材料分析X射线XRAY1

1、一、一、X 射线的发现射线的发现二、二、X射线的本质射线的本质三、三、X射线的产生与射线的产生与X射线管射线管四、四、X射线谱射线谱五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用本章内容本章内容第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础一、一、X 射线的发现射线的发现 1895年11月8日，德国物理学家伦琴在研究真空管的高压放电时，偶然发现镀有氰亚铂酸钡的硬纸板会发出荧光。这一现象立即引起细心伦琴的注意。经仔细分析，认为这是真空管中发出的一种射线引起的。于是一个伟大的发现诞生了。由于当时对这种射线不了解，故称之为X射线，也称伦琴射线。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础一、一、

2、X 射线的发现射线的发现 1895年11月8日，德国物理学家伦琴在研究真空管的高压放电时，偶然发现镀有氰亚铂酸钡的硬纸板会发出荧光。这一现象立即引起细心伦琴的注意。经仔细分析，认为这是真空管中发出的一种射线引起的。于是一个伟大的发现诞生了。由于当时对这种射线不了解，故称之为X射线，也称伦琴射线。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础一、一、X 射线的发现射线的发现 伦琴发现，不同物质对X射线的穿透能力是不同的。他用X射线拍了一张其夫人手的照片。很快，X射线发现仅半年时间，在当时对X射线的本质还不清楚的情况下，X射线在医学上得到了应用，发展了X射线照像术。 1896年1月23日伦琴在他的研

3、究所作了第一个关于X射线的学术报告。 1895年伦琴初次发现X射线时，拍摄的他夫人手指的X射线照片第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础一、一、X 射线的发现射线的发现 1896年，伦琴将他的发现和初步的研究结果写了一篇论文，发表在英国的Nature杂志上。他的发现在社会上引起了轰动，也为他赢得了很大的荣誉。 1901年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴因X射线的发现而获得第一个诺贝尔物理学奖。1901年第一张诺贝尔物理学奖授予W. K. 伦琴随着衍射分析技术的发展,有十几位科学家获得诺贝尔奖 与与X X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单 年 份

4、学 科得奖者内 容1901物理伦琴Wilhelm Conral RontgenX射线的发现1914物理劳埃Max von Laue晶体的X射线衍射亨利.布拉格Henry Bragg劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg.1917物理巴克拉Charles Glover Barkla元素的特征X射线1924物理卡尔.西格班Karl Manne Georg SiegbahnX射线光谱学戴维森Clinton Joseph Davisson汤姆孙George Paget Thomson1954化学鲍林Linus Carl Panling化学键的本质肯德鲁John Charles Kendrew帕鲁兹

5、Max Ferdinand Perutz1962生理医学Francis H.C.Crick、JAMES d.Watson、Maurice h.f.Wilkins脱氧核糖核酸DNA测定1964化学Dorothy Crowfoot Hodgkin青霉素、B12生物晶体测定霍普特曼Herbert Hauptman卡尔Jerome Karle鲁斯卡E.Ruska电子显微镜宾尼希G.Binnig扫描隧道显微镜罗雷尔H.Rohrer布罗克豪斯 B.N.Brockhouse中子谱学沙尔 C.G.Shull中子衍射直接法解析结构1915物理晶体结构的X射线分析1937物理电子衍射1986物理1994物理196

6、2化学蛋白质的结构测定1985化学 对X射线本质的争论，焦点集中在它是 粒子流？ 电磁波？ 认为X射线是物质粒子流的科学家中有W. H. 布拉格。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础 他的儿子W. L. 布拉格 则对X射线的波动性进行了深入的研究，并给出了著名的布拉格方程。 二、二、X射线的本质射线的本质W. L. 布拉格第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础二、二、X 射线的本质射线的本质对X射线波动性最完美的研究是德国物理学家劳厄（Laue）。1912年，劳厄是德国慕尼黑大学非正式聘请的教授。一天著名物理学家索末菲的一名研究生厄瓦耳向他请教关于光在晶体中散射的数学分析问题。讨

7、论时，劳厄若有所思当光通过与其当光通过与其波长相当的光波长相当的光栅时会发生衍栅时会发生衍射作用射作用。光的干涉与衍射光的干涉与衍射可见光波的杨氏干涉实验当光通过与其当光通过与其波长相当的光波长相当的光栅时会发生衍栅时会发生衍射作用。射作用。人们推测晶体内部的质点是规则排列的，且间距在10-8cm。如果如果X射线是一射线是一种波，且波长与种波，且波长与晶体内部质点的晶体内部质点的间距相当。那么，间距相当。那么，用用X射线照射晶射线照射晶体体 当光通过与其波长相当的光栅时会发生衍射作用。人们推测晶体人们推测晶体内部的质点是内部的质点是规则排列的，规则排列的，且间距在且间距在10-8cm。X射线衍

8、射射线衍射？!在伦琴的两名研究生弗里德里希（W. Friedrich）和克尼(Knipping)的帮助下，劳厄进行了第一次X射线衍射实验，并取得了成功。第一次X射线衍射实验所用的仪器。所用的晶体是硫酸铜。劳厄法劳厄法X 射线衍射实验的基本装置与所拍的照片射线衍射实验的基本装置与所拍的照片爱因斯坦称，劳厄的爱因斯坦称，劳厄的实验是实验是“物理学最美物理学最美的实验的实验”。它一箭双。它一箭双雕地解决了雕地解决了X射线的射线的波动性和晶体结构的波动性和晶体结构的周期性。周期性。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础后来的科学证明，与可见光一样，X射线的本质是一种电磁波电磁波。 它具有波粒二象

9、性波粒二象性。即 它既具波动性波动性，又具有粒子性粒子性。二、二、X 射线的本质射线的本质在X射线衍射分析中应用的主要是它的波动性，反映在传播过程中发生干涉、衍射作用。在与物质相互作用，进行能在与物质相互作用，进行能量交换时，则表现出它的粒子量交换时，则表现出它的粒子性。性。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础X射线的波动性：射线的波动性：X射线的波动性表现在它以一定的波长和频率在空间传播。二、二、X 射线的本质射线的本质cv X射线的波长范围：10- 0.001nm第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础X射线的波长范围：100- 0.01 或 10-0.001nm 硬X射线：

10、0.05-2.5 0.5-2.5 主要用于晶体结构分析 0.05-1 主要用于金属探伤等 软X射线： 10-100 主要用于医学 波长的单位： nm（纳米） 法定单位 过去的常用单位 换算关系： 1nm =10-9m =10 二、二、X 射线的本质射线的本质第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础X射线粒子性：射线粒子性：X射线的粒子性表现在它是由大量的不连续的粒子流构成的。它具有一定能量和动量。 能量能量和动量和动量p与与X射线光子的频率射线光子的频率v和波长和波长之之间的关系如下：间的关系如下：二、二、X 射线的本质射线的本质h为普朗克常数，为6.62510-34J.sc 为光速，为2

11、.998108m/shchv hp X射线的产生常用的方式： X射线管和射线管和同步辐射X射线源 常用X射线管的结构：第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础三、三、X射线的产生与射线的产生与X射线管射线管三、三、X射线的产生与射线的产生与X射线管射线管 1 常用的靶材常用的靶材：Cr、Fe、Co、Ni、Cu、 Mo、Ag2 冷却系统冷却系统：阳极的底座一般用铜制作,使用时通循环水进行冷却。3 窗口窗口：X射线射出的通道。窗口一般用对X射线穿透性好的轻金属铍密封，以保持X射线管的真空。一般X射线管有四个窗口，分别从它们中射出一对线状和一对点状X射线束。4 焦点：焦点：指阳极靶面被电子束轰击

12、的面积，其形状取决于阴极灯丝的形状。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础三、三、X射线的产生与射线的产生与X射线管射线管 4 焦点焦点： 焦点一般为1mm10mm的长方形。产生的X射线束以6度角度向外发射。X射线射出时，在不同的方向产生不同形状的X射线束： 0.110mm的线状X射线束。 11mm的点状X射线束。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础三、三、X射线的产生与射线的产生与X射线管射线管 5、X射线管的基本电气电路与射线管的基本电气电路与X射射线产生线产生第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础高压变压器灯丝变压器第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础(一一)

13、 连续连续X射线（白色射线（白色X射线）射线） 四、四、X射线谱射线谱为一波长连续波长连续的光谱，包括从某一最小值开始的一系列连续波长的辐射。它与可见光中的白光相似，故出称白白色色X射线射线。 1、特点：、特点：1）强度随波长而连续变化，每条曲线都对应有一个最短的波长（短波限短波限0）和一个强度的最大值。最大值一般在1.50地方。 2）0与管流和靶的材料管流和靶的材料无关，只与管压管压有关，二者之间的关系： 0=1.24/V (nm)随着管压的增大，0向短波方向移动。 3）连续X射线的强度不仅与管压有关，还与管流和靶材有关。 I连连=i ZVmi i为电流强度，Z为靶材的原子序数 mi 与 为

14、常数分别为2 和（1.1-1.4）10-9 3）连续X射线的强度不仅与管压有关，还与管流和靶材有关。 I连=i Zvmi mi 为2， 为（1.1-1.4）10-9强度随管流、管压和靶材的原子序数的增大而增大。当需要连续X射线时，采用重元素的靶能得到较强的连续X射线。 X射线管的效率：射线管的效率：=连续X射线的总强度/X射线管的功率 =i ZV2/iV=ZV 当用钨靶（Z=74），管压为100KV。1%。可见X射线管的效率很低。要提高效率，应采用高电压和重金属。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础(一一) 连续连续X射线射线四、四、X射线谱射线谱 按量子理论，当能量为eV的高速电子撞

15、击靶中的原子时，电子失去自己的能量，其中大部分转化为热能。一部分以光子（X射线）的形式辐射出。每撞击一次就产生一个能量为hv的光子。由于单位时间内到达靶表面的电子数量很多。若管流为10mA，每秒到达阳极靶的电子可达6.251016个。大多数电子还经过多次碰撞。因此，各个电子的能量各不相同，产生的X射线的波长也就不同。于是产生了一个连续的X射线谱。2、连续、连续X射线产生机理射线产生机理第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础(一一) 连续连续X射线射线四、四、X射线谱射线谱 其中少数电子在一次碰撞中就将能量全部转化为光子，因此它产生的光子能量最大，波长最小。其短波限0取决于能量最大电子，这

16、与管压有关。大多数的电子经过多次碰撞，能量逐步地释放，产生的光子能量也相应减小，波长大于0。由于X射线的强度取决于光子的数目。所以连续X射线谱的最大值不在0的位置。2、连续、连续X射线产生机理射线产生机理第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础(二二)特征特征X射线谱（标识射线谱（标识X射线）射线） 当电压加到25KV时，Mo靶的连续X射线谱上出现了二个尖锐的峰K(0.071nm)和K(0.063nm)。四、四、X射线谱射线谱1、特征、特征X射线及其激发射线及其激发电压电压 K波长比K长， K与K 强度比约为5：1。 放大看， K还分为K1和K2两条线。K1和K2强度比约为2：1。第一章第

17、一章 X射线物理学基础射线物理学基础(二二)特征特征X射线谱（标识射线谱（标识X射线）射线） 1、特征、特征X射线及其激发电压射线及其激发电压 随着电压的增大，其强度进一步增强，但波长不变，也就是说，这些谱线的波长与管压和管流无关。 它与靶材有关，对给定的靶材，它们的这些谱线是特定的。因此，称之为特征特征X射线谱射线谱或标识标识X射线谱射线谱。产产生特征生特征X射线的最低电压射线的最低电压称称激发电压激发电压。四、四、X射线谱射线谱不同靶材料具有不同波长的特征X射线和激发电压1常用阳极靶材的特征谱参数元素原子序数K系特征谱波长（nm）激发电压(kV)工作电压(kV)K1K2KKCrFeCoNi

18、CuMoAg242627282942470.228960.193600.778890.165780.154050.070930.055940.229350.193990.179280.166170.154430.071350.056380.229090.193730.179020.165910.154180.071070.056090.208480.175650.162070.150010.139220.063230.049705.897.107.718.298.8620.025.520-2525-303030-3535-4050-5555-60第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础 莫

19、塞来1914年总结了特征X射线与靶材原子结构之间的关系：四、四、X射线谱射线谱(二二)特征特征X射线谱射线谱 1、特征、特征X射线及其激发电压射线及其激发电压)(1ZK)(ZK或K为常数，与原子的主量子数有关为屏蔽常数，与电子所在的壳层有关。 反过来，如果能测到材料中元素发射的特征X射线的波长，就能知道产生这些特征X射线元素是什么?这就是X射线荧光光谱和电子探针分析的理论基础。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础 原子内部电子的分布原子内部电子的分布 原子内部的电子分布在不同的壳层上K、L 每个壳层上的电子具有不同的能量k、L四、四、X射线谱射线谱(二二)特征特征X射线谱射线谱 2、特

20、征、特征X射线产生的机理射线产生的机理MLK特征X射线KLM撞击与激发跃迁与发射第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础(二二)特征特征X射线谱射线谱 2、特征、特征X射线产生的机理射线产生的机理 阴极电子的撞击与原子阴极电子的撞击与原子内层电子的激发内层电子的激发 这就是为什么特征X射线的产生具有一个临界的激发电压。 阴极电子的能量eV应大于原子中的电子与原子核的结合能或它的逸出功 。 eV-Ek 或 eVWk临界条件 ：eVk=Wk 第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础 电子的跃迁与电子的跃迁与X射射线的发射线的发射(二二)特征特征X射线谱射线谱 2、特征、特征X射线产生的机理

21、射线产生的机理 高能级电子填补低能级空穴。这一过程称跃迁跃迁。 跃迁的过程伴随着能量的释放，方式之一是以光子的形式辐射，这就是X射线的发射。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础(二二)特征特征X射线谱射线谱 2、特征、特征X射线产生的机理射线产生的机理 辐射光子的能量等于二个能级之间的能量差。比如LK层电子的跃迁： KL=L-k=hv=hc/KL在X射线的范围内，且对某个原子来说是固定的。因此，二个能级之间电子跃迁产生的X射线波长是一定的。这就是特征X射线产生的机理 特征X射线KLM撞击与激发跃迁与发射eVWk Vk=Wk/eKL=hc/ =hc/ KL第一章第一章 X射线物理学基础射

22、线物理学基础(二二)特征特征X射线谱射线谱 2、特征、特征X射线产生的机理射线产生的机理 光谱学定义，电子跃迁到K层产生的辐射称为K系辐射，依次还有L系、M系辐射等。 并按电子跃迁时所跨跃的能级数目不同，进行进一步的标识。跨跃1个能级的标记为，2个能级的标记为等。 LK为K MK为K第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础KMKL ，所以K的波长小于K。LK跃迁的几率比MK大5倍左右，所以，K强度比K大5倍。 同一壳层中电子能量实际上有微小的差别。于LIII-K 的跃迁几率比LIIK跃迁高1 倍。I K1：I K22：1(二二)特征特征X射线谱射线谱 2、特征、特征X射线产生的机理射线产生

23、的机理第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础四、四、X射线谱射线谱 这些辐射中L、M、N系列的辐射强度很弱，波长长，容易被吸收。K系特征辐射最强，尤其是K，是X射线分析中最常用的X射线。(二二)特征特征X射线谱射线谱 2、特征、特征X射线产生的机理射线产生的机理 由于K1和 K2波长相差很小。一般将它们视为同一条线K。其波长用二者的加权平均。 K= 2/3K1+1/3K2说明：说明：1) 激发电压对不同的阳极靶是不同的，它由阳极靶的原子序数Z所决定。2) 阳极靶不同产生的特征X射线的波长不同。3）工作电压一般是激发电压的3-5倍。 因为当工作电压是激发电压的3-5倍时，I特/I连最大。4

24、）实验中最常用的特征X射线是K。最常用的靶材是Cu和Fe。5） K= 2/3K1+1/3K2，有时需要注意区分K1和K2。常用阳极靶材的特征谱参数元素原子序数K系特征谱波长（nm）激发电压(kV)工作电压(kV)K1K2KKCrFeCoNiCuMoAg242627282942470.228960.193600.778890.165780.154050.070930.055940.229350.193990.179280.166170.154430.071350.056380.229090.193730.179020.165910.154180.071070.056090.208480.1756

25、50.162070.150010.139220.063230.049705.897.107.718.298.8620.025.520-2525-303030-3535-4050-5555-60第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础 X射线通过物质时，部分X射线将改变它们前进的方向，即发生散射散射现象。X射线的散射包括两种： 相干散射和非相干散射相干散射和非相干散射。五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用1、X射线的散射射线的散射1）相干散射（汤姆逊散射）相干散射（汤姆逊散射） 当对X射线与物质原子中束缚较紧的电子作用时，无法使它们脱离所在的能级，但产生受迫振动。每个受迫振动

26、的电子便成为一个新的电磁波源，向四周辐射与入射X射线的频率（波长）相同的电磁波。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用1、X射线的散射射线的散射A、与物质原子中束缚较紧的电子作用。B、散射波随入射X射线的方向改变了，但频率（波长）相同。C、各散射波之间符合振动方向相同、频率相同、位相差恒定的干涉条件，可产生干涉作用。1）相干散射（汤姆逊散射）相干散射（汤姆逊散射）相干散射是相干散射是X射线在晶体产生衍射的基础射线在晶体产生衍射的基础。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用1、X射

27、线的散射射线的散射2）非相干散射（康普顿散射）非相干散射（康普顿散射） A、 X射线作用于束缚较小的外层电子或自由电子。 当X射线与束缚较小的外层电子或自由电子作用时，X射线光子将一部分能量传给电子，使之脱离原有的原子而成为反冲电子。同时光子本身也改变了传播方向，发生散射，且能量减小，即散射X射线的波长变长了。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用1、X射线的散射射线的散射2）非相干散射（康普顿散射）非相干散射（康普顿散射）B、散射X射线的波长变长了。 散射X射线波长的改变与传播方向存在如下的关系： =0.0024(1-cos2) C、

28、由于散射X射线的波长随散射方向而变，不能产生干涉效应。故这种X射线散射称为非相干散射非相干散射。 非相干散射不能参与晶体对X射线的衍射，只会在衍射图上形成不利的背景。我国著名的物理学家吴有训与美国物理学家康普顿一我国著名的物理学家吴有训与美国物理学家康普顿一起在起在1924年发现的此效应。故亦称康普顿吴有训效年发现的此效应。故亦称康普顿吴有训效应应第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础物质对X射线的吸收指X射线能量在经过物质时转变为其它形式能量的效应。它主要包括：光电效应光电效应（二次特征辐射）和俄歇效应俄歇效应等。五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用2、X射线的吸收射线

29、的吸收 1）光电效应）光电效应当用X射线轰击物质时 ，若X射线的能量大于物质原子对其内层电子的束缚力时，入射X射线光子的能量就会被吸收，从而导致其内层电子（如K层电子）被激发，并使高能级上的电子产生跃迁，发射新的特征X射线。我们称X射线激发的特征X射线为二次特征二次特征X射射线线或荧光荧光X射线射线。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用2、X射线的吸收射线的吸收1）光电效应）光电效应这种以光子激发电子所发生的激发和辐射过程称为光电效光电效应应。被击出的电子称光电子光电子。产生的二次特征X射线的波长与激发它们所需的能量取决于物质的原子种

30、类和结构。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用2、X射线的吸收射线的吸收1）光电效应）光电效应要使K层电子产生光电效应，入射X射线的能量必须大于等于原子中K层电子的逸出功Wk， hvWk Wk= eVk 将入射X射线的波长与激发电压联系起来就有:keVhckeVhc荧光X射线KLMX射线照射与光电子激发跃迁与发射keVhckkV24. 1hcKLKLhc第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用2、X射线的吸收射线的吸收1）光电效应）光电效应 能引起光电效应的入射X射线的最大波长:

31、keVhckkkVeVhc24. 1(nm) k 从激发光电效应的角度说，称为激发限波长激发限波长，意义是只有入射的X射线波长达到或小于它时，才能激发物质的二次特征X射线。 从X射线被吸收的角度看，称为吸收限波长吸收限波长。意义是当入射的X射线的波长达到它时，入射X射线将被该物质强烈吸收，并产生光电效应。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用2、X射线的吸收射线的吸收1）光电效应）光电效应 K线和K线发射分别对应于L到K和M到K能级之间的电子跃迁，而K吸收限的能量相当于K层电子的结合能或逸出功，即K能级与原子第一个自由能级之间的能量差。

32、因此，对于一个给定的元素，就有: k吸收吸收 k发射发射k发射发射第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用2、X射线的吸收射线的吸收2）俄歇效应）俄歇效应 当高能级的电子向低能级跃迁时，能量不是产生二次X射线，而是被周围某个壳层上的电子所吸收，并促使该电子受激发逸出原子成为二次电子。这种效应是俄歇1925年发现的。故称俄歇效应，产生的二次电子称俄歇电子。 二次电子具有特定的能量值。可以用来表征这些原子。利用该原理制造的俄歇能谱仪主要用于分析材料表面的成分。KLMX射线照射与光电子激发俄歇电子的产生第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基

33、础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用3、X射线的衰减规律与吸收系数射线的衰减规律与吸收系数 X 射 线 通 过物质时，X射线强度衰减了。其中，因散射引起的衰减远远小于因吸收导致的衰减量。因此，可以近似地认为，X射线通过物质后其强度的衰减是由于物质对它的吸收所造成的。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用3、X射线的衰减规律与吸收系数射线的衰减规律与吸收系数 衰减的程度可以用吸收系数吸收系数来表征： Ix=I0e-x I0和Ix分别是入射和透过物质后X射线的强度 x 为厚度。 为物质的线吸收系数线吸收系数，其意义是当X射

34、线通过物质时，在X射线传播方向上，单位长度上X射线强度的衰减程度（cm-1）。它与物质的种类、密度和X射线波长有关。xIxI0第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用3、X射线的衰减规律与吸收系数射线的衰减规律与吸收系数 由于线吸收系数与物质的密度有关，计算起来不方便。因此，实际中最常用的是物质的质量吸收系数 m: xIxI0 为物质的密度。质量吸收系数的意义是单位质量物质对X射线的衰减程度mxxmeII0第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用3、X射线的衰减规律与吸收系射线的衰减

35、规律与吸收系数数 如果吸收体中是由两种以上的元素组成的化合物或混合物、或溶液，其总体的质量吸收系数为 m=w1 m1+ w2 m2+ w3 m3+ wp mp w1 , w2 , w3 和wp 为该吸收体中各组分的质量分数 m1 , m2 , m3和mp为该吸收体中各组分的质量吸收系数xIxI0第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用3、X射线的衰减规律与吸收系数射线的衰减规律与吸收系数 质量吸收系数与物质的密度和状态无关，而与物质的原子序数（即原子的种类）和入射X射线的波长有关。它们的关系为 mK3Z3 K为常数。吸收系数反映了不同物质

36、对X射线的吸收程度。xIxI0 1）吸收系数随波长的增大而增大, 且在一定区间内是连续变化的。这是因为X射线的波长越长越容易被物质所吸收。mK3Z3 2）在某些波长的位置上产生跳跃式的突变。即吸收限（吸收边）或激发限的存在。X射线通过某一物质时随Z和的衰减规律：几种元素几种元素K系射线波长和常用的滤波片及其吸收限系射线波长和常用的滤波片及其吸收限阳极靶元素原子序数K波长(nm)K波长(nm)滤 波 片材料 原子序数KCrFeCoNiCuMoAg242627282942470.229090.193730.179020.165910.154180.071070.056090.208480.1756

37、50.162070.150010.139220.063230.04970VMnFeCoNiZrRh232526272840450.226900.186940.174290.160720.148690.068880.05338 对一定波长的X射线在某些原子序数的位置上也产生跳跃式的突变。mK3Z3第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用4、吸收限的应用、吸收限的应用 1）滤波片的选用）滤波片的选用 在X射线分析中，在大多数情况下都希望所使用的X射 线 波 长 单 一 ， 即 “ 单色”X射线。但实际上，如上所述，K系特征谱线包括两条谱线。在

38、X射线分析时，它们之间会相互干扰。我们可以应用某些材料对X射线吸收的特性，将其中的K线过滤掉。第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用4、吸收限的应用、吸收限的应用 1）滤波片的选用）滤波片的选用 如上所述，任何材料对X射线的吸收都有一个K线和线和K线线。如 Ni 的吸收限为0.14869 nm。也就是说它对0.14869nm波长及稍短波长的X射线有强烈的吸收。而对比0.14869稍长的X射线吸收很小。Ni 的吸收限的吸收限: 0.14869nmCu靶靶X射线射线:K=0.15418nm K=0.13922nm 第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础五、五、X 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用4、吸收限的应用、吸