1-X射线与物质的作用PPT课件

1、2021/6/71 X射线的产生射线的产生 及其与物质的相互作用及其与物质的相互作用 2021/6/72 一、一、X射线的发现射线的发现 1895年德国物理学家年德国物理学家 伦琴在研究阴极射线伦琴在研究阴极射线 时发现了时发现了X射线（射线（1901 年获得首届诺贝尔奖）年获得首届诺贝尔奖） 2021/6/73 二、二、 X射线的性质射线的性质 X射线是一种电磁波，波长范围为射线是一种电磁波，波长范围为10-3101nm。 具有二象性，能量范围具有二象性，能量范围102 106eV。 人眼不可见，可使气体电离，使物质发荧光，使胶人眼不可见，可使气体电离，使物质发荧光，使胶 片感光，有较强的穿

2、透能力，也会被吸收和散射。片感光，有较强的穿透能力，也会被吸收和散射。 对生物细胞有很强的杀伤能力。对生物细胞有很强的杀伤能力。 2021/6/74 三、三、 X射线的产生射线的产生 X射线的产生方式有很多。带电粒子及高能粒子在能量射线的产生方式有很多。带电粒子及高能粒子在能量 转换过程中常伴随产生转换过程中常伴随产生X射线。射线。 热阴极热阴极X射线是以高速电子作激发源产生的射线是以高速电子作激发源产生的 。 X射线管原理图射线管原理图 2021/6/75 2021/6/76 基本原理：热阴极发射电子，在管电压作用下向靶（阳基本原理：热阴极发射电子，在管电压作用下向靶（阳 极）高速运动，激发

3、靶材发射极）高速运动，激发靶材发射X射线。射线。 X射线谱：波长与强度的关系曲线。射线谱：波长与强度的关系曲线。 分为连续分为连续X射线谱、特征射线谱、特征X射线谱。射线谱。 2021/6/77 1、连续、连续X射线谱射线谱 最短波长最短波长0短波限。短波限。 升高管电压，各波长辐射的强度升高，最大强度辐射升高管电压，各波长辐射的强度升高，最大强度辐射 波长减小。波长减小。 管 U 1240 0 2021/6/78 连续连续X射线主要用于探伤、医学诊断与治疗、射线主要用于探伤、医学诊断与治疗、 单晶衍射以及单晶衍射以及X射线吸收谱等研究。射线吸收谱等研究。 2021/6/79 2、 特征特征X

4、射线谱射线谱 当管电压升高到某一临界值当管电压升高到某一临界值 （激发电压（激发电压U激 激）后，除产生 ）后，除产生 连续连续X射线外，还出现波长射线外，还出现波长 固定、强度很大的固定、强度很大的X射线。射线。 这些波长完全取决于靶物质这些波长完全取决于靶物质 的原子序数，故称为该靶物的原子序数，故称为该靶物 质的特征质的特征X射线。射线。 2021/6/710 分分K系、系、L系系等特征等特征X射线。同系特征谱线波长射线。同系特征谱线波长与靶与靶 的原子序数的原子序数Z的关系称为的关系称为莫赛莱莫赛莱定律。定律。 该式是该式是X射线荧光成分分析和电子探针成分分析的基础。射线荧光成分分析和

5、电子探针成分分析的基础。 通过对未知物质测定其特征通过对未知物质测定其特征X射线波长，即可确定该物质射线波长，即可确定该物质 的原子序数。的原子序数。 )( 1 ZC 2021/6/711 特征特征X射线主要用于晶体衍射分析和成分分析。射线主要用于晶体衍射分析和成分分析。 2021/6/712 2021/6/713 当入射电子能量大于某层（如当入射电子能量大于某层（如 K层）电子结合能时，层）电子结合能时，K层电层电 子被击出使原子处于激发态而子被击出使原子处于激发态而 不稳定，外层电子跃入填充内不稳定，外层电子跃入填充内 层空位释放能量以成为稳定态。层空位释放能量以成为稳定态。 所释能量以光

6、子形式放出特征所释能量以光子形式放出特征 X射线。射线。 KL K EE hc 2021/6/714 K系：系： 如如 K、K，其中，其中K可分可分K1与与 K2双线。双线。 KK KK KKK II II )75( 2 21 12 钼靶钼靶K 的的K 1与与K 2 2021/6/715 四、四、X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用 透射、散射、吸收透射、散射、吸收 2021/6/716 X射线与物质射线与物质 相互作用相互作用 1.散射散射(相干相干,非相干非相干) 2.光电效应光电效应光电子光电子,X-荧光荧光,俄歇俄歇 3.透射透射 4.热热 电子束与物质电子束与物质 相互作用相互

7、作用 1.背散射背散射; 2.二次电子二次电子 3.透射电子透射电子; 4.吸收电子吸收电子 5.俄歇俄歇; 6.特征特征X射线射线 2021/6/717 光电效应光电效应 与电子激发特征与电子激发特征X射线相似。若射线相似。若X射线的能量大于物质原子射线的能量大于物质原子 对其内层电子的束缚力时，入射对其内层电子的束缚力时，入射X射线光子的能量就会被射线光子的能量就会被 吸收，如吸收，如K层电子被激发，并使高能级上的电子产生跃迁，层电子被激发，并使高能级上的电子产生跃迁， 发射特征发射特征X射线射线荧光荧光X射线。射线。 2021/6/718 2021/6/719 俄歇效应俄歇效应 在上述的

8、激发与跃迁过程中，当释放的能量被周围某个壳在上述的激发与跃迁过程中，当释放的能量被周围某个壳 层上的电子所吸收，使该电子受激逸出而成为二次电子层上的电子所吸收，使该电子受激逸出而成为二次电子 俄歇电子。它具有特定的能量值，并仅取决于原子序数。俄歇电子。它具有特定的能量值，并仅取决于原子序数。 故可用来对材料进行表面成分分析故可用来对材料进行表面成分分析俄歇能谱仪。俄歇能谱仪。 2021/6/720 X射线的吸收与射线的吸收与衰减衰减 l l l eII 0 m质量衰减系数质量衰减系数 mll m l l m m m eII 0 l线衰减系数线衰减系数 2021/6/721 化合物与混合物的衰减

9、系数化合物与混合物的衰减系数 由各元素质量分数和对应的质量衰减系数决定。由各元素质量分数和对应的质量衰减系数决定。 n j mjmnmmm jn WWWW 1 21 21 2021/6/722 质量衰减系数质量衰减系数m m为质量散射系数为质量散射系数m m与质量吸收系数与质量吸收系数m m之和：之和： mmm 一般情况下一般情况下m远远大于远远大于m。故常以。故常以m直接代换直接代换m，或，或 “吸收吸收”与与 “衰减衰减”同义同义。 物体的吸收系数物体的吸收系数m与该物质的与该物质的Z和入射波长和入射波长的关系：的关系： 33 KZ m 2021/6/723 KK系吸收限，系吸收限，取决于物取决于物 质的原子结构质的原子结构。在。在K处处m突变突变 6-8倍。倍。若使原子呈若使原子呈K激发的入激发的入 射最长波长为射最长波长