外部殼層或擊出原子外，使原子電離。部殼層或擊出原子外，使原子電離。陰極電子將自已能量給予受激發(fā)原子，而使它能量增高，陰極電子將自已能量給予受激發(fā)原子，而使它能量增高，原子處于激發(fā)狀態(tài)。原子處于激發(fā)狀態(tài)。假如假如K K層電子被擊出層電子被擊出K K層，稱層，稱

10、K K激發(fā)，激發(fā)，L L層電子被擊出層電子被擊出L L層，層，稱稱L L激發(fā)，其余各層依這類推。激發(fā)，其余各層依這類推。產(chǎn)生產(chǎn)生K K激發(fā)能量為激發(fā)能量為W WK KhhK K，陰極電子能量必須滿足，陰極電子能量必須滿足eVWeVWK KhhK K，才能產(chǎn)生，才能產(chǎn)生K K激發(fā)。其臨界值為激發(fā)。其臨界值為eVeVK KW WK K ，V VK K稱之臨界激發(fā)電壓。稱之臨界激發(fā)電壓。22/50特征特征X X射線產(chǎn)生機(jī)理射線產(chǎn)生機(jī)理處于激發(fā)狀態(tài)原子有自發(fā)回到處于激發(fā)狀態(tài)原子有自發(fā)回到穩(wěn)定狀態(tài)傾向，此時(shí)外層電子穩(wěn)定狀態(tài)傾向，此時(shí)外層電子將填充內(nèi)層空位，對(duì)應(yīng)伴伴隨將填充內(nèi)層空位，對(duì)應(yīng)伴伴隨原子能量降低

11、。原子從高能態(tài)原子能量降低。原子從高能態(tài)變成低能態(tài)時(shí)，多出能量以變成低能態(tài)時(shí)，多出能量以X射射線形式輻射出來(lái)。因物質(zhì)一定，線形式輻射出來(lái)。因物質(zhì)一定，原子結(jié)構(gòu)一定，兩特定能級(jí)間原子結(jié)構(gòu)一定，兩特定能級(jí)間能量差一定，故輻射出特征能量差一定，故輻射出特征X射射波長(zhǎng)一定。波長(zhǎng)一定。當(dāng)當(dāng)K電子被打出電子被打出K層時(shí)，如層時(shí)，如L層層電子來(lái)填充電子來(lái)填充K空位時(shí)，則產(chǎn)生空位時(shí)，則產(chǎn)生K輻射。此輻射。此X射線能量為電子射線能量為電子躍遷前后兩能級(jí)能量差，即躍遷前后兩能級(jí)能量差，即23/50特征特征X X射線命名方法射線命名方法一樣當(dāng)一樣當(dāng)K空位被空位被M層電子填充時(shí)，則產(chǎn)生層電子填充時(shí)，則產(chǎn)生K輻射。輻射

12、。M能級(jí)能級(jí)與與K能級(jí)之差大于能級(jí)之差大于L能級(jí)與能級(jí)與K能級(jí)之差，即一個(gè)能級(jí)之差，即一個(gè)K光子能光子能量大于一個(gè)量大于一個(gè)K光子能量；光子能量；但因但因LK層躍遷幾率比層躍遷幾率比MK遷附幾率大，故遷附幾率大，故K輻射強(qiáng)度比輻射強(qiáng)度比K輻射強(qiáng)度大五倍左右。輻射強(qiáng)度大五倍左右。顯然，顯然，當(dāng)當(dāng)L層電子填充層電子填充K層后，原子由層后，原子由K激發(fā)狀態(tài)變成激發(fā)狀態(tài)變成L激激發(fā)狀態(tài)，此時(shí)更外層如發(fā)狀態(tài)，此時(shí)更外層如M、N層電子將填充層電子將填充L層空位，層空位，產(chǎn)生產(chǎn)生L系輻射。所以，當(dāng)原子受到系輻射。所以，當(dāng)原子受到K激發(fā)時(shí)，除產(chǎn)生激發(fā)時(shí)，除產(chǎn)生K系輻系輻射外，還將伴生射外，還將伴生L、M等系輻

13、射。除等系輻射。除K系輻射因波長(zhǎng)短系輻射因波長(zhǎng)短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波長(zhǎng)長(zhǎng)而被吸收。而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波長(zhǎng)長(zhǎng)而被吸收。K雙線產(chǎn)生與原子能級(jí)精細(xì)結(jié)構(gòu)相關(guān)。雙線產(chǎn)生與原子能級(jí)精細(xì)結(jié)構(gòu)相關(guān)。L層層8個(gè)電子能量個(gè)電子能量并不相同，而分別位于三個(gè)亞層上。并不相同，而分別位于三個(gè)亞層上。K雙線系電子分別雙線系電子分別由由L和和L兩個(gè)亞層躍遷到兩個(gè)亞層躍遷到K層時(shí)產(chǎn)生輻射，而由層時(shí)產(chǎn)生輻射，而由LI亞層到亞層到K層因不符合選擇定則（此時(shí)層因不符合選擇定則（此時(shí)l0），所以沒(méi)有輻射。），所以沒(méi)有輻射。24/50小結(jié)連續(xù)譜連續(xù)譜(軟軟X射射線線)高速運(yùn)動(dòng)粒子能量轉(zhuǎn)換成電磁波譜圖特征

14、:強(qiáng)度隨波長(zhǎng)連續(xù)改變是衍射分析背底;是醫(yī)學(xué)采取特征譜特征譜(硬硬X射射線線)高能級(jí)電子回跳到低能級(jí)多出能量轉(zhuǎn)換成電磁波僅在特定波優(yōu)點(diǎn)有尤其強(qiáng)強(qiáng)度峰衍射分析采取25/50莫色萊定律特征X射線譜頻率（或波長(zhǎng)）只與陽(yáng)極靶物質(zhì)原子結(jié)構(gòu)相關(guān)，而與其它外界原因無(wú)關(guān)，是物質(zhì)固有特征。191319莫色萊發(fā)覺(jué)物質(zhì)發(fā)出特征譜波長(zhǎng)與它本身原子序數(shù)間存在以下關(guān)系：依據(jù)莫色萊定律，將試驗(yàn)結(jié)果所得到未知元素特征X射線譜線波長(zhǎng)，與已知元素波長(zhǎng)相比較，能夠確定它是何元素。它是X射線光譜分析基本依據(jù)26/50X射線與物質(zhì)相互作用X X射線與物質(zhì)相互作用，是一個(gè)比較復(fù)雜物理過(guò)程。射線與物質(zhì)相互作用，是一個(gè)比較復(fù)雜物理過(guò)程。一束一

15、束X X射線經(jīng)過(guò)物體后，其強(qiáng)度將被衰減，它是被散射和吸收結(jié)果，射線經(jīng)過(guò)物體后，其強(qiáng)度將被衰減，它是被散射和吸收結(jié)果，而且吸收是造成強(qiáng)度衰減主要原因。而且吸收是造成強(qiáng)度衰減主要原因。27/50X射線散射當(dāng)當(dāng)X X射線經(jīng)過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)原子射線經(jīng)過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)原子電子在電磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生受迫電子在電磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生受迫振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與入射振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與入射X X射線射線頻率相同。頻率相同。任何帶電粒子作受迫振動(dòng)時(shí)將產(chǎn)任何帶電粒子作受迫振動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，從而向四面輻射生交變電磁場(chǎng)，從而向四面輻射電磁波，其頻率與帶電粒子振動(dòng)電磁波，其頻率與帶電粒子振動(dòng)頻率相同。頻率相同。因?yàn)樯⑸渚€與入射線波

16、長(zhǎng)和頻率因?yàn)樯⑸渚€與入射線波長(zhǎng)和頻率一致，位相固定，在相同方向上一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干條件，故稱為各散射波符合相干條件，故稱為相干散射相干散射。相干散射是。相干散射是X X射線在射線在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象基礎(chǔ)。晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象基礎(chǔ)。X射線經(jīng)束縛力不大電子（如輕原子中電子）或自由電子散射后，能夠得到波長(zhǎng)比入射X射線長(zhǎng)X射線，且波長(zhǎng)隨散射方向不一樣而改變。這種散射現(xiàn)象稱為康普頓散射或康普頓一吳有訓(xùn)散射,也稱之為不相干散射，是因散射線分布于各個(gè)方向，波長(zhǎng)各不相等，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。28/50不相干散射入射X射線碰到約束松電子時(shí)，將電子撞至一方，成為反沖電子。入射線能量對(duì)電子作功

17、而消耗一部份后，剩下部份以X射線向外輻射。散射X射線波長(zhǎng)（）比入射x射線波長(zhǎng)（）長(zhǎng)，其差值與角度之間存在如右關(guān)系：不相干散射在衍射圖相上成為連續(xù)背底，其強(qiáng)度隨（sin/）增加而增大，在底片中心處（射線與底片相交處）強(qiáng)度最小，越大，強(qiáng)度越大。29/50小結(jié)相干散射相干散射因?yàn)槭窍喔刹ㄋ阅軌蚋缮婕訌?qiáng).只有相干散射才能產(chǎn)生衍射,所以相干散射是X射線衍射基礎(chǔ)不相干散射不相干散射因?yàn)椴幌喔缮⑸洳荒芨缮婕訌?qiáng)產(chǎn)生衍射,所以不相干散射只是衍射背底30/50X射線吸收物質(zhì)對(duì)X射線吸收，是指X射線經(jīng)過(guò)物質(zhì)時(shí)光子能量變成了其它形式時(shí)能量。有時(shí)將X射線經(jīng)過(guò)物質(zhì)時(shí)造成能量損失稱為真吸收。X射線經(jīng)過(guò)物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生光電效應(yīng)和

18、俄歇效應(yīng)，使入射X射線能量變成光電子、俄歇電子和熒光X射線能量，使X射線強(qiáng)度被衰減，是物質(zhì)對(duì)X射線真吸收過(guò)程。31/50光電效應(yīng)-光電子和熒光X射線32/50光電效應(yīng)1激發(fā)K系光電效應(yīng)時(shí)，入射光子能量必須等于或大于將K電子從K層移至無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)所作功WK，即將激發(fā)限波長(zhǎng)K和激發(fā)電壓VK聯(lián)絡(luò)起，即式中VK以V為單位。（14）式和（111）式形式上非常相同，但物理意義完全不一樣。前者說(shuō)明連續(xù)譜短波限0隨管電壓增高而減小，而后者說(shuō)明每種物質(zhì)K激發(fā)限波長(zhǎng)都有它自己特定值。從X射線激發(fā)光電效應(yīng)角度，稱K為激發(fā)限；然而，從X射線被物質(zhì)吸收角度，則稱K為吸收限。33/50光電效應(yīng)2-俄歇效應(yīng)俄歇（Auger，M

19、.P.）在1925年發(fā)覺(jué)，原子中K層一個(gè)電子被打出后，它就處于K激發(fā)狀態(tài)，其能量為EK。假如一個(gè)L層電子來(lái)填充這個(gè)空位，K電離就變成L電離，其能量由EK變成EL，此時(shí)將釋放EK-EL能量。釋放出能量，可能產(chǎn)生熒光X射線，也可能給予L層電子，使其脫離原子產(chǎn)生二次電離。即K層一個(gè)空位被L層兩個(gè)空位所代替，這種現(xiàn)象稱俄歇效應(yīng).從L層跳出原子電子稱KLL俄歇電子。每種原子俄歇電子均含有一定能量，測(cè)定俄歇電子能量，即可確定該種原子種類，所以，能夠利用俄歇電子能譜作元素成份分析。不過(guò)，俄歇電子能量很低，普通為幾百eV，其平均自由程非常短，人們能夠檢測(cè)到只是表面兩三個(gè)原子層發(fā)出俄歇電子，所以，俄歇譜儀是研究

20、物質(zhì)表面微區(qū)成份有力工具。34/50光電效應(yīng)2-俄歇效應(yīng)35/50光電效應(yīng)小結(jié)光電子光電子被X射線擊出殼層電子即光電子,它帶有殼層特征能量,所以可用來(lái)進(jìn)行成份分析(XPS)俄歇電子俄歇電子高能級(jí)電子回跳,多出能量將同能級(jí)另一個(gè)電子送出去,這個(gè)被送出去電子就是俄歇電子帶有殼層特征能量(AES)二次熒光二次熒光高能級(jí)電子回跳,多出能量以X射線形式發(fā)出.這個(gè)二次X射線就是二次熒光也稱熒光輻射一樣帶有殼層特征能量36/50小結(jié)散射散射散射無(wú)能力損失或損失相對(duì)較小相干散射是X射線衍射基礎(chǔ),只有相干散射才能產(chǎn)生衍射.散射是進(jìn)行材料晶體結(jié)構(gòu)分析工具吸收吸收吸收是能量大幅度轉(zhuǎn)換,多數(shù)在原子殼層上進(jìn)行,從而帶有

21、殼層特征能量,所以是揭示材料成份原因吸收是進(jìn)行材料成份分析工具能夠在分析成份同時(shí)告訴你元素價(jià)態(tài)37/50一束強(qiáng)度為I0X射線束，經(jīng)過(guò)厚度為H物體后，強(qiáng)度被衰減為IH。為了得到強(qiáng)度衰減規(guī)律，現(xiàn)取離表面為x一薄層dx進(jìn)行分析。設(shè)X射線束穿過(guò)厚度為X物體后，強(qiáng)度波衷減為，而穿過(guò)厚度為xdx物質(zhì)后強(qiáng)度為I-dI，則經(jīng)過(guò)dx厚一層引發(fā)強(qiáng)度衰減為dI。試驗(yàn)證實(shí)，X射線透過(guò)物質(zhì)時(shí)引發(fā)強(qiáng)度衰減與所經(jīng)過(guò)距離成正比X X射線衰減規(guī)律射線衰減規(guī)律38/50X X射線衰減規(guī)律射線衰減規(guī)律對(duì)（1-12）式積分求出強(qiáng)度為I0X射線從物體表面（即x0）穿透厚度H后強(qiáng)度IH:IHI0exp(-H)式中IH/I0稱穿透系數(shù)，而

22、為線衰減系數(shù)。（1-13）式是X射線透視學(xué)基本公式。線衰減系數(shù)1n（IH/I0）/H表示單位體積物質(zhì)對(duì)X射線衰減程度，它與物質(zhì)密度成正比，即與物質(zhì)存在狀態(tài)相關(guān)?，F(xiàn)將（1-13）式改寫(xiě)成：IHI0e-(/)HI0e-mH 式中m/稱質(zhì)量衷減系數(shù)，其單位為cm2 g。工作中有時(shí)需要計(jì)算i個(gè)元素組成化合物、混合物、合金和溶液等質(zhì)量衰減系數(shù)m。因?yàn)閙與物質(zhì)存在狀態(tài)無(wú)關(guān)，所以衰減系數(shù)可按下式求得：m=1m1+2m2+imi39/50X X射線吸收曲線射線吸收曲線X X射線經(jīng)過(guò)物質(zhì)時(shí)衰減，射線經(jīng)過(guò)物質(zhì)時(shí)衰減，是吸收和散射造成。是吸收和散射造成。假如用假如用m m仍表示散射系仍表示散射系數(shù)，數(shù)，m m表示吸

23、收系數(shù)。表示吸收系數(shù)。在大多數(shù)情況下吸收系在大多數(shù)情況下吸收系數(shù)比散射系數(shù)大得多，數(shù)比散射系數(shù)大得多，故故m mm m。質(zhì)量吸收系。質(zhì)量吸收系數(shù)與波長(zhǎng)三次方和元素?cái)?shù)與波長(zhǎng)三次方和元素原子序數(shù)三次方近似地原子序數(shù)三次方近似地成百分比，所以成百分比，所以40/50X X射線衰減射線衰減從熒光從熒光X X射線產(chǎn)生機(jī)理，能夠解釋圖射線產(chǎn)生機(jī)理，能夠解釋圖1 11111中吸收中吸收突變。當(dāng)入射波長(zhǎng)非常短時(shí)，它能夠打出突變。當(dāng)入射波長(zhǎng)非常短時(shí)，它能夠打出K K電子，電子，形成形成K K吸收。但因其波長(zhǎng)太短，吸收。但因其波長(zhǎng)太短，K K電子不易吸收這電子不易吸收這么光子能量，所以衰減系數(shù)小。么光子能量，所以

24、衰減系數(shù)小。伴隨波長(zhǎng)逐步增加，伴隨波長(zhǎng)逐步增加，K K電子也越來(lái)越輕易吸收這么電子也越來(lái)越輕易吸收這么光子能量，所以衰減系數(shù)也逐步增大，直到光子能量，所以衰減系數(shù)也逐步增大，直到K K吸收吸收限波長(zhǎng)為止。限波長(zhǎng)為止。假如入射假如入射X X射線波長(zhǎng)比射線波長(zhǎng)比K K稍大一點(diǎn)，此時(shí)入射光稍大一點(diǎn)，此時(shí)入射光子能量已無(wú)法打出子能量已無(wú)法打出K K電子，不產(chǎn)生電子，不產(chǎn)生K K吸收。而對(duì)吸收。而對(duì)L L層層電子來(lái)說(shuō)，入射光子能量又過(guò)大，也不易被吸收，電子來(lái)說(shuō)，入射光子能量又過(guò)大，也不易被吸收，所以，入射所以，入射X X射線波長(zhǎng)比射線波長(zhǎng)比K K稍大一點(diǎn)時(shí)，衰減系稍大一點(diǎn)時(shí)，衰減系數(shù)有最小值。同理，能夠

25、解釋數(shù)有最小值。同理，能夠解釋K K吸收限至吸收限至L L吸收限吸收限之間曲線改變規(guī)律。之間曲線改變規(guī)律。41/50X X射線衰減小結(jié)射線衰減小結(jié)宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn)強(qiáng)度衰減與穿過(guò)物質(zhì)質(zhì)量和厚度相關(guān)是X射線透射學(xué)基礎(chǔ)這就是質(zhì)厚襯度微觀機(jī)制微觀機(jī)制散射和吸收消耗了入射線能量這與吸波原理是一樣42/50吸收限應(yīng)用吸收限應(yīng)用-X射線濾波片選擇在一些衍射分析工作中，我在一些衍射分析工作中，我們只希望是們只希望是kk輻射衍射線條，輻射衍射線條，但但X X射線管中發(fā)出射線管中發(fā)出X X射線，除射線，除kk輻射外，還含有輻射外，還含有KK輻射輻射和連續(xù)譜，它們會(huì)使衍射花和連續(xù)譜，它們會(huì)使衍射花樣復(fù)雜化。樣復(fù)雜化

26、。取得單色光方法之一是在取得單色光方法之一是在X X射射線出射路徑上放置一定厚度線出射路徑上放置一定厚度濾波片，能夠簡(jiǎn)便地將濾波片，能夠簡(jiǎn)便地將KK和和連續(xù)譜衰減到能夠忽略程度。連續(xù)譜衰減到能夠忽略程度。43/50濾波片選擇規(guī)則1：Z靶靶40時(shí)，時(shí)，Z濾濾Z靶靶-1；2：Z靶靶40時(shí)，時(shí)，Z濾濾Z靶靶-244/50濾波片慣用靶材及其匹配濾波片數(shù)據(jù)列入表慣用靶材及其匹配濾波片數(shù)據(jù)列入表1-11-1。按表中。按表中厚度制作波濾片，厚度制作波濾片，濾波后濾波后K/KK/K強(qiáng)度比為強(qiáng)度比為1/6001/600。假如濾波片太厚，即使假如濾波片太厚，即使KK能夠深入衰減，但能夠深入衰減，但kk也對(duì)應(yīng)衰減。

27、實(shí)踐表明，當(dāng)也對(duì)應(yīng)衰減。實(shí)踐表明，當(dāng)KK強(qiáng)度被衰減到原來(lái)強(qiáng)度被衰減到原來(lái)二分之一時(shí)，二分之一時(shí)，K/KK/K強(qiáng)度比將由原來(lái)強(qiáng)度比將由原來(lái)1/51/5降為濾降為濾波后波后1/5001/500左右左右，這對(duì)大多數(shù)衍射分析工作已經(jīng)滿，這對(duì)大多數(shù)衍射分析工作已經(jīng)滿意。在濾波片材料選定之后，可按需要衰減比用意。在濾波片材料選定之后，可按需要衰減比用公式（公式（1-141-14）計(jì)算濾波片厚度。）計(jì)算濾波片厚度。45/50吸收限應(yīng)用吸收限應(yīng)用-陽(yáng)極靶材料選擇在在X X射線衍射晶體結(jié)構(gòu)分析工作中，我們不希望入射線衍射晶體結(jié)構(gòu)分析工作中，我們不希望入射射X X射線激發(fā)出樣品大量熒光輻射。大量熒光輻射射線激發(fā)出

28、樣品大量熒光輻射。大量熒光輻射會(huì)增加衍射花樣背底，使圖象不清楚。會(huì)增加衍射花樣背底，使圖象不清楚。防止出現(xiàn)防止出現(xiàn)大量熒光輻射標(biāo)準(zhǔn)就是選擇入射大量熒光輻射標(biāo)準(zhǔn)就是選擇入射X X射線波長(zhǎng)，使其射線波長(zhǎng)，使其不被樣品強(qiáng)烈吸收，也就是選擇陽(yáng)極靶材料，讓不被樣品強(qiáng)烈吸收，也就是選擇陽(yáng)極靶材料，讓靶材產(chǎn)生特征靶材產(chǎn)生特征X X射線波長(zhǎng)偏離樣品吸收限。射線波長(zhǎng)偏離樣品吸收限。依據(jù)樣品成份選擇靶材標(biāo)準(zhǔn)是：依據(jù)樣品成份選擇靶材標(biāo)準(zhǔn)是：Z Z靶靶ZZ樣樣-1-1；或；或Z Z靶靶ZZ樣樣。對(duì)于多元素樣品，標(biāo)準(zhǔn)上是以含量較多幾個(gè)元素對(duì)于多元素樣品，標(biāo)準(zhǔn)上是以含量較多幾個(gè)元素中最輕元素為基準(zhǔn)來(lái)選擇靶材。中最輕元素為

29、基準(zhǔn)來(lái)選擇靶材。46/50總結(jié)本章主要講述三個(gè)問(wèn)題本章主要講述三個(gè)問(wèn)題:1.X1.X射線性質(zhì)射線性質(zhì),本質(zhì)和本質(zhì)和X X射線產(chǎn)生射線產(chǎn)生2.X2.X射線譜射線譜-連續(xù)譜連續(xù)譜,特征譜特征譜3.X3.X射線與物質(zhì)相互作用射線與物質(zhì)相互作用47/50總結(jié)關(guān)于關(guān)于X X射線性質(zhì)射線性質(zhì),本質(zhì)和本質(zhì)和X X射線產(chǎn)生射線產(chǎn)生1.1.了解了解X X射線有哪些性質(zhì)射線有哪些性質(zhì)!2.X2.X射線本質(zhì)是電磁波射線本質(zhì)是電磁波,含有波粒二相性含有波粒二相性.3.X3.X射線產(chǎn)生定義射線產(chǎn)生定義:高速運(yùn)動(dòng)粒子遇阻嘎然高速運(yùn)動(dòng)粒子遇阻嘎然停頓停頓,其能量能夠其能量能夠X X射線形式釋放射線形式釋放.4.X4.X射線

30、管結(jié)構(gòu)與工作原理射線管結(jié)構(gòu)與工作原理48/50總結(jié)關(guān)于關(guān)于X X射線譜射線譜-連續(xù)譜連續(xù)譜,特征譜特征譜1.1.連續(xù)譜產(chǎn)生機(jī)理二種解釋連續(xù)譜產(chǎn)生機(jī)理二種解釋(經(jīng)典經(jīng)典,量子量子),),什么是短波限什么是短波限?2.2.特征譜產(chǎn)生機(jī)制特征譜產(chǎn)生機(jī)制?特征譜命名方法特征譜命名方法,什么什么是臨界電壓是臨界電壓?什么是激發(fā)電壓什么是激發(fā)電壓?什么是激發(fā)什么是激發(fā)限限?49/50總結(jié)關(guān)于關(guān)于X X射線與物質(zhì)相互作用射線與物質(zhì)相互作用1.1.宏觀效應(yīng)宏觀效應(yīng)-X-X射線強(qiáng)度衰減射線強(qiáng)度衰減2.2.微觀機(jī)制微觀機(jī)制-X-X射線被散射射線被散射,吸收吸收 (1)(1)散射散射-相干散射相干散射,康譜頓散射康譜頓散射 (2)(2)吸收吸收-產(chǎn)生光電子產(chǎn)生光電子,二次熒光二次熒光,俄歇俄歇電子電子 (3)(3)什么是吸收限什么是吸收限?怎樣選擇濾波片怎樣選擇濾波片,靶靶?50/50