第1章 绪论及X射线物理学基础.ppt

1、晶体X射线衍射的基础X-Ray Diffraction of crystals(Foundations and Applications)，材料现代分析测试方法-I，燕山大学材料科学与工程学院王利民，联络方式：材料管C层，材料结构分析方法：以材料的各种理化效果为基础的物理方法：梁、X-张艺兴梁、电子束、中子梁、其他粒子等化学方法：X-张艺兴梁和电子束与材料相互作用，以分析和测试材料的方法是材料现代分析中最重要的方法- (1)材料的X-ray如果你有x射线的“眼睛”，你就能清楚地看到物质的微观结构！X-张艺兴衍射为什么会有助于探索成分相同的材料，其性能有时会有很大的差异。X-张艺兴衍射将有助于找

2、到获得预期性能的方法。X射线衍射(XRD)边缘X射线吸收显微结构(EXAFS) X射线吸收近变结构(XANES) X射线形态(XRT) X射线成像(XRI) X射线焚化散射(XRS) X射线光刻(XRS)1912年德国，劳埃，第一个X张艺兴衍射图案，晶体结构，电磁波，原子间距，劳埃方程，不便；1913-1914年英国，布拉格父子，布拉格方程，晶体结构分析3。1916年，德拜，谢拉，粉末法，多晶结构分析4。1928年，盖格、弥勒、计数管、x光线路强度、衍射。the nobel prize in physics 1901，Wilhelm Conrad roentgen Germany Munich

3、 university Munich，Germany 1845-1923，伦金，19231872年1879年，他在斯特拉斯堡大学、霍恩海姆农业学院、吉森大学等地任教，1888年开始担任维尔茨堡大学教授及物理所所长的继任校长。1896年成为柏林和慕尼黑科学院通信院士，19001920年慕尼黑物理所所长，1923年2月10日去世。主要成果：从1876年开始研究各种气体的比热，证明气体存在电磁光学效应。1888年的实验证实了电子介质可以产生磁效应，最重要的是，在1895年11月8日的实验中，克卢克斯发现，连接高压电源会释放出穿透力很强的射线。他命名为X射线。x射线广泛应用于晶体结构分析、金相材料检查

4、、人体疾病透视检查，即治疗，荣获1901年诺贝尔物理学奖。伦琴、伦琴、李洪章在发现x射线后仅7个月就体验了这种新技术，成为第一个通过x射线照相检查枪伤的中国人。有关衍射分析技术的发展，X射线和晶体衍射的一些诺贝尔奖获奖者名单，4，X射线衍射技术的主要应用领域1，晶体结构分析：人类研究物质微观结构的第一种方法。2、物相定性分析3、物相定量分析4、结晶大小分析5、非结晶结构分析、结晶度分析6、宏观应力和微观应力分析7、首选方向分析、1、过程整体结构、2、过程特性1。上课时间表：26小时，实验6小时2。内容抽象，知识面广，涉及物理、化学、数学、材料学等，但逻辑强，原理上不明确的地方不多。第三，教材和

5、参考书范雄金属X射线学，经典，吴小秀堂晶体X射线衍射学基础，冶金工业出版社4，课程要求1 2。上课不要说话。请理解。5.期末考试、肺圈测试平时表现、第一章X射线的物理基础、1-1 X射线的产生1-2 X射线的本质1-3 X射线谱1-4 X射线与物质相互作用1-5 X射线的检测和保护、1-1 X射线的产生、X-射线管重点同步辐射光理解X(自由电子生成-电子源，例如加热钨丝生成热电子2。定向电子的高速运动-正极和负极(钨丝)之间的电压，普通X射线生成装置，3 .在移动路径上设置障碍物，使电子突然减速或停止4。真空-将阴极和阳极密封在真空度超过10-3Pa的真空中，使阳极保持清洁，使加速电子不受阳极

6、靶的干扰地碰撞。生成条件，常规X张艺兴生成装置，X张艺兴管，1 .X-张艺兴管结构2。特殊结构的X-张艺兴管3。市场供应的种类，X-张艺兴管结构，封闭的X-张艺兴管本质上是大真空()二极管。基本构成如下：(1)阴极：阴极是电子发射的地方。(2)阳极：靶子是使电子突然减速和发射x射线的地方。(3)窗口：窗口是x射线在阳极目标之外发射的位置。(4)焦点：焦点是阳极靶面被电子束轰击的地方，即在该区域发射x射线。、变压器、玻璃、(b)同步辐射，(2)同步辐射光源：出现在20世纪60年代末。速度接近光速的带电粒子在曲线运动时，在切线方向发射电磁辐射同步光(同步辐射)。电子同步加速器(1947美国通用电气

7、)。同步辐射最初被研究为电子同步加速器的有害物，之后成为从红外线到硬X-张艺兴范围广泛使用的高性能光源。(3)同步辐射光的特征，(1)波段宽度：具有光谱宽度，可连续调整。(2)高亮度；(3)高准直；(4)高偏振性；(5)高纯度；(6)窄脉冲；(7)准确度高。(8)高稳定性(9)高吞吐量；(10)微束直径；(11)准相干性等独特性能。(4)同步辐射装置，世界上近40台同步辐射光源正在运行，数十台正在设计和建设中。北京同步辐射设备(BSRF)合肥中国科技大学同步辐射设备(NSRL)上海光源(SSRF)是第三代光源。台湾新竹的同步复制装置(SRRC)，北京同步复制装置，(5)同步复制的特殊应用：-利

8、用高空间分辨率：1，同步X衍射技术在三维结构生物学中的应用2，细胞膜通道研究3，光合作用机制的研究4，能源，能源，硬X-张艺兴：波长短的硬X-张艺兴能量高，穿透性强，适用于金属零件的无损探伤和金属相分析。软X射线：波长长的软X射线能量低，穿透性弱，可用于非金属分析。X-张艺兴波长的测量单位通常在中表示()，或在一般国际测量单位中表示为纳米(nm)，它们之间的转换关系以1=10-10 m 1nm=10-9 m，颗粒度，光子(光量子)形式发射和吸收时的特征表示，表示形式是与物质交互时的能量交换光电效应，二次电子等。x张艺兴频率、波长和光子的能量、动量P之间有H普朗克常数，如6.625 J.s。CX

9、射线的速度等于2.998 m/s。相关练习题：1。计算波长0.71 (Mo-K)和1.54 (Cu- K)的X张艺兴束、频率和每个量子的能量。Mo目标X线：Cu目标X线：1-3 X线光谱、X线管发射的X线可分为(1)连续(白色)X线(2)性质(识别)X线连续复制、特征复制等两种类型。X-张艺兴强度的大小由单位区域中的光子数确定。连续X张艺兴，具有连续波长的X射线形成连续X张艺兴光谱，类似可见光，也称为多色X射线。生成机器演示过程短波限制X-张艺兴强度，生成机器，能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去了自身的能量。其中一些以光子的形式发射，碰撞一次产生一个能量为HV的光子，这种光子流是X

10、射线。单位时间内到达阳极靶面的电子数很多。绝大多数电子必须经历多次碰撞，逐渐失去自己的能力。也就是说，由于多次发射的光子的能量不同，因此出现了连续的X-张艺兴光谱。、k状态(k电子打击)、l状态(l电子打击)、m状态(m电子打击)、n状态(n电子打击)、价格电子、中性原子、wk、wl、电子碰撞一次仅与管道电压相关，不受其他因素的影响。相互关系如下： (库仑)V管电压H普朗克常数，等于，常用单位是J/cm2.s. X射线的强度I由光子能量h及其数量n两个因素确定：I=nh，连续X射线强度的最大值为1.50，而不是0。连续X张艺兴光谱中每个曲线下的区域表示连续X射线的总强度，也是阳极目标发射的X射

11、线的总能量。实验表明，I与管电流、管电压、阳极靶的原子序数有关。并且X射线管的效率为：1，各种波长的X射线的相对强度一致提高，2，最大强度的射线的波长越来越短(曲线的峰值徐璐不同移动)，3，短波限制越来越小。因此，管道电压对连续X-张艺兴谱的强度和波长范围都有影响。在增加X-张艺兴管的电压时，连续X-张艺兴光谱具有以下特征：特性X射线是基于连续光谱，叠加具有一定波长的多个光谱线。类似于可见光的单色。也称为单色X射线。对于特定元素的靶，如果管道电压小于特定限制，则仅产生连续频谱。随着管电压的提高，射线谱向短波及强度上升的方向移动，本质上不变。但是，如果管道电压超过特定阈值(例如，对于目标，为20

12、kV)，则曲线在连续光谱的某些特定波长处强度突然显着增加。它们的波长反映了靶子的特征，所以被称为特征X-张艺兴谱。1 .特性X-张艺兴特性管电压特性强度特性波长为原子序数-莫塞莱定律2。生成机制3。k系发生机制，1，特性X-张艺兴特性(1)，发生管电压特性：每个频谱对应于特定激发电压，只有在管道电压超过发生电压时才能生成相应的特性频谱。电压达到临界电压时，特征线的波长不再变化，强度随电压增加。K系列特性X射线的强度与管电压、管电流有关。强度特性：每个特性光线对应特定的波长，不同的目标具有不同的特性光谱波长。管道电流和管道电压V的增加只能提高特性X射线的强度，而不会改变波长。2，特性X-张艺兴特

13、性(2)，冬冬(K1，L1等)特性X-张艺兴光谱的频率和波长仅取决于阳极靶物质的原子水平结构，是物质的固有特性。莫塞莱定律：冬季特性X-张艺兴光谱的波长或频率与原子序数Z关系为，3，特性X-射线的特性(3)-莫塞莱定律，C，C1和常数或莫塞莱定律，K13360C=3。原子系统内的电子根据pauli不相容原理和能量最低原理分布在各个能量等级。在电子轰击阳极的过程中，具有足够能量的电子落下阳极靶原子的内层电子时，低能级出现空位，系统能量上升，处于不稳定状态。高能级电子跳跃到低能级空位，以光子的形式显示X-张艺兴光谱。特征X张艺兴创建过程，特征X射线是波长特定的特性复制。特征X张艺兴创建过程，特征X射线是波长特定的特性复制。当K系电子受到刺激时，原子的系统能量从基态上升到K系发生状态，即K系发生。同样，L系，电子发生，被称为L系发生。如果K层电子出现空位，当用高能级电子填充时，就会发生K系辐射。特别是当K层空位填充L层电子时，产生K射线，当填充M层电子时，产生K射线。