X射线与物质的相互作用概要课件

1.4X射线与物质的相互作用入射散射透射吸收1.4X射线与物质的相互作用入射散射透射吸收11.4.1

X射线的散射

1.4.1.1相干散射

e

特点√波长不变,方向改变

(新的散射波之间可以发生干涉作用)√晶体衍射现象的基础

1.4.1X射线的散射e特点21.4.1.2非相干散射

2‘21.4.1.2非相干散射2‘23X射线与物质的相互作用概要课件4散射波波长随散射方向而变散射波波长随散射方向而变5特点√波长变化

散射波波长随散射方向而变，散射波与入射波不可能存在固定的位相关系.特点6√不参与晶体对X射线的衍射，只形成连续背底，给衍射分析带来不利影响。√不参与晶体对X射线的衍射，只形成连续背底，给衍射分析带来71.4.2

X射线的吸收

物质对X射线的吸收主要是由原子内部的电子跃迁引起的。

1.光电效应电子(eV)X射线KL荧光射线（二次标识X射线）光电子LKx-rayM1.4.2X射线的吸收1.光电效应电子(eV)X射8

先决条件

临界状态

当X射线的波长小于或等于λK时才能产生光电效应，使X射线的能量被吸收；λK称为被照射物质因产生荧光辐射而大量吸收入射X射线的吸收限。WK为击出一个K层电子所做的功先决条件当X射线的波长小于或等于λK时才能产生光电效应，使9荧光X射线增加衍射花样的背底，给衍射分析带来不利影响

荧光X射线增加衍射花样的背底，给衍射分析带来不利影响102.俄歇效应

photoeletronLKAugerelectronphotoeletronLKenergy具有一个K层空位的初始能态L层具有两个空位的终止能态KLL俄歇电子2.俄歇效应photoeletronLKAugere11√俄歇电子的能量俄歇电子的能量只与物质有关，与元素种类有关俄歇电子的能量低----表层化学成分分析

√俄歇电子的能量121.4.3

X射线的衰减

当X射线穿过物质时，由于散射和吸收使其透射方向上的强度显著地衰减下来。

实验表明，当通过厚度为dx的物质时，X射线的衰减量dI正比于入射线强度I和层厚dx，即HxdxIxIx+dxI0I1.4.3X射线的衰减当X射线穿过物质时，由于散13µ为比例常数，与入射线的波长及物质有关，称为该物质对入射X射线的衰减系数，也称为线衰减系数(单位为cm-1)。负号表示强度变化由强变弱。线衰减系数µ的物理意义为：X射线通过1cm3物质时强度的相对衰减量。通常，强度指的是单位时间内通过1cm2面积上的能量，这些能量在通过1cm厚度时，相对衰减量(-dI/I)为µ

。所以µ

指的是1cm3物质引起的相对衰减。µ为比例常数，与入射线的波长及物质有关，称为该物质对入射X14HxdxIxIx+dxI0IHxdxIxIx+dxI0I15由于线吸收系数µ随物质的密度而变化，为此，引入质量衰减系数m质量衰减系数m的物理意义为：密度为的1cm3物质为克，所以每克物质引起的相对衰减量为/,即m。（单位：cm2/g）m与物质状态无关，与元素Z有关。（不同元素的m值见附录3）由于线吸收系数µ随物质的密度而变化，为此，引入质量衰减系数16

√对于两种以上元素组成的物质

√对于两种以上元素组成的物质17例：ThevolumefractionofN2,O2andArintheairis78%,21%and1%respectively.Whatisthetransmissionfactor(IH/I0)fortheCuKlinewhenthethicknessoftheairis1m?例：ThevolumefractionofN2,O18Solution:

MN2=28,MO2=32,MAr=40,

vN2=0.78,vO2=0.21,vAr=0.01,

sowN=MN2×vN2/Mair=0.754,

wO=0.232,wAr=0.014ForCuK,H=1m,=1.29×10-3g/cm3TransmissionfactorSolution:ForCuK,19X射线强度的衰减是通过散射和吸收两种方式进行的即：X射线穿透物质的衰减现象基本上是吸收造成的。X射线强度的衰减是通过散射和吸收两种方式进行的即：X射20质量衰减系数m

与波长

和原子序数Z的关系

实验表明：√一定的波长下,m随原子序数

Z而增大

√对于一定的原子序数Z,m随

而增大质量衰减系数m与波长和原子序数Z的关系√一21光电效应λK光电效应λK221.4.4

吸收限的应用

滤波片的选择

1.5418Ă1.3922Ă1.4869Ă1.4.4吸收限的应用滤波片的选择1.5418Ă1.23

Mo靶用什么滤波片？

滤波片的选择规律

forZ靶<40,Z滤波片=Z靶–1;forZ靶>40,Z滤波片=Z靶–2表1-2：几种常用的滤波片

Mo靶用什么滤波片？24

阳极靶的选择

根据样品的吸收曲线选用靶材

试样的吸收要小,以免衍射线强度的减弱以及荧光辐射增加背底Fe试样用什么靶？Co试样用什么靶？

靶材选择原则

Z靶≤Z试样

+1

但(Z试样–Z靶)

不宜太大阳极靶的选择试样的吸收要小,以免衍射线强度的减弱以及荧光辐251.4.5

X射线的折射

√折射率接近1√一般工作中,不考虑折射对实验的影响1.4.5X射线的折射√折射率接近1261.4.6

X射线与物质相互作用总结

图1-181.4.6X射线与物质相互作用总结图1-18271.5

X射线的防护

√人体受过量X射线照射会受到伤害√实验室注意安全防护

1.5X射线的防护√人体受过量X射线照射会受281.4X射线与物质的相互作用入射散射透射吸收1.4X射线与物质的相互作用入射散射透射吸收291.4.1

X射线的散射

1.4.1.1相干散射

e

特点√波长不变,方向改变

(新的散射波之间可以发生干涉作用)√晶体衍射现象的基础

1.4.1X射线的散射e特点301.4.1.2非相干散射

2‘21.4.1.2非相干散射2‘231X射线与物质的相互作用概要课件32散射波波长随散射方向而变散射波波长随散射方向而变33特点√波长变化

散射波波长随散射方向而变，散射波与入射波不可能存在固定的位相关系.特点34√不参与晶体对X射线的衍射，只形成连续背底，给衍射分析带来不利影响。√不参与晶体对X射线的衍射，只形成连续背底，给衍射分析带来351.4.2

X射线的吸收

物质对X射线的吸收主要是由原子内部的电子跃迁引起的。

1.光电效应电子(eV)X射线KL荧光射线（二次标识X射线）光电子LKx-rayM1.4.2X射线的吸收1.光电效应电子(eV)X射36

先决条件

临界状态

当X射线的波长小于或等于λK时才能产生光电效应，使X射线的能量被吸收；λK称为被照射物质因产生荧光辐射而大量吸收入射X射线的吸收限。WK为击出一个K层电子所做的功先决条件当X射线的波长小于或等于λK时才能产生光电效应，使37荧光X射线增加衍射花样的背底，给衍射分析带来不利影响

荧光X射线增加衍射花样的背底，给衍射分析带来不利影响382.俄歇效应

photoeletronLKAugerelectronphotoeletronLKenergy具有一个K层空位的初始能态L层具有两个空位的终止能态KLL俄歇电子2.俄歇效应photoeletronLKAugere39√俄歇电子的能量俄歇电子的能量只与物质有关，与元素种类有关俄歇电子的能量低----表层化学成分分析

√俄歇电子的能量401.4.3

X射线的衰减

当X射线穿过物质时，由于散射和吸收使其透射方向上的强度显著地衰减下来。

实验表明，当通过厚度为dx的物质时，X射线的衰减量dI正比于入射线强度I和层厚dx，即HxdxIxIx+dxI0I1.4.3X射线的衰减当X射线穿过物质时，由于散41µ为比例常数，与入射线的波长及物质有关，称为该物质对入射X射线的衰减系数，也称为线衰减系数(单位为cm-1)。负号表示强度变化由强变弱。线衰减系数µ的物理意义为：X射线通过1cm3物质时强度的相对衰减量。通常，强度指的是单位时间内通过1cm2面积上的能量，这些能量在通过1cm厚度时，相对衰减量(-dI/I)为µ

。所以µ

指的是1cm3物质引起的相对衰减。µ为比例常数，与入射线的波长及物质有关，称为该物质对入射X42HxdxIxIx+dxI0IHxdxIxIx+dxI0I43由于线吸收系数µ随物质的密度而变化，为此，引入质量衰减系数m质量衰减系数m的物理意义为：密度为的1cm3物质为克，所以每克物质引起的相对衰减量为/,即m。（单位：cm2/g）m与物质状态无关，与元素Z有关。（不同元素的m值见附录3）由于线吸收系数µ随物质的密度而变化，为此，引入质量衰减系数44

√对于两种以上元素组成的物质

√对于两种以上元素组成的物质45例：ThevolumefractionofN2,O2andArintheairis78%,21%and1%respectively.Whatisthetransmissionfactor(IH/I0)fortheCuKlinewhenthethicknessoftheairis1m?例：ThevolumefractionofN2,O46Solution:

MN2=28,MO2=32,MAr=40,

vN2=0.78,vO2=0.21,vAr=0.01,

sowN=MN2×vN2/Mair=0.754,

wO=0.232,wAr=0.014ForCuK,H=1m,=1.29×10-3g/cm3TransmissionfactorSolution:ForCuK,47X射线强度的衰减是通过散射和吸收两种方式进行的即：X射线穿透物质的衰减现象基本上是吸收造成的。X射线强度的衰减是通过散射和吸收两种方式进行的即：X射48质量衰减系数m

与波长

和原子序数Z的关系

实验表明：√一定的波长下,m随原子序数

Z而增大

√对于一定的原子序数Z,m随

而增大质量衰减系数m与波长和原子序数Z的关系√一49光电效应λK光电效应λK501.4.4

吸收限的应用

滤波片的选择