第八节X射线衍射方法及应用

1、1物理学院物理学院 邢晓东邢晓件保存于：课件保存于：密码：密码：xingxiaodong2一、多晶体衍射方法一、多晶体衍射方法二、单晶体衍射方法二、单晶体衍射方法三、三、X射线衍射分析的应用射线衍射分析的应用3 德拜法（德拜-谢乐法） 照相法 聚焦法多晶体衍射方法 针孔法 X-ray Powder diffraction 衍射仪法 劳埃（Laue）法单晶体衍射方法 周转晶体法 四圆衍射仪 CCD系统单晶衍射仪 4p粉末法最方便，可提供晶体结构的大多数信息粉末法最方便，可提供晶体结构的大多数信息 。 p单色单色X射线（射线（K系）照射粉末（多晶体）试样系）照射粉末（多晶

2、体）试样 。（一）照相法（一）照相法 用照片的感光程度估计衍射线强度，是早期的原始方法；设备简用照片的感光程度估计衍射线强度，是早期的原始方法；设备简单，精度低，拍照时间长。德拜法是衍射分析中最基本的方法。单，精度低，拍照时间长。德拜法是衍射分析中最基本的方法。（二）衍射仪法（二）衍射仪法 用计数管（探测器）直接测定用计数管（探测器）直接测定X射线衍射强度，精度高，速度快，射线衍射强度，精度高，速度快，信息量大，分析简便。信息量大，分析简便。5 以光源（X射线管）发出特征X射线（单色光）照射多晶体样品，使之发生衍射，并用照相底片记录衍射花样的方法。 试样可为非粉末块、板、丝等形状，但最常用粉末

3、（黏结成圆柱形）多晶体样品，故称粉末照相法或粉末法 。 根据样品与底片的相对位置，照相法又可分为德拜法、聚焦法和针孔法，其中德拜法应用最普遍。6成像原理与衍射花样特征成像原理与衍射花样特征在满足衍射条件时,根据厄瓦尔德原理,样品中各晶粒同名晶面倒易点集合成倒易球，倒易球与反射球相交成一垂直于入射线的圆,从反射球中心向这些圆周连线成数个以入射线为公共轴的共顶圆锥衍射圆锥，圆锥的母线就是衍射线的方向,锥顶角等于4。X射线衍射线的空间分布射线衍射线的空间分布粉末多晶体衍射的厄瓦尔德图解7德拜照相法德拜照相法粉末多晶中不同的晶面族只要满足衍粉末多晶中不同的晶面族只要满足衍射条件都将形成各自的衍射圆锥。

4、射条件都将形成各自的衍射圆锥。如何记录下这些衍射花样呢？如何记录下这些衍射花样呢？ 一种方法是用一种方法是用平板底片平板底片，记录底，记录底片与反射圆锥的交线。如果将底片与片与反射圆锥的交线。如果将底片与入射束垂直放置，那么在底片上将得入射束垂直放置，那么在底片上将得到若干个同心圆环，这就是所谓的到若干个同心圆环，这就是所谓的针针孔照相法孔照相法。针孔法的衍射花样针孔法的衍射花样8德拜照相法德拜照相法受底片大小限制，一张底片不能记录下所有的衍射花样（还存在背受底片大小限制，一张底片不能记录下所有的衍射花样（还存在背射）。德拜和谢乐等设计了一种射）。德拜和谢乐等设计了一种长条形底片，将其圈成一个

5、圆筒长条形底片，将其圈成一个圆筒，以试样为圆心，以以试样为圆心，以X X射线入射方向为直径放置圈成的圆底片。这样射线入射方向为直径放置圈成的圆底片。这样圆筒底片和所有衍射圆锥相交，形成一个个弧形线对，从而可以记圆筒底片和所有衍射圆锥相交，形成一个个弧形线对，从而可以记录下所有衍射花样，这种方法就是录下所有衍射花样，这种方法就是德拜德拜- -谢乐照相法谢乐照相法。将记录衍射花样的圆筒底片展平，将记录衍射花样的圆筒底片展平，测量弧形线对的距离测量弧形线对的距离2L2L，计算出，计算出L L对应的反射圆锥的半顶角对应的反射圆锥的半顶角22，从而标定衍射花样，从而标定衍射花样。2 =1802 =0德拜

6、法的衍射花样德拜法的衍射花样9德拜相机德拜相机德拜相机德拜相机（右下方为盖子）（右下方为盖子）1-机身机身 2-样品架样品架 3-光阑光阑 4-承光管承光管德拜相机构造图德拜相机构造图10德拜相机德拜相机德拜相机剖面示意图德拜相机剖面示意图德拜相机结构简单，主要由相德拜相机结构简单，主要由相机机外壳外壳、光阑、承光管光阑、承光管和位于和位于圆筒中心的圆筒中心的试样架试样架构成。构成。相机外壳为金属圆筒，圆筒上相机外壳为金属圆筒，圆筒上下有结合紧密的底盖密封，下有结合紧密的底盖密封，与与圆筒内壁周长相等的底片，圈圆筒内壁周长相等的底片，圈成圆筒紧贴圆筒内壁安装成圆筒紧贴圆筒内壁安装，并，并有卡环

7、保证底片紧贴圆筒。有卡环保证底片紧贴圆筒。 11德拜相机德拜相机相机圆筒通常设计为内圆周长为相机圆筒通常设计为内圆周长为180mm180mm和和360mm360mm，对应的相机直径为，对应的相机直径为57.3mm 57.3mm 和和114.6mm114.6mm。目的是使底片在长度方向上目的是使底片在长度方向上1mm1mm对应圆对应圆心角为心角为2 2或或1 1，为将底片上测量的，为将底片上测量的弧形线对距离弧形线对距离2L2L折算成折算成22角提供方便。角提供方便。1360DmmD6.11412德拜相机德拜相机试样架：试样架：位于试样圆筒中心轴线上，用于承载固定并调整样位于试样圆筒中心轴线上，

8、用于承载固定并调整样品。品。光阑光阑：限制入射：限制入射X X射线的不平行度，并根据孔径的大小调整入射线的不平行度，并根据孔径的大小调整入射线的束径和位置。射线的束径和位置。承光管：承光管：主要作用是监视入射主要作用是监视入射X X射线的和试样的相对位置，同射线的和试样的相对位置，同时吸收透射的时吸收透射的X X射线，减弱底片的背景。它的头部有一块荧光射线，减弱底片的背景。它的头部有一块荧光屏和一块铅玻璃。屏和一块铅玻璃。 13底片的安装底片的安装底片安装方法底片安装方法（a）正装法）正装法 （b）反装法）反装法 (c)偏装法偏装法 根据底片圆孔位置根据底片圆孔位置和开口所在位置的不和开口所在

9、位置的不同，安装方法分为三同，安装方法分为三种：种：正装法正装法反装法反装法偏装法（不对称装法）偏装法（不对称装法）14底片的安装底片的安装1. 正装法：底片中心开一圆孔，底片两端中心开半圆孔。底片安装时光阑穿过两个半圆孔合成的圆孔，承光管穿过中心圆孔。低角线低角线高角线高角线高角线高角线 特点：低角度的弧线位于底片中央，高角度线则靠近两端。弧线呈左右对称分布。几何关系和计算较简单，常用于物相分析。15底片的安装底片的安装2.反装法：底片开孔位置同上，但底片安装时光阑穿过中心孔高角线高角线低角线低角线低角线低角线特点：衍射线呈左右对称分布，高角度线条位于底片中央。比较适合于测量高角度的衍射线。

10、由于高角线弧对间距较小，底片收缩造成的误差也较小，故适合于点阵常数精确测定。16底片的安装底片的安装3.偏装法：在底片的1/4和3/4 处有两个圆孔，间距为R。底片安装时光阑穿过一个圆孔，承光管穿过另一个圆孔。低角线低角线高角线高角线特点：低角度和高角度的衍射线分别围绕两个孔形成对称的弧线。能同时顾及高低角度的衍射线，还可以直接由底片上测算出真实的圆周长，便于消除误差。是最常用的方法。 17样品制备样品制备样品要求：样品要求：1.1.试样必须具有代表性；试样必须具有代表性；2.2.试样粉末尺寸大小要适试样粉末尺寸大小要适中；中；3.3.试样粉末不能存在应力。试样粉末不能存在应力。粉末制取：脆性

11、材料可以用碾压或用研钵研磨的方法获取；对粉末制取：脆性材料可以用碾压或用研钵研磨的方法获取；对于塑性材料（如金属、合金等）可以用锉刀锉出碎屑粉末于塑性材料（如金属、合金等）可以用锉刀锉出碎屑粉末 样品尺寸：德拜法中的试样尺寸为样品尺寸：德拜法中的试样尺寸为0.20.8510mm的圆柱样的圆柱样品。品。几种制备方法：（几种制备方法：（1）用细玻璃丝涂上胶水后，）用细玻璃丝涂上胶水后，捻动玻璃丝粘结捻动玻璃丝粘结粉末。（粉末。（2 2）采用石英毛细管、玻璃毛细管来制备试样。将粉末）采用石英毛细管、玻璃毛细管来制备试样。将粉末填入毛细管中即制成试样。（填入毛细管中即制成试样。（3 3）用胶水将粉末调

12、成糊状注入毛）用胶水将粉末调成糊状注入毛细管中，从一端挤出细管中，从一端挤出2 23mm3mm长作为试样。长作为试样。 18选靶与滤波选靶与滤波 选靶 靶材产生的特征X射线尽可能少的激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样背底，使图像清晰。 滤波 滤波片的选择要根据阳极靶材来决定。1样靶ZZ4040靶靶ZZ21靶滤靶滤ZZZZ19选靶与滤波选靶与滤波获得单色光的方法除了滤波片以外，还可以采用单色器。获得单色光的方法除了滤波片以外，还可以采用单色器。单色器实际上是具有一定晶面间距的晶体单色器实际上是具有一定晶面间距的晶体，通过恰当的面，通过恰当的面间距选择和机构设计，可以使入射间距选择和机构设计，可以

13、使入射X X射线中仅射线中仅KK产生衍射，产生衍射，其它射线全部被散射或吸收掉。其它射线全部被散射或吸收掉。以以KK的衍射线作为入射束照射样品是真正的单色光。但的衍射线作为入射束照射样品是真正的单色光。但是，单色器获得的单色光强度很低，实验中必须延长曝光是，单色器获得的单色光强度很低，实验中必须延长曝光时间或衍射线的接受时间。时间或衍射线的接受时间。20实验参数选择实验参数选择实验中还需要选择的参数有实验中还需要选择的参数有X X射线管的电压和电流。射线管的电压和电流。通常管电压为阳极靶材临界激发电压的通常管电压为阳极靶材临界激发电压的3 35 5倍，此时特征谱倍，此时特征谱与连续谱的强度比可

14、以达到最佳值。与连续谱的强度比可以达到最佳值。管电流可以尽量选大，但不能超过额定功率的最大值。管电流可以尽量选大，但不能超过额定功率的最大值。曝光时间曝光时间: : 试样、相机尺寸、底片感光性能等都影响到曝试样、相机尺寸、底片感光性能等都影响到曝光时间。曝光时间的变化范围很大，常常在一定的经验基光时间。曝光时间的变化范围很大，常常在一定的经验基础上，再通过实验来确定曝光时间，础上，再通过实验来确定曝光时间，2 2小时至十几小时。小时至十几小时。21衍射花样的测量和计算衍射花样的测量和计算德拜法的衍射几何德拜法的衍射几何3 .57R4L22224L2223 .57R4L2180R4L2L2R4L

15、222RR时，当表示，则有单位为弧度，若用角度为衍射弧对间距为相机半径，式中，时，当22德拜相机的分辨本领德拜相机的分辨本领照相机的分辨本领可以用衍射花样中相邻线条的分离程度来定量表征，它表示晶面间距变化所引起的衍射线条位置相对改变的灵敏程度。假如，面间距 d 发生微小改变值 d ，由此在衍射花样中引起线条位置的相对变化为L ，则相机的分辨本领 可以表示为：2Rtancot-2RddL2222)n(4dn2R)2dn(12dn2Rsin-1sin2R23德拜相机的分辨本领德拜相机的分辨本领相机半径R越大，分辨本领越高。但是相机直径的增大，会延长曝光时间，并增加由空气散射而引起的衍射背影。57.

16、3mm相机最为常用。角越大，分辨本领越高。所以衍射花样中高角度线条的K1和 K2双线可明显的分开。X射线的波长越长，分辨本领越高。所以为了提高相机的分辨本领，在条件允许的情况下，应尽量采用波长较长的X射线源。面间距越大，分辨本领越低。在分析大晶胞的试样时，应尽可能选用波长较长的X射线源，以便补偿由于晶胞过大对分辨本领的不良影响。 22)n(4dn2R24衍射花样指数标定衍射花样指数标定即确定衍射花样中各线条（弧对）相应晶面的干涉指数，并用来标识衍射线条，又称衍射花样指数化。对于立方晶系：和。为晶面干涉指数的平方（NNNNLKH321322212222222:sin:sin:sin)a4sin进

17、行指数化时，先算出各衍射线条的sin2顺序比，再与N值顺序比对照，便可确定晶体结构类型和各衍射线条的干涉指数。 N1 : N2 : N3 : =1、2、3、4、5、6、8、9、102、4、6、8、10、12、14、16. 3、4、8、11、12、16、19、20(bcc)(fcc)25衍射花样指数标定衍射花样指数标定衍射线顺序号 简单立方 体心立方 面心立方 金刚石立方 HKLNN/N1HKLNN/N1HKLNN/N1HKLNN/N11100111102111131111 3 2110222004220041.33 220 82.66 311133211632208266 311113.67

18、42004422084311113.67400165.33 52105531010522212 331196.33 621166222126400165.3342224 722088321147331196.33333,51127 8300,22199400168420206.674403210.6793101010411,33018942224 5313511.671031111114202010333,51127 6204013.3326照相法的优缺点：照相法的优缺点：1、摄照时间长，往往需要、摄照时间长，往往需要220小时；小时；2、衍射线强度靠照片的黑度来估计，准确度不高；、衍射线强度

19、靠照片的黑度来估计，准确度不高；3、设备简单，价格便宜；、设备简单，价格便宜；4、在试样非常少的时，如、在试样非常少的时，如1mg左右时也可以进行分析，左右时也可以进行分析，而衍射仪则至少要而衍射仪则至少要0.5g；5、可以记录晶体衍射的全部信息，需要迅速确定晶体取、可以记录晶体衍射的全部信息，需要迅速确定晶体取向、晶粒度等时尤为有效；向、晶粒度等时尤为有效；6、在试样太重不便于用衍射仪时照相法也是必不可少的；、在试样太重不便于用衍射仪时照相法也是必不可少的；27 随着各种辐射探测器（计数器）用于记录衍射强度，随着各种辐射探测器（计数器）用于记录衍射强度，X X射线射线衍射仪已取代照相法，成为

20、最广泛使用的衍射仪已取代照相法，成为最广泛使用的X X射线衍射装置。射线衍射装置。 X X射线衍射仪是进行晶体分析的最主要设备，具有方便、快射线衍射仪是进行晶体分析的最主要设备，具有方便、快速、准确等优点，与计算机结合，使操作、测量和数据处理速、准确等优点，与计算机结合，使操作、测量和数据处理实现了自动化。实现了自动化。 衍射仪法的优点：速度快、强度相对精确、信息量大、精度衍射仪法的优点：速度快、强度相对精确、信息量大、精度高、分析简便、试样制备简便等等。高、分析简便、试样制备简便等等。28 衍射仪法要解决的关键问题：衍射仪法要解决的关键问题：X X射线接收装置射线接收装置计数管；计数管；衍射

21、强度必须适当加大，为此可以使用板状试样；衍射强度必须适当加大，为此可以使用板状试样；相同的相同的(hkl)(hkl)晶面也是全方向散射的，需要聚焦；晶面也是全方向散射的，需要聚焦；计数管的移动要满足布拉格条件。计数管的移动要满足布拉格条件。 上述问题的解决由以下几个机构实现：上述问题的解决由以下几个机构实现：1 1X X射线测角仪射线测角仪解决聚焦和测量角度的问题；解决聚焦和测量角度的问题；2 2辐射探测仪辐射探测仪解决记录和分析衍射线能量问题。解决记录和分析衍射线能量问题。2930X射线衍射仪主要由X射线发生器、测角仪、辐射探测器和辐射探测电路四个部分组成。A-入射光阑入射光阑B-接受光阑接

22、受光阑C-样品样品E-计数管架计数管架F-接收狭缝接收狭缝G-计数管计数管H-样品台样品台K-刻度盘刻度盘O-中心轴中心轴S-线状焦斑线状焦斑T-X射线源射线源测角仪构造示意图测角仪构造示意图31测角仪测角仪测角仪圆测角仪圆中心为样品中心为样品台台H，H可绕中心轴可绕中心轴O转动。转动。平板状粉末多晶样品平板状粉末多晶样品放置在样品台放置在样品台H上，上，并保证试样被照射的并保证试样被照射的表面与轴线表面与轴线O严格重严格重合。合。32测角仪测角仪 工作时，若工作时，若X光管固光管固定不动，探测器与试定不动，探测器与试样同时转动。样同时转动。为保证为保证探测器始终位于反射探测器始终位于反射方向

23、上方向上，两者转动的，两者转动的角速度为角速度为2：1的比例的比例关系。关系。 -2-2联动联动33测角仪测角仪- -联动联动 衍射仪工作时，若样衍射仪工作时，若样品固定不动，探测器品固定不动，探测器与与X X光管同时转动，光管同时转动，为保证探测器始终位为保证探测器始终位于反射方向上于反射方向上，转动转动的角速度为的角速度为1 1：1 1的比的比例关系。例关系。 34测角仪测角仪测角仪测角仪35测角仪的衍射几何测角仪的衍射几何 测角仪中测角仪中X X射线光路应满足射线光路应满足布拉格定律布拉格定律和和聚焦条件聚焦条件，以，以获得最大的衍射强度和分辨率。获得最大的衍射强度和分辨率。 聚焦圆聚焦

24、圆X X射线管的焦点、样品表面被照射位置、接射线管的焦点、样品表面被照射位置、接收狭缝三者位于一个圆上，称为聚焦圆。收狭缝三者位于一个圆上，称为聚焦圆。 36测角仪的衍射几何测角仪的衍射几何要聚焦，需使要聚焦，需使X X射线管的焦点射线管的焦点S S、样品、样品表面表面MONMON、计数器接收光阑、计数器接收光阑F F位于聚焦位于聚焦圆上。圆上。平行于试样表面的晶面满足入平行于试样表面的晶面满足入射角射角= =反射角反射角=的条件的条件，此时入、反，此时入、反射线夹角为射线夹角为(-2)(-2)，正好为聚焦圆，正好为聚焦圆的圆周角，由于位于同一圆弧上的圆的圆周角，由于位于同一圆弧上的圆周角相等

25、，所以，位于试样不同部位周角相等，所以，位于试样不同部位M M，O O，N N处平行于试样表面的处平行于试样表面的(hkl)(hkl)晶晶面，可以把各自的反射线会聚到面，可以把各自的反射线会聚到F F点。点。 37测角仪的衍射几何测角仪的衍射几何 测量时，计数器沿测角仪圆移动逐个地对衍射线进行测量。除测量时，计数器沿测角仪圆移动逐个地对衍射线进行测量。除X X射线管焦点射线管焦点S S之外，聚焦圆与测角仪圆只能有一个公共交点之外，聚焦圆与测角仪圆只能有一个公共交点F F，所以，无论衍射条件如何改变，最多只可能有一个所以，无论衍射条件如何改变，最多只可能有一个(HKL)(HKL)衍射线衍射线聚焦

26、到聚焦到F F点接受检测。点接受检测。 新问题：新问题： 只有计数管只有计数管C C和接收光阑和接收光阑F F移动，可以证明移动，可以证明r=R/2sinr=R/2sin 。较前期的衍射仪聚焦通常存在误差较前期的衍射仪聚焦通常存在误差 ，而较新式衍射仪可使计，而较新式衍射仪可使计数管沿数管沿FOFO方向径向运动，并与方向径向运动，并与 2 2 联动，使联动，使F F始终在焦点上。始终在焦点上。 聚焦圆曲率改变问题聚焦圆曲率改变问题采用平板试样，表面始终与聚焦圆相切。采用平板试样，表面始终与聚焦圆相切。 2 2 连动：当计数器处于连动：当计数器处于2 2 角的位置时，试样表面与入射线的角的位置时

27、，试样表面与入射线的掠射角应为掠射角应为 。为此，应使试样与计数器转动的角速度保持为此，应使试样与计数器转动的角速度保持1:21:2的速度比。的速度比。38测角仪的光路布置测角仪的光路布置X X射线经焦点射线经焦点S S发出，发出，在入射路径中加入在入射路径中加入S S1 1梭拉光阑梭拉光阑限制限制X X射射线在高度方向的发线在高度方向的发散散，加入，加入DSDS发散狭发散狭缝光阑缝光阑限制限制X X射线的射线的照射宽度照射宽度。39测角仪的光路布置测角仪的光路布置试样产生的衍射线也试样产生的衍射线也会发散，设置接收狭会发散，设置接收狭缝光阑缝光阑RSRS、防散射光、防散射光阑阑SSSS、梭拉

28、光阑、梭拉光阑S S2 2，仅让精确满足衍射方仅让精确满足衍射方向的衍射线进入探测向的衍射线进入探测器，遮挡其余杂散射器，遮挡其余杂散射线。线。40X射线探测器射线探测器 X射线探测元件为射线探测元件为计数管计数管（探测器），计数管及其附（探测器），计数管及其附属电路称为属电路称为计数器计数器。 X射线探测器是基于射线探测器是基于X射线能使原子电离的特性而制造。射线能使原子电离的特性而制造。 X射线衍射仪可用的辐射探测器有正比计数器、盖革射线衍射仪可用的辐射探测器有正比计数器、盖革管、闪烁计数器、管、闪烁计数器、Si（Li）半导体探测器、位敏探测）半导体探测器、位敏探测器等，其中常用的是正比计

29、数器和闪烁计数器。器等，其中常用的是正比计数器和闪烁计数器。41正比计数器正比计数器由金属圆筒（阴极）由金属圆筒（阴极）与位于圆筒轴线的金与位于圆筒轴线的金属丝（阳极）组成。属丝（阳极）组成。金属圆筒外用玻璃壳金属圆筒外用玻璃壳封装，内抽真空后再封装，内抽真空后再充稀薄的惰性气体。充稀薄的惰性气体。一端由对一端由对X X射线高度透射线高度透明铍或云母等做窗口明铍或云母等做窗口接收接收X X射线。射线。正比计数器结构示意图正比计数器结构示意图42正比计数器正比计数器阴阳极间加上稳定的阴阳极间加上稳定的600600900V900V直流高压；直流高压；没有没有X X射线进入窗口时，输出端无电压；射线

30、进入窗口时，输出端无电压；若有若有X X射线从窗口进入，射线从窗口进入，X X射线使惰性气体电离。射线使惰性气体电离。在电场作用下气体离子向金属圆筒运动，电子则向阳极丝运动。在电场作用下气体离子向金属圆筒运动，电子则向阳极丝运动。由于阴阳极间的电压在由于阴阳极间的电压在600-900V600-900V之间，圆筒中将产生多次电离的之间，圆筒中将产生多次电离的“雪崩雪崩”现象现象，大量的电子涌向阳极，这时输出端就有脉冲输出，大量的电子涌向阳极，这时输出端就有脉冲输出，计数器可以检测到电压脉冲。计数器可以检测到电压脉冲。X X射线强度越高，脉冲数越多；脉冲幅度与射线强度越高，脉冲数越多；脉冲幅度与X

31、 X射线光子能量成正比，射线光子能量成正比，正比计数器可以可靠地测定正比计数器可以可靠地测定X X射线强度。射线强度。43正比计数器正比计数器正比计数器的特点正比计数器的特点 正比计数器输出的脉冲幅度大小和它所吸收的正比计数器输出的脉冲幅度大小和它所吸收的X X射线光射线光子能量成正比。只要在正比计数器的输出电路上加上一子能量成正比。只要在正比计数器的输出电路上加上一个脉高分析器，对所接收的脉冲按其幅度进行甑别，就个脉高分析器，对所接收的脉冲按其幅度进行甑别，就可获得只由某一波长可获得只由某一波长X X射线产生的脉冲。对其进行计数，射线产生的脉冲。对其进行计数，排除其它波长幅射的影响。排除其它

32、波长幅射的影响。 特点：反应极快（分辨时间特点：反应极快（分辨时间1010-6-6秒），性能稳定，能量秒），性能稳定，能量分辨率高，背底极低，光子计数效率高分辨率高，背底极低，光子计数效率高 缺点：对温度比较敏感，电压要求高度稳定缺点：对温度比较敏感，电压要求高度稳定44闪烁计数器闪烁计数器 闪烁计数器是利用闪烁计数器是利用X X射线作用在某些物质上产生可见荧光，并通过光射线作用在某些物质上产生可见荧光，并通过光电倍增管来接收探测的辐射探测器。电倍增管来接收探测的辐射探测器。闪烁计数器结构：闪烁计数器结构：Be窗口窗口NaI（Tl）单晶）单晶光敏阴极光敏阴极光电倍增管光电倍增管45闪烁计数器闪

33、烁计数器 当当X射线照射到射线照射到NaI晶体后，产生蓝色可见荧光。晶体后，产生蓝色可见荧光。蓝色可见荧光透过玻璃再照射到光敏阴极上产生光致电子。蓝色可见荧光透过玻璃再照射到光敏阴极上产生光致电子。在光敏阴极后面设置了多个联极（可多达数十个），每个联极递增在光敏阴极后面设置了多个联极（可多达数十个），每个联极递增100V正电压，光敏阴极发出的每个电子都可以在下一个联极产生同正电压，光敏阴极发出的每个电子都可以在下一个联极产生同样多的电子增益，这样到最后联极出来的电子就可多达样多的电子增益，这样到最后联极出来的电子就可多达106-107个，个，从而产生足够高的电压脉冲。从而产生足够高的电压脉冲。

34、46闪烁计数器闪烁计数器 利用利用X X射线激发某种物质会产生可见的荧光，且射线激发某种物质会产生可见的荧光，且荧光的多少与荧光的多少与X X射线能量成正比的特性。射线能量成正比的特性。 闪烁计数器可在高达闪烁计数器可在高达10105 5脉冲脉冲s s的计数速率下使的计数速率下使用，而不会有漏计损失。用，而不会有漏计损失。 在整个在整个X X射线波长范围，其吸收效率都接近射线波长范围，其吸收效率都接近100100。 主要缺点是本底脉冲过高，即热噪声。主要缺点是本底脉冲过高，即热噪声。 在工作时采用循环水冷却来降低噪声的有害影响。在工作时采用循环水冷却来降低噪声的有害影响。 47衍射仪法特点衍射

35、仪法特点 衍射仪法的特点衍射仪法的特点: :试样是平板状试样是平板状 存在两个圆存在两个圆( (测角仪圆测角仪圆, ,聚焦圆聚焦圆) ) 衍射是那些平行于试样表面的晶面提供的衍射是那些平行于试样表面的晶面提供的 射线强度用辐射探测器测定射线强度用辐射探测器测定( (正比计数器正比计数器) ) 测角仪圆的工作特点测角仪圆的工作特点: :试样与探测器以试样与探测器以2 2联动或联动或联动；联动；射线源射线源, ,试样和探测器三者应始终位于聚试样和探测器三者应始终位于聚焦圆上。焦圆上。48衍射仪的测量方法和测量参数衍射仪的测量方法和测量参数 衍射仪的试样可以是金属、非金属的块状、片状或各种粉末。衍射

36、仪的试样可以是金属、非金属的块状、片状或各种粉末。对于块状、片状试样可以用粘接剂将其固定在试样框架上，并保持一个平对于块状、片状试样可以用粘接剂将其固定在试样框架上，并保持一个平面与框架平面平行；粉末试样用粘接剂调和后填入试样架凹槽中，使粉面与框架平面平行；粉末试样用粘接剂调和后填入试样架凹槽中，使粉末表面刮平与框架平面一致。对晶粒大小、试样厚度、择优取向、应力末表面刮平与框架平面一致。对晶粒大小、试样厚度、择优取向、应力状态和试样表面平整度等都有一定要求。状态和试样表面平整度等都有一定要求。 试样晶粒大小要适宜，在试样晶粒大小要适宜，在1m-5m1m-5m左右最佳。粉末粒度也要在这个范左右最

37、佳。粉末粒度也要在这个范围内，一般要求能通过围内，一般要求能通过325325目的筛子为合适。目的筛子为合适。49衍射仪的测量方法和测量参数衍射仪的测量方法和测量参数 衍射仪测量只有在仪器经过精心调整，并恰当地选择实验参数以后，衍射仪测量只有在仪器经过精心调整，并恰当地选择实验参数以后，方能获得满意的测试结果；测量参数包括狭缝光阑宽度、时间常数方能获得满意的测试结果；测量参数包括狭缝光阑宽度、时间常数和扫描速度。和扫描速度。衍射仪中有梭拉光阑、发散光阑、防散射光阑和接收光阑，其中梭衍射仪中有梭拉光阑、发散光阑、防散射光阑和接收光阑，其中梭拉光阑是固定不动的。拉光阑是固定不动的。发散光阑决定照射面

38、积，选择的原则是不让发散光阑决定照射面积，选择的原则是不让X X射线照射区超出试样射线照射区超出试样外，尽可能用大的发散光阑。外，尽可能用大的发散光阑。防散射光阑与接收光阑应同步选择。防散射光阑与接收光阑应同步选择。 选择宽的狭缝可以获得高的选择宽的狭缝可以获得高的X X射线衍射强度，但分辨率要降低；若希射线衍射强度，但分辨率要降低；若希望提高分辨率则应选择小的狭缝宽度。望提高分辨率则应选择小的狭缝宽度。50衍射仪的测量方法和测量参数衍射仪的测量方法和测量参数 时间常数时间常数表示对表示对X X射线强度记录时间间隔的长短。射线强度记录时间间隔的长短。增大时间常数，可使衍射峰的轮廓及背底变得平滑

39、，但将降低分增大时间常数，可使衍射峰的轮廓及背底变得平滑，但将降低分辨率，衍射峰也将向扫描方向偏移，造成衍射峰不对称宽化。辨率，衍射峰也将向扫描方向偏移，造成衍射峰不对称宽化。因此，要提高测量精度应该选择小的时间常数。因此，要提高测量精度应该选择小的时间常数。通常选择时间常数通常选择时间常数RCRC值小于或等于接收狭缝的时间宽度的一半。值小于或等于接收狭缝的时间宽度的一半。这样的选择可以获得高分辨率的衍射线峰形。这样的选择可以获得高分辨率的衍射线峰形。狭缝时间宽度是指狭缝转过自身宽度所需时间。狭缝时间宽度是指狭缝转过自身宽度所需时间。51衍射仪的测量方法和测量参数衍射仪的测量方法和测量参数 扫

40、描速度是指探测器在测角仪圆周上均匀转动的角速度。扫描速度是指探测器在测角仪圆周上均匀转动的角速度。 扫描速度对衍射结果的影响与时间常数类似，扫描速度越快，衍射线强度下扫描速度对衍射结果的影响与时间常数类似，扫描速度越快，衍射线强度下降，衍射峰向扫描方向偏移，分辨率下降，一些弱峰会被掩盖而丢失。降，衍射峰向扫描方向偏移，分辨率下降，一些弱峰会被掩盖而丢失。多晶体衍射仪计数测量方法分为连续扫描和步进（阶梯）扫描两种。多晶体衍射仪计数测量方法分为连续扫描和步进（阶梯）扫描两种。连续扫描：探测器从接近连续扫描：探测器从接近0 接近接近180连续扫描，用于物相定性分析连续扫描，用于物相定性分析52衍射仪

41、的测量方法和测量参数衍射仪的测量方法和测量参数 阶梯扫描：探测阶梯扫描：探测器在某个衍射峰器在某个衍射峰附近扫描，用于附近扫描，用于定量分析和应力定量分析和应力测定。测定。531. 计算机用于计算机用于XRD分析分析 实验参数的计算机控制实验参数的计算机控制 自动确定管电压、管电流，显示与调整测角仪和各实自动确定管电压、管电流，显示与调整测角仪和各实验参数。验参数。 计算机数据分析，直接给出实验结果计算机数据分析，直接给出实验结果 如：物相鉴定、晶粒尺寸测定、宏观应力测定等。如：物相鉴定、晶粒尺寸测定、宏观应力测定等。542. 新型附件新型附件 高温衍射附件高温衍射附件 可将试样加热到可将试样加热到1500 用于研究相变、熔化用于研究相变、熔化与结晶过程，建立相与结晶过程，建立相图等图等552. 新型附件新型附件 低温衍射附件低温衍射附件 可将试样冷却到可将试样冷却到-196 用