XRF培训第二期(物理基础2004.6.12).ppt

1、高新华教授(2004年6月12日)，物理基金会第二次XRF培训讲义，x光的二重性，当它表现出波动性时：它以光速直线传播；当它遇到物质时会反射、折射、衍射和透射。当表达粒子的特征时：有能量；散射、吸收、光敏性、电离、光化学反应等。当遇到原子时。2.x光的起源，电磁理论：x光起源于高能粒子和原子之间的相互作用，即阳极核场中高速电子的运动被阻挡；量子理论：x光起源于原子内层轨道电子的跃迁。X射线管的简单原理是，阴极发射的电子在电场的作用下飞向阳极；2.当高速电子遇到阳极靶原子时，它们突然停止，转移能量并发射x光光子；3.99%的高速电子能量被释放为热能，只有1%的能量被转化为x光光子。X射线管的基本

2、结构由阳极(靶)、阴极(丝)、真空管壳、铍窗和高压插座组成，X射线管的分类，大功率超尖管(SST)和低功率传输管(TTT)发射效率的比较，光强与距离的关系，X射线的分类，X射线可分为：特征X射线：一条具有离散波长的线，它与原子序数有关。连续x光和特征x光重叠并存；当光子被激发时，它们不会产生连续的x光。连续光谱和特征x光重叠并存。特征x光光谱具有连续x光的特征。随着电压、电流和原子序数的增加，连续光谱的强度分布向短波方向移动，峰值强度随着电压、电流和原子序数的增加而增加。每个分布具有最短波长0和最大等效波0=1.24/伏；最大值=1.50；光导管的连续x光光谱强度公式称为连续光谱-克莱默公式，

3、计算连续x光光谱强度，电压对连续分布的影响，电流()对强度分布的影响，峰值位置不变，强度随电流的增加而增加，峰值位置不变，强度随原子量的增加而增加。不同的元素有一组不同波长的特征谱线。波长与原子序数的关系如下：生成特征x光光谱，原子内轨道结构，K层电子构型，最大电子数为8，即2s2，2p6，原子内轨道结构，K层电子构型，最大电子数为8，即2s2，2p6，原子内轨道电子构型，K层电子构型，最大电子数为8，即2S2，2P6。最大电子数是8，即2s2，2p6。量子力学的选择规则：n 0 l=1 j=0，1。原子能级之间的电子跃迁、原子能级之间的电子跃迁和光发射的选择规则、K1L K2M K1K是K2

4、N KK3M L1 MLL2 MLL1是N L1、k系谱线的相对强度是k1: k2: k: k1: k2 100: 50: 150: 15: 5。l系谱线的相对强度为L1、L2、L1、L2、L3、l4、L1、l、l100、10、70、30、10、5、11、1、m2、m1、m1100、10、50、5，这里必须说明K线的波长为K=(2k)/3。、特征x射线光谱的强度计算，其中：c为常数；I和v分别是X射线管的工作电流和电压；VK是临界激发电位，常规吸收的吸收公式，I=I0 e -x (Beer-Lambert)，其中：质量衰减系数cm2/g密度g/cm3 x，辐射通过吸收体的光程cm的线性衰减系数

5、1/cm，(比伦伯格定律)，X射线的光电吸收，特征X射线光电效应产生的电子是吸收的最大贡献者，其他光子(俄歇电子)，特征X射线光子，荧光产生的光发射引起的光电吸收，=，发射光子数，光电离引起的内层空穴，光电效应引起的光发射的荧光产额与原子序数有关，并随着原子序数的减少而减少。NK表示单位时间内产生的k层空位的数量；Nk，nk，nk1是每单位时间产生特征线K，K K的光子数。K，计算荧光产额的公式，镁原子K层光电离引起的俄歇效应，光电吸收引起的俄歇效应，光子在从L到K壳层的电子跃迁过程中未能从原子中逃逸出来而发射出高级电子而未被吸收的现象称为俄歇效应，也称为内转换。俄歇效应发射的伴随线(非图标线

6、)、SiK、伴随线SiSK、俄歇效应和荧光效应是相互竞争的光电效应。原子序数越小，荧光产率越低，俄歇效应越高。发光元件的荧光产率低，俄歇效应高。质量吸收(衰减)系数以及入射x射线的元素(z)的质量吸收系数()和波长之间的函数关系；它的值取决于：波长和原子序数z；吸收曲线受吸收极限和化合物质量吸收系数的影响，其中I为元素I的质量吸收(衰减)系数(cm2/g)，wi为元素I在化合物中的重量分数；(化合物)=i()。wi，化合物的质量吸收系数的计算实例，KBr，CuK的临界吸收厚度的计算，入射光束，元素的特征辐射，临界厚度，密度，x射线可以穿透的最大厚度称为临界厚度，所以当光谱仪的提取角2为350:

7、 cm或m时，临界厚度的计算公式。常用的临界厚度数据，x光光子遇到原子中的电子时会散射。x射线散射、相干散射、非相干散射、散射体、入射辐射、非相干散射发生在光子遇到原子中的弛豫电子并将它们的能量转移到电子，并改变方向离开原子时。散射强度随着波长的缩短而增加。-=0.00243 (1 -cos)，非相干(康普顿)散射，铑靶线的康普顿散射，铑靶的康普顿散射强度随着散射体平均原子量或质量衰减系数的减小而增大。有机玻璃样品散射、铅样品的散射、x射线的相干散射，也称为瑞利散射和弹性散射。根据经典电动力学理论。原子中具有强束缚的电子在入射x光的电磁场作用下被迫振动，并以波的形式四处传播，形成相干散射。相干

8、散射的频率与入射波的频率相同。只有传播方向不同于入射波方向。瑞利散射基本上发生在低能区和高原子量材料中。相干散射是x光晶体衍射的物理基础。每个原子瑞利散射的散射截面由以下公式计算：相干散射是分光计晶体分裂的工作基础，测角仪扫描元素的分析线角度是谱线的位置。因此，相干散射也是光谱分析的基础。2.非相干散射(康普顿散射)具有两种分析功能：(1)散射构成光谱背景，尤其对微量分析有害，降低分析灵敏度；(2)散射目标线或散射背景可用作内十字线。内标法用于补偿物理形态和基质状态的差异对光谱强度的影响，有利于分析。散射对光谱分析的影响。x光的衍射特性。晶体物质的相干散射增强了同相的相干散射光子流，满足布拉格

9、定律，即发出和衍射异相的相干散射光子。x射线衍射原理、(1)射线和衍射线与衍射平面的夹角等于k1；2.光线，衍射线与衍射平面的法线共面；在衍射方面，每个原子发射的波的相位，衍射条件，5。荧光x光激发，1。荧光x光激发，2。理论强度计算，3。多重荧光效应，1。荧光X射线激发，样品荧光(初级)X射线激发，1，T，入射，T2，T1，DT1，DT2，R，I，SiJ，2，1，DR，X射线强度计算公式，初级荧光由X射线管产生的初级辐射(包括连续光谱和目标特征X射线)激发：其强度计算公式为：(2)次级荧光X射线由样品中其它元素的初级荧光辐射激发。例如，FeNi合金：样品中的NiK和NiK波长(0.1659纳米和0.1500纳米)都小于铁的K系列吸收极限(0.1743纳米)。因此，样品中镍的一次荧光可以激发铁的二次荧光。强度(单色激发)的计算公式为：多色激发强度的计算公式为：三级荧光强度的计算公式为，三级荧光是样品中共存元素相互激发产生的二级荧光辐射发出的。其强度计算公式为：其中：F2是一个非常复杂的函数，这里不再描述。荧光激发概述，x光管是第一激发源；样品是复杂的荧光发射源。共存元素的荧光辐射是样品荧光的第二激发源。2.样品中共存元素发出的初级荧光是由x光管的多色辐射激发的。3.共存元素发出的次级荧光由初级荧光激发。三级荧光由共存元素发射