XRD-01-材料1203+04-2014-2015学年第一学期-秋季

1、X-射线的发现

1895年，德国物理学家伦琴发现了一种新的射线，他称之为X-射线，后人为纪念他也称此射线为伦琴射线。伦琴的实验室参考文献：X射线的发现历程参考文献：1、X射线的发现历程2、物理学大事年表12、X-射线的本质：电磁波0.001~10nm（0.01~100Å）（1nm＝10Å=10-9m）波动性：传播过程中体现干涉、衍射粒子性：与物质相互作用交换能量时体现质量、动量和能量波动性：以一定的频率和波长在空间传播波动方程：时间和空间展开的数学形式粒子性：以光速运动的粒子流粒子在确定的时间和位置上出现（统计上）2h－普朗克常数，6.625×10-34J.sc－光速，2.998×1010cm/s－波长ν－频率ε－能量p－动量能量动量频率33、X－射线特点肉眼不可见可见光：400~800nm使照像底片感光X射线的观察、记录激发铂氰化钡、NaI晶体等发出荧光（可见或X射线）使气体电离穿透能力很强无损探测穿过物质时被吸收，强度衰减直线传播，经过电场和磁场时不发生偏转不能用于透镜杀死生物细胞与组织注意防护穿过物质时发生散射穿过晶体物质时发生衍射晶体结构分析4重要事件、人物1895年，发现X射线德国物理学家伦琴1912年，观察到X射线衍射现象劳厄方程组德国物理学家劳厄1913年，X射线标识谱，莫塞莱定律莫塞莱1915年，X射线分析NaCl晶体结构布拉格定律英国物理学家布拉格父子54、不同波长X-射线的用途硬X-射线：波长短（<1Å）能量较高，穿透能力和杀伤力较强软X-射线：波长长（>1Å）能量较低，穿透能力和杀伤力较弱材料探伤0.005~0.1nm（0.05~1Å）结构分析0.05~0.25nm（0.5~2.5Å）医学影像0.1~1nm（1～10Å）6从电磁波谱看，X射线处于射线和真空紫外光之间，实际上难以明确规定X射线的边界。通常认为X-射线的波长范围是0.001~10nm（0.01~100Å）（1nm＝10Å）；75、X-射线的产生电磁波的产生：变化的电场（电流变化、电子运动速度改变）或变化的磁场X射线管（实验室通用）高速运动的电子突然减速，向外幅射电磁波形成X射线。电子减速失去的动能的一小部分动能（~1%）转变为X射线的能量产生X-射线的基本条件1、产生自由电子（热发射）2、使电子高速定向运动（高压加速）3、使电子突然减速（碰撞障碍物）同步辐射X射线源电子在加速器中作高速圆周运动，沿圆周切线方向辐射X射线波段范围的电磁波主要特点1、通量大、亮度高2、频率宽、连续可调3、光束准直性好4、有特定的时间结构5、偏振性好89上海光源106、X-射线谱光谱：光强度随波长（频率）的分布图或以光强度为纵坐标、波长（频率）为横坐标绘制的曲线可见光光谱：连续光谱，单色光、白光原子发射光谱、原子吸收光谱：线状光谱、谱线连续X射线谱：多色X射线标识X射线谱、特征X射线谱：单色X射线11可见光谱12Xe灯典型的发射光谱/articles/lightsources汞灯的典型发射光谱可见光谱13连续谱标识谱、特征谱出现条件管电压不高时出现管电压高于某临界值时出现曲线特征强度随波长改变连续变化在连续谱上的特定波长处强度激增该波长值由X光管的阳极靶材料决定，莫塞莱定律产生原理轫致辐射、刹车辐射内层电子跃迁几个概念短波限、激发电压、K系辐射：Kα、Kβ147、连续谱

轫致辐射、刹车辐射：高速运动的电子（即电流）因与阳极靶碰撞突然减速（电流变化）而向外辐射出电磁波

能量守恒：电磁辐射的能量＝电子损失的动能连续谱：大量电子轰击阳极靶时动能损失比例不一，导致电磁辐射波长各不相同，形成连续谱1516指定管电压下，电子动能损失比例不同时电磁辐射的波长X，%λ，Ǻ20KV30KV0.016241.30.16.24.130.51.240.8310.620.41

短波限λ0：电子动能全部为电磁辐射的能量时，电磁辐射频率最高（νmax）或波长最短（短波下限、短波限

）。仅由管电压决定！！管电压，V/KV20304050短波限，λ0/nm0.0620.0410.0310.025短波限，λ0/Ǻ0.620.410.310.2517（1）连续谱，存在λ0、Imax（对应λmax）（2）V一定：λ0一定、λmax一定（图a，c）（3）V↑：λ0↓、Imax↑、λmax↓（图b）（4）V一定、i↑：Imax↑，λmax一定（图a）（5）V一定、Z↑：Imax↑，λmax一定（图c）实验表明：λmax≈1.5λ0连续谱的总强度经验公式：K1、m：经验常数

m≈2

K1≈1.1~1.4×10-9V－管电压i－管电流Z－靶材料的原子序数188、X射线管的效率定义：X射线管发射出的X射线功率（连续谱的总强度）与加速电子流的功率（管电流管电压）之比。≤1%

：电子动能不到1%转变为X射线的能量，99%以上转化为热能

X射线管工作时必须有良好的冷却，以防止阳极靶熔化

Z↑，↑：常用Z大的高熔点金属（钨、钼、铜、铬等）制作阳极19

轫致辐射（Bremsstrahlungradiation），又称刹车辐射或制动辐射（Brakingradiation），原指高速电子骤然减速产生的辐射，如X光管中高速电子轰击金属靶骤然减速，产生高能X射线束；后泛指带电粒子碰撞过程中发出的辐射。轫致辐射的重要特征：产生连续谱，其强度在很宽的频谱范围内缓慢变化。208、标识谱（1）V<20KV：连续谱；（2）V>20KV：几处强度突增λKα=0.71Å、λKβ=0.63Å；IKα/IKβ=5:1（3）λKα、λKβ与V无关（4）标识谱、特征谱：λKα、λKβ仅由靶材质（Z）决定钼靶X光管光谱2122靶材ZVKKVλKαÅλKβÅCr245.982.29092.08480Ni288.291.65911.50010Cu298.861.54181.39217Mo4220.60.71070.63225W7469.32324莫塞莱定律1913年：莫塞莱H.G.J.Moseley从Al~Au的38种元素K系、L系标识谱的实验数据，得出经验公式、：标识谱频率、波长C、：常数Z：靶元素在周期表中的位置25门捷列夫元素周期表：按原子量大小排序莫塞莱公式：确立原子序是可测量的实验数值，并赋予其物理意义：原子序是原子核所带正电荷（后来的科学家发觉是质子数目），是决定元素化学物理性质的主要原因周期表应按原子序来排列各个元素：调整了Co-Ni、Ar-K、Te-I位置莫塞莱公式计算出的标识谱波长可用来检验半量子的玻尔模型（不同能级间跃迁时，可用能量差计算产生的辐射波长）促进卢瑟福－玻尔派的原子论被接受量子理论也能导出玻尔公式能级公式及莫塞莱定律26靶材ZVKKVKα波长ÅKβ波长ÅCr245.982.29092.08480Fe267.101.93731.75653Co277.711.79021.62075Ni288.291.65911.50010Cu298.861.54181.39217Mo4220.60.71070.