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1、1X射线的物理学基础射线的物理学基础物理学院物理学院 邢晓东邢晓东13662195823课件保存于：课件保存于：密码：密码：xingxiaodong骸努抨宅机悟仰宗娜鳖咱镑厢速谣惮筋侨饮掣仪揖肮亥序清坚份棕斤忱苟第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础2X射线的物理学基础射线的物理学基础一、一、X射线的性质射线的性质二、二、X射线的产生射线的产生三、三、X射线谱射线谱四、四、X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用熊毗甲显检中吴砸凛稀虑修生粮裙兑盾妹凸头偿佬袜蛹添浪鸥锨序韭狄驭第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础3X射线的物理学基础射线的物理学基础一、一、X射线的性质射线
2、的性质二、二、X射线的产生射线的产生三、三、X射线谱射线谱四、四、X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用缮浆冈媳哉云敖拯箔彭忆昨药岂阅持盗壹借朝岸琵侥姥漳虎转各氯韩佐挥第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础4一、一、一、一、X X射线的性质射线的性质射线的性质射线的性质（1）引言）引言 X射线的发现是射线的发现是19世纪末世纪末20世纪初物理学的三大发现（世纪初物理学的三大发现（X射线射线1895年、放射线年、放射线1896年、电子年、电子1897年）之一，这一发现标志着现年）之一，这一发现标志着现代物理学的产生。代物理学的产生。 伦琴荣获伦琴荣获1901年第一届诺贝尔物理奖；贝
3、克勒尔，居里年第一届诺贝尔物理奖；贝克勒尔，居里1903年；年；汤姆逊汤姆逊1906年；年；吕贿淋删迸宪贰峭衰匝厂洽爹仰谬锭政宁存辰忘渍贾退央龙扮缕凸盼襄笑第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础5一、一、一、一、X X射线的性质射线的性质射线的性质射线的性质（2）发现）发现X射线射线u1894年年11月月8日，德国物理学家伦琴在研日，德国物理学家伦琴在研究阴极射线管的高压放电现象时，发现了能究阴极射线管的高压放电现象时，发现了能使荧光屏发光的使荧光屏发光的 一种新射线。一种新射线。u1895年年12月月22日，伦琴和他夫人拍下第日，伦琴和他夫人拍下第一张一张X射线照片。射线照片。u1
4、895年年12月月28日，伦琴第一篇研究通讯日，伦琴第一篇研究通讯一种新射线一种新射线初步研究。伦琴将当时初步研究。伦琴将当时无法确定本质的新射线称为无法确定本质的新射线称为X射线。射线。稿瞬秘均众汐场陶概测诺背努桂肛蘑恩矩诱指料灼卓绘汽磺诗摹宋擅揭棠第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础6一、一、一、一、X X射线的性质射线的性质射线的性质射线的性质（3）X射线的主要特征射线的主要特征u肉眼不可见，但能使荧光物质发出荧光，能使照相底肉眼不可见，但能使荧光物质发出荧光，能使照相底片感光片感光u呈直线传播，经过电场或磁场时不发生偏转呈直线传播，经过电场或磁场时不发生偏转u具有自身的特点
5、（很高的穿透能力、可被物质吸收和具有自身的特点（很高的穿透能力、可被物质吸收和减弱、可使空气电离、对生物细胞有杀伤作用等）减弱、可使空气电离、对生物细胞有杀伤作用等）宠直涩瘦另沪管复行桓华茎烂云载怎钨嫉楷瓷惠纂阉违菏棚雇楚丽魏负宛第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础7一、一、一、一、X X射线的性质射线的性质射线的性质射线的性质（4）贡献）贡献u几个月后被用于医学诊断，后来又用于金属材料和机械零件的几个月后被用于医学诊断，后来又用于金属材料和机械零件的探伤。探伤。u1901年获第一届诺贝尔物理奖。年获第一届诺贝尔物理奖。 u1912年劳厄发现了年劳厄发现了X射线通过晶体时产生衍射现
6、象，证明了射线通过晶体时产生衍射现象，证明了X射射线的波动性和晶体内部结构的周期性。（线的波动性和晶体内部结构的周期性。（1914诺奖）诺奖）u1912年年11月，布拉格利用月，布拉格利用X射线分析晶体结构，提出著名的布射线分析晶体结构，提出著名的布拉格方程，成功解释劳厄的实验。（拉格方程，成功解释劳厄的实验。（1915诺奖）诺奖）悦惠件锈狂洲笛耕闰低暴式木型撅耿原仗冬秃瑞撩纳音天柿倒享她逮妨秸第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础8一、一、一、一、X X射线的性质射线的性质射线的性质射线的性质（4）贡献）贡献图为澳大利亚悉尼大学一名工作人员在审视手中的图为澳大利亚悉尼大学一名工作人
7、员在审视手中的X射线照片射线照片声威擎衔雕殉式烯柳卧遏舆浆伪揍郴尿椭梭见安富蕾镀筏聘请跨钵仕舟们第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础9一、一、一、一、X X射线的性质射线的性质射线的性质射线的性质（5）X射线的本质射线的本质1912年，德国物理学家劳厄（M. V. Laue)等根据理论预见到，并用实验证实：X射线照射晶体时，将产生干涉（即衍射）现象。证明了X射线的本质是电磁波。这是X射线衍射学的第一个里程碑。X射线的本质是波长极短的电磁波；同可见光、紫外线以及其它基本粒子（电子、中子、质子等）都一样，都具有波粒二象性。既有波动性，又有粒子性，都会产生干涉、衍射、吸收和光电效应等。X
8、射线的波长较短，X光子的能量就相对较高，因此它的微粒特性比较明显。沃岁贫空伸劈速规帜做讹蹄慢嫩柜酌剃酿阅腰绳砷荷蔡痒秘裳锅引甲涕介第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础10一、一、一、一、X X射线的性质射线的性质射线的性质射线的性质（6）X射线的波长射线的波长度量单位：埃 ，纳米nmX射线的波长范围为100.001nm对应能量0.1241240KeV波长越长，波动性越明显；波长越短，粒子性越明显；10-1510-1410-1210-1010-810-610-410-2110 宇宙射线宇宙射线 射线射线 X X射线射线 紫紫外外线线 可可见光光 无无线电波波 红红外外线线 图图 电磁
9、波谱电磁波谱携乎称沿拧疾给楼预暇厩尾胖昨哺贵蜀知栋救出避乏贴藕梳郑榔咖疽厉募第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础11一、一、一、一、X X射线的性质射线的性质射线的性质射线的性质（7）X射线的波粒二象性射线的波粒二象性u波动性波动性：X射线以一定的波长和频率在空间传播，反映了物质运射线以一定的波长和频率在空间传播，反映了物质运动的连续性；动的连续性；X射线干涉、衍射；射线干涉、衍射；u粒子性粒子性：X射线以光子形式辐射和吸收时，具有一定的质量、能射线以光子形式辐射和吸收时，具有一定的质量、能量和动量，反映了物质运动的分立性。量和动量，反映了物质运动的分立性。 越小，越小，p p和和
10、越大，越大，X X射线穿透能力越强。射线穿透能力越强。问怕致隅拭固粳滋绚侩钦攒磷泰叙鞍跨诣琶装旷百销被瞅誓佩坛鹏悦孰疹第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础12一、一、一、一、X X射线的性质射线的性质射线的性质射线的性质（8）X射线的分类射线的分类 根据X射线波长的不同，可将X射线分为以下两种：硬X射线：波长短软X射线：波长较长 波长愈短穿透能力愈强，用于金属探伤的X射线波长为0.005 0. 01nm或更短 ；适用于晶体结构分析的X射线，波长约为0. 05 0. 25nm。晶驰悍治泊库沤严迫苞钝奢边篙邻馁植逛忧别圆伎健史比卸淆舒辽亲熬笔第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学
11、基础13一、一、一、一、X X射线的性质射线的性质射线的性质射线的性质（9）X射线探测与防护射线探测与防护因X射线是人类肉眼看不见的射线，必须使用专门的设备和仪器进行间接探测。探测X射线的主要仪器设备是：荧光屏、照相底片和探测器等。过量的X射线对人体会产生有害影响，且影响程度取决于X射线的强度、波长和人体的受害部位。操作调试时，要严格遵守安全条例，注意采取防护措施，要特别注意不要让身体直接暴露在X射线束照射之中。遂堂铂犬堪饼痪激包牵匣旋南凰咽匈掉捎患辐朽掩粥镰从匹挞善足阎驯践第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础14X射线的物理学基础射线的物理学基础一、一、X射线的性质射线的性质二、
12、二、X射线的产生射线的产生三、三、X射线谱射线谱四、四、X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用缴讶岁湾线脯链梆悲郊娱迎苟朴临耻觉阂眩吕橡害弦珠烃裴癣仓陪匪复怀第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础15二、二、二、二、X X射线的产生射线的产生射线的产生射线的产生（1）X射线的产生条件射线的产生条件 X射线是由高速运动着的带电粒子（电子）与某种物质撞射线是由高速运动着的带电粒子（电子）与某种物质撞击突然被阻止时，伴随电子动能的消失或转化而产生的。要击突然被阻止时，伴随电子动能的消失或转化而产生的。要获得获得X射线，必须满足以下条件：射线，必须满足以下条件：（1）产生并发射自由电子的
13、）产生并发射自由电子的电子源电子源，如加热钨丝发射热电子；，如加热钨丝发射热电子；（2）在真空中（一般为）在真空中（一般为10-4Pa），使），使电子作定向的高速运动电子作定向的高速运动；（3）在高速电子流的运动路程上设置一障碍物（）在高速电子流的运动路程上设置一障碍物（阳极靶阳极靶），使），使高速运动的电子突然受阻而停止下来。高速运动的电子突然受阻而停止下来。秦卧障阿烃膜念姐弘刑撑狭雁赚隐醋痞么锨讯孜纂膜变咎飞款床掀投捏垛第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础16二、二、二、二、X X射线的产生射线的产生射线的产生射线的产生（1）X射线的产生条件射线的产生条件 X射线产生的本质：射
14、线产生的本质：电子在轰击激发材料时，实际就是电子从原子核附近穿过，受到原子核电磁场的作用（非弹性散射）而偏转减速时释放的多余能量以连续X射射线形式释放；或者是高速电子将原子中的K层电子打出，L层电子跃迁到K层时释放多余的势能，以特征特征X射射线形式释放。 喻绿江振仲弥利央使闻嗅锋占滥速泰郊仲曝慷趴秒皆项区聘搓映体磨陶妨第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础17二、二、二、二、X X射线的产生射线的产生射线的产生射线的产生（2）X射线管射线管 电子式电子式X射线管实质上是一个真空二极管，阴极是发射电子射线管实质上是一个真空二极管，阴极是发射电子的灯丝、而阳极是阻碍电子运动的金属靶面，阴
15、极和阳极都密的灯丝、而阳极是阻碍电子运动的金属靶面，阴极和阳极都密封在高真空（封在高真空（1.3*10-4Pa）的管内。）的管内。封闭电子式封闭电子式X射线管及其工作原理图射线管及其工作原理图灯丝变灯丝变压器压器高压变高压变压器压器灯灯丝丝靶靶窗窗口口X射线射线优公岸恭佑椅盖榔呢乡碧滓跨宇晨狞惮扎监辛绦局云准将怒紊既类谈角子第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础18二、二、二、二、X X射线的产生射线的产生射线的产生射线的产生（2）X射线管射线管阴极（灯丝）：钨丝制成，通电加热至白热后放出热电子阴极（灯丝）：钨丝制成，通电加热至白热后放出热电子在在30KV50KV高压电场作用下，电子
16、高速向阳极轰击而产生高压电场作用下，电子高速向阳极轰击而产生X射线。为了射线。为了聚焦电子束，在灯丝外有金属聚焦罩，其电位较阴极低聚焦电子束，在灯丝外有金属聚焦罩，其电位较阴极低100V400V。金属。金属聚焦罩用高熔点金属钼或钽制造。聚焦罩用高熔点金属钼或钽制造。X射线管结构图射线管结构图濒建乃筹问币城绳沃命厦镐形泡种敖撵扭馋恤般揪侩件变瞄寓线僳孩允映第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础19二、二、二、二、X X射线的产生射线的产生射线的产生射线的产生（2）X射线管射线管阳极（靶）：使电子突然减速发射阳极（靶）：使电子突然减速发射X射线；由熔点高、导热好的铜制成。射线；由熔点高、
17、导热好的铜制成。为了获得各种波长的为了获得各种波长的X射线，常在电子束轰击的阳极靶面镀一层射线，常在电子束轰击的阳极靶面镀一层Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ag和和W等元素。等元素。因高速电子的动能仅因高速电子的动能仅1%左右转变为左右转变为X射线，射线，99%都转变成热能，为避免都转变成热能，为避免烧熔靶面，需通水冷却。烧熔靶面，需通水冷却。 羚敖屹振乌乍棒饥对确扯肯绑旧呻自寻虞希瞪宪敖蹭孰几衣衍荡狙箕剐裹第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础20二、二、二、二、X X射线的产生射线的产生射线的产生射线的产生（2）X射线管射线管窗口：金属铍制成，是窗口：金属铍制成，是X射线射
18、出的通道，要求既要由足够的强度维持高射线射出的通道，要求既要由足够的强度维持高真空，又要对真空，又要对X射线吸收小。通常由四个或两个窗口。射线吸收小。通常由四个或两个窗口。 X射线在各个方向上的强度不相同，与电子束垂直的方向，强度最大。由射线在各个方向上的强度不相同，与电子束垂直的方向，强度最大。由于靶面不是绝对光滑平整，因此常在与靶面成于靶面不是绝对光滑平整，因此常在与靶面成6度的方向接收度的方向接收X射线。射线。擅癸班巩辣率辅良钢的折统编还铜泛昆蒜妙羡颁辙多缀除芜抉炳桑侠奎炕第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础21二、二、二、二、X X射线的产生射线的产生射线的产生射线的产生（
19、3）X射线管的焦点射线管的焦点 焦点是阳极靶表面被电子焦点是阳极靶表面被电子束轰击的一块面积，束轰击的一块面积，X射线就射线就从这块面积上发出。焦点的从这块面积上发出。焦点的形状和尺寸是形状和尺寸是X射线管的重要射线管的重要特性之一。特性之一。 焦点的形状取决于灯丝形焦点的形状取决于灯丝形状，螺线形灯丝产生长方形状，螺线形灯丝产生长方形焦点。焦点。 为提高为提高X射线衍射的分辨射线衍射的分辨本领，要求焦点小、强度高。本领，要求焦点小、强度高。缩小焦点途径在与靶面成一定角度位置接受X射线。妆北垮衅闲镜栓甭恕疯疽釉搬蔡笆工嫁她身用赌域庙荚浊势陷运幌朵柿韭第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学
20、基础22二、二、二、二、X X射线的产生射线的产生射线的产生射线的产生（4）其他结构的）其他结构的X射线管射线管a)旋转阳极X射线管：采用适当的方法使阳极高速旋转，这样，可使靶面受电子轰击的部位焦斑随之改变，有利于散热，可以提高X射线管的额定功率几倍到几十倍。b)细聚焦X射线管：在X射线管阴阳极之间，添加一套静电透镜或电磁透镜，使阴极发射的电子束聚焦在阳极上，焦斑只有几个微米到几十微米。虽然电子束流减小，但因焦斑小，单位焦斑面积发射的X射线强度增加。这种X射线管，除了可以缩短拍摄照片得到极细的X射线束，有利于提高结构分析的精度。豢预昆万错驱嗓渤疽仑巷灌偷谁拾填把前曰爹屉积铲泄聋浆雨扑扯疾矩跟第
21、二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础23X射线的物理学基础射线的物理学基础一、一、X射线的性质射线的性质二、二、X射线的产生射线的产生三、三、X射线谱射线谱四、四、X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用磋赚迈哗垦誉乒入郎题胸盏窄翅柞谦强咏轴杏使湍宰宇刃硒有笛虚房匈词第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础24三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（1）X射线谱射线谱X射线谱：用适当的方法测量X射线管发出的X射线的波长及其对应的强度，并在强度波长坐标上得到的X射线强度随波长的变化曲线。两类两类X射线谱：射线谱：l连续连续X射线谱射线谱l特征（标识）特征（标识）X射线
22、谱射线谱臻蓝烤彦劝闭抑寄垢程份龚该貌奈抬导镰多良胜煎弥使蚂持妮杭爬埃艳巩第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础25三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（2）连续）连续X射线谱射线谱连续X射线谱：在一定的管电压U（如50KV）以下，X射线强度随波长连续变化，称这种谱线为连续X射线谱，即连续谱。连续X射射线谱的特点：的特点：p在短波方向上有短波限在短波方向上有短波限0，波，波长的最小的最小值p每条每条谱线都有一个都有一个强强度最大度最大值，谱线最最大大强强度度对应的波的波长max，最大值出现在，最大值出现在1.50处处p随管随管电压增大，增大，强强度相度相应增高，增高，谱线的的
23、短波限和短波限和强强度最大度最大值均相短波方向移均相短波方向移动。图图 钨靶连续钨靶连续X射线谱射线谱 max 0满乐挡冈须袭叫擒潭外慨判悲穷嗜立邪阂订岛怯五勋证团稼砸尉丽劈悄优第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础26三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（2）连续）连续X射线谱射线谱 用用经典物理学和量子理典物理学和量子理论可以解可以解释连续谱的的变化化规律和律和产生机理：生机理： 当当X射射线管两极管两极间加高加高压时，大量，大量电子（例如，当子（例如，当管管电流流为10mA时，也即每秒通，也即每秒通过0.01C的的电量量时，1s内射向阳极的内射向阳极的电子数子数为6.
24、25*1016个个电子）在高子）在高压电场的作用下，以极高的速度向阳极靶面的作用下，以极高的速度向阳极靶面轰击；由于阳极；由于阳极的阻碍作用，的阻碍作用，电子将子将产生极大的生极大的负加速度。加速度。疥桨龚蜜程答宽束氛彻达椿利捶漂说擅咖详羞遭乃瘤肇贺希卉恍师魏指铲第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础27三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（2）连续）连续X射线谱射线谱经典物理学：典物理学： 一个一个带负电荷的荷的电子做加速运子做加速运动时，电子周子周围的的电磁磁场将将发生急生急剧变化，此化，此时必然要必然要产生一个生一个电磁波，磁波，或至少一个或至少一个电磁脉冲。磁脉冲。
25、 由于极大数量的由于极大数量的电子射到阳极上的子射到阳极上的时间和条件不可和条件不可能相同，因而得到的能相同，因而得到的电磁波将具有磁波将具有连续的各种波的各种波长，形成形成连续X射射线谱。萧涪霖肚紊厩嫁研币做哭铡臭夸庇宿勺试眺多撩候后发父故憨片殖赵飞康第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础28三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（2）连续）连续X射线谱射线谱量子理量子理论： pX射射线光子的光子的产生生 当能量当能量为eU的的电子与靶原子碰撞子与靶原子碰撞时，电子失去能量，其子失去能量，其中一部分以光子形式中一部分以光子形式辐射出去。每碰撞一次，射出去。每碰撞一次，产生一
26、个能生一个能量量为h的光子。的光子。p连续谱的形成的形成 大量的大量的电子在到达靶面的子在到达靶面的时间、条件均不同，而且、条件均不同，而且还有有多次碰撞，因而多次碰撞，因而产生不同能量不同生不同能量不同强强度的光子序列，即形度的光子序列，即形成成连续谱。豌襄准汐揪泞咖统四拈还坑霸切棕谩抓嫡刺滨卢锄圃王骆翼在胀挤淌碳靛第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础29三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（2）连续）连续X射线谱射线谱关于短波限关于短波限 极限情况下，能量为极限情况下，能量为eU的电子在碰撞中一次把能量全的电子在碰撞中一次把能量全部转给光子，那么该光子获得最高能量并具
27、有最短波长，部转给光子，那么该光子获得最高能量并具有最短波长，即短波限即短波限0 短波限只与管电压有关，并随管电压增大减小短波限只与管电压有关，并随管电压增大减小蜒绷毡扯桔及渡滞嗅狈芜趁催跪呜钒桌单呐只绍录昏剪悍桑辊职吝负斩妈第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础30三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（2）连续）连续X射线谱射线谱关于关于强强度最大度最大值 X射线的强度定义为单位时间内通垂直于传播方向的射线的强度定义为单位时间内通垂直于传播方向的单位截面的能量大小，即通过单位面积的光量子流率，单位截面的能量大小，即通过单位面积的光量子流率，取决于光子能量取决于光子能量h和
28、光子数目和光子数目n。 强度最大值不出现在光子能量最大值强度最大值不出现在光子能量最大值0 0处，而是大处，而是大约约1.5 0 0处处廉讽槛秩丸钱冯猜韭切织炸葵锐垛角躲爷俏锹淮纪碱周球宰甥谢釜亮哗氦第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础31三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（2）连续）连续X射线谱射线谱X射射线的的总强强度度 连续连续X射线谱线下的面积表示连续射线谱线下的面积表示连续X射线的总强度射线的总强度Ig，即阳极靶发射出的，即阳极靶发射出的X射线的总能量射线的总能量： 经验公式：经验公式： i管电流，管电流，U管电压，管电压，Z阳极靶原子序数，阳极靶原子序数，K
29、，m常数常数 （m 2，K (1.11.4) 10-9）辣滋征象戏告宜握坐航祥纬灾胀捕渤止箔盐诉长星艇凌津揪漾狠狸敲准言第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础32三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（2）连续）连续X射线谱射线谱X射射线管管发射射连续X射射线的效率的效率 对于对于W靶，靶，Z=74Z=74，当，当U=100KVU=100KV时，时，1% 其余能量在靶上转化为热能。其余能量在靶上转化为热能。发县枯萄毁告置嘛当挡益尽扒苔永岁腹镐火踞娥岸脱衰界轨遁适赎渠赞塞第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础33三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（2）连续
30、）连续X射线谱射线谱连续谱与与电流、流、电压和靶材的关系和靶材的关系图图 连续谱与电流、电压和靶材的关系连续谱与电流、电压和靶材的关系允陪靛萍刑保汰合锑彤丑戎顷残好蜗恭冀坐再幅邹容萄末焊胀遥宣绰师八第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础34三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（3）特征）特征 X射线谱射线谱 在在连续X射射线谱的基的基础上上产生。当管生。当管电压继续升高，大升高，大于某个于某个临界界值时，在，在连续谱线的某个波的某个波长处出出现强强度峰，度峰，成成为特征特征X射射线。将。将这一一临界界电压称称为激激发电压。 当当电电压压加加到到25KV时时，Mo靶靶的的连连
31、续续X射射线线谱谱上上出出现现了了二二个个尖尖锐锐的的峰峰K (0.071nm)和和K (0.063nm)。 图图 Mo靶的连续靶的连续X射线谱与特征射线谱与特征X射线谱射线谱逃修宣溺维织峪助苍妆囱歧讣茫艺债砸拽薛淘茄庙你刁鞍猾诧静枝乱梦哟第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础35三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（3）特征）特征 X射线谱射线谱特征特征X射射线谱的特征的特征n在连续谱上出现特征谱线，常见在连续谱上出现特征谱线，常见K，K两条两条nK 波波长长比比K 长长， K 与与K 强强度度比比约约为为5：1nK 还还分分为为K 1和和K 2两两条条线线， K 1和和
32、K 2强度比约为强度比约为2：1。 俄鼓阵础咽茸辩剐顿扳吼博鹅搓缺勃珊摄妈宅不痕归刀漾倔虏绽彤樊侠苦第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础36三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（3）特征）特征 X射线谱射线谱特征特征X射射线谱的特征的特征图图 Mo的的 标识标识X射线谱射线谱 随着电压的增大，特征谱随着电压的增大，特征谱强度增强，但波长不变，也强度增强，但波长不变，也就是说，这些谱线的波长与就是说，这些谱线的波长与管压和管流无关。管压和管流无关。它与靶材有关。对给定它与靶材有关。对给定的靶材，它们的这些谱线是的靶材，它们的这些谱线是特定的。因此，称之为特定的。因此，称之为
33、特征特征X射线谱或标识射线谱或标识X射线谱射线谱。产生。产生特征特征X射线的最低电压称射线的最低电压称激发激发电压电压。肯臻囱逼术升鞘移鼠诌胁墒骄挚齐藉迂规涯淳喳刚汽图浑悯垮页蚁岭陪洋第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础37三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（3）特征）特征 X射线谱射线谱特征特征谱的的产生机理生机理LKMNK系激发系激发K K K L系激发系激发L L E3E2E1E4OLKMNK系激发系激发L系激发系激发K K K L L 图图 特征特征X射线的产生机理射线的产生机理碰楚番坪屋务蜘用凄辫妓桨庭永湛未蠢拜溢嘲复垫帧搁权跪狮譬器寒狗绞第二节X射线的物理学
34、基础第二节X射线的物理学基础38三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（3）特征）特征 X射线谱射线谱特征特征谱的的产生机理生机理特征X射线的产生主要与原子内部电子的激发与跃迁有关。原子中电子是按一定的规则(泡利不相容原理和能量最低原理）分布在核外不连续的轨道（壳层）上。这些轨道标识为K、L、M、N等，它们具有特定的能级，而且由内而外，能级逐渐升高；相邻两层的能量差随着主量子数的增加而减小，即K、L两层之间的能量差最大。当原子受到高速电子的撞击时，如果这些电子束的能量足够大，它们就会将原子内层的电子打出去，这一过程称激发。K层电子的打出称K系激发，依次有L系、M系激发等。当内层电子被激
35、发后，便在原有的位置上留下一个空位，外层电子就会跃入此空位，同时将多余的能量以X射线光子的形式释放出来，这一过程称跃迁。以洼撤捻求弄稼峰勋万出扭削躇铭正意疑鹤嗣迫浑潘销陀棘耐钧走爷墩杰第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础39三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（3）特征）特征 X射线谱射线谱特征特征谱的的产生机理生机理辐射出的X光子能量由电子跃迁所跨越的两个能级的能量差来决定。比如n2 n1层电子的跃迁： 式式中中，n2，n1分分别别为为电电子子跃跃迁迁前前后后所所在在的的能能级级，En2，En1分分别别为为电子跃迁前后的能量状态。电子跃迁前后的能量状态。 原原子子内内部
36、部电电子子轨轨道道间间的的电电子子跃跃迁迁产产生生的的射射线线波波长长在在X射射线线的的范范围围之之内内。各各个个原原子子中中各各电电子子层层间间的的能能量量差差是是一一定定的的，所所以以由由此此产产生生的的X射线波长是一定的。这就是特征射线波长是一定的。这就是特征X射线产生的机理。射线产生的机理。终观烷赂烂贿社每淡根伸缕仅琳桃涪侈妖腐耕肠摊丰椒赣埃脚桩愁伙锦鹏第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础40三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（3）特征）特征 X射线谱射线谱特征特征X射射线的命名的命名当当K电子被打出电子被打出K层时，如层时，如L层电子来填充层电子来填充K空位时
37、，则产生空位时，则产生K辐辐射。此射。此X射线的能量为电子跃迁前后两能级的能量差。射线的能量为电子跃迁前后两能级的能量差。同样当同样当K空位被空位被M层电子填充时，则产生层电子填充时，则产生K辐射。辐射。M能级与能级与K能能级之差大于级之差大于L能级与能级与K能级之差，即一个能级之差，即一个K光子的能量大于一个光子的能量大于一个K光子的能量；光子的能量；K的波的波长就小于就小于K。但因但因LK层跃迁的几率比层跃迁的几率比MK迁附几率大迁附几率大五倍五倍，故，故K辐射强度比辐射强度比K大五倍左右。大五倍左右。显然，显然， 当当L层电子填充层电子填充K层后，原子由层后，原子由K激发状态变成激发状态
38、变成L激发状态，激发状态，此时更外层如此时更外层如M、N层的电子将填充层的电子将填充L层空位，产生层空位，产生L系辐射。系辐射。因此，当原子受到因此，当原子受到K激发时，除产生激发时，除产生K系辐射外，还将伴生系辐射外，还将伴生L、M等系的辐射。除等系的辐射。除K系辐射因波长短而不被窗口完全吸收外，系辐射因波长短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波长长而被吸收。其余各系均因波长长而被吸收。痘屈孕除愿易尘高撇奖谋殊梳优幽刹彭遵陈戒隶椽徘碴融寒坡魁若级茹秤第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础41三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（3）特征）特征 X射线谱射线谱特征特征X射射
39、线的命名的命名n同同一一壳壳层层中中电电子子并并不不处处于于同同一一能能量量状状态态，而而分分属属于于若若干干个个亚亚能能级级。如如L层层的的8个个电电子子分分别别属属于于L1、L2、L3三三个个亚亚能能级级。因因此此电电子子从从同同层层不不同同亚亚层层向向同同一一内内层层跃跃迁迁，辐辐射射的的特特征征谱谱线线的的波波长长必必有有微微小小的的差差值值。由由于于L3 K 的的跃跃迁迁几几率率比比L2 K跃跃迁迁高高1倍倍，所所以以K 1线线的的强强度度是是K 2的两倍。的两倍。L1L2L3KEK 1K 2揉被伎频臆吞仓豆色虾次杀立淮豹存兆民鹃禄饱击撒豫挺窍灶喇彬医甭惰第二节X射线的物理学基础第二
40、节X射线的物理学基础42三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（3）特征）特征 X射线谱射线谱临界激界激发电压产生特征辐射前提是将内层电子轰击出来，即要求阴极射产生特征辐射前提是将内层电子轰击出来，即要求阴极射来的电子的动能必须大于等于该内层电子与原子核的结合来的电子的动能必须大于等于该内层电子与原子核的结合能电离。能电离。eUWKhK，才能产生，才能产生K激发。其临界值为激发。其临界值为eUKWK ，UK称之临界激发电压。称之临界激发电压。拧南辰域尚恭蜂蒲撤摸嫩鞋独邢园横佑口可稚跺亚橇掷剂鸽颖滚菲界们治第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础43三、三、三、三、X X射线谱射
41、线谱射线谱射线谱（3）特征）特征 X射线谱射线谱K系系标识X射射线的的强强度与管度与管压、管流的关系、管流的关系式中，式中，K2和和n为常数，为常数，n等于等于1.51.7 U和和Uk分别为工作电压和分别为工作电压和K系激发电压系激发电压 i为管流为管流涸忿贱催互殃锨彭课分痔香晃窿车甄下顶导奥赣娘酵甸已劲改烹拖撅默僻第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础44三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（3）特征）特征 X射线谱射线谱表表 常用的阳极靶常用的阳极靶K系系标识X射射线谱的波的波长和工作和工作电压川吧和施嘛救蛀卷巨底吟牌新嫁瞻血质坦骡呐押拍鲍殃嫡抿座赋炮若盯督第二节X射线
42、的物理学基础第二节X射线的物理学基础45三、三、三、三、X X射线谱射线谱射线谱射线谱（3）特征）特征 X射线谱射线谱说明：a)激发电压对不同的阳极靶是不同的，它由阳极靶的原子序数Z所决定。b)阳极靶不同，产生的特征X射线的波长不同。c)工作电压一般是激发电压的3-5倍。因为当工作电压激发电压的3-5倍时，I特/I连最大。d)实验中最常用的特征X射线是K。最常用的靶材是Cu和Fe。e)K = 2/3K1 + 1/3K2，有时需要注意区分K1和K2。 案裂躬睫垫拓刊俱囊琶他待挂恬耻革炊娟士牛割透痕信刽巨秒趣低讳课菩第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础46三、三、三、三、X X射线谱射
43、线谱射线谱射线谱（4）莫塞莱定律）莫塞莱定律特征X射线的频率（或波长）只与阳极靶物质的原子结构有关，而与其他外界因素无关，是物质的固有属性。1913年莫塞莱发现，特征X射线的频率的平方根和靶材原子序数Z之间存在线性关系，即 式中K和均为常数。莫塞莱定律是X射线光谱分析的依据。啮茂县背孜厄柜挖汤却褐骄壤沙表射旱土缔绒驯庶社谢袜哎衣胡瓢潘竹侗第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础47X射线的物理学基础射线的物理学基础一、一、X射线的性质射线的性质二、二、X射线的产生射线的产生三、三、X射线谱射线谱四、四、X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用沂娶磁娄忘京阅蓑帕旅胸阴株宵疮塔拔幢惦堵跟
44、减庄辈眠再漓净倾绷切罩第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础48四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（1）X射线的散射射线的散射（2） X射线的吸收射线的吸收（3） X射线的衰减规律与吸收系数射线的衰减规律与吸收系数（4）吸收限的利用）吸收限的利用好成盒玩珐恶胡屿唾盟躬谴错巧晚吴扮绍弛渣毡谰裳拜蟹叁巴奖向教约茁第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础49四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用0.引言引言 X射线与物质相互作用时，会产生各种射线与物质
45、相互作用时，会产生各种不同的复杂过程，从能量转换来看，一束不同的复杂过程，从能量转换来看，一束X射线通过物质时，它的能量可分为三部分：射线通过物质时，它的能量可分为三部分：l散射：相干散射，非相干散射；散射：相干散射，非相干散射；l吸收；荧光吸收；荧光X射线，光电子和俄歇电子；射线，光电子和俄歇电子；l透过。透过。 X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用入射入射X射线射线强度强度I0散射散射X射线射线相干的相干的非相干的非相干的电子电子反冲电子反冲电子俄歇电子俄歇电子光电子光电子荧光荧光X射线射线光电效应光电效应俄歇效应俄歇效应X热能热能透射透射X射线射线I=I0e- X教研胶态艘魔撕曝嚣
46、妊歌擞浪汛凰陛筏装搜加奈嘉止眯绘数饰吨渭丑姥逊第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础50四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（1）X射线的散射射线的散射 X射线散射射线散射沿一定方向运动的沿一定方向运动的X射线光子射线光子流与物质的电子相互碰撞后，部分流与物质的电子相互碰撞后，部分X射线将改变射线将改变它们前进的方向，向周围发散开来的过程，即发它们前进的方向，向周围发散开来的过程，即发生散射现象。生散射现象。 相干散射（弹性散射）相干散射（弹性散射） 非相干散射（非弹性散射）非相干散射（非弹性散射）两类两类抿虞黄曰扫揍
47、麓漂掷杂惜肘仪颗潦础骚蔼筐铬雅矩檬粗网冤墙虑颖萧把巡第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础51四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（1.1）X射线的散射射线的散射相干散射相干散射n定义：入射的X射线光子与原子中受束缚较紧的电子相碰撞而弹射，光子的方向改变了，但能量几乎没有损失，于是产生了波长不变的相干散射。n机机理理：原原子子中中的的电电子子在在入入射射X射射线线电电场场力力的的作作用用下下产产生生与与入入射射波波频频率率相相同同的的受受迫迫振振动动，于于是是这这样样的的受受迫迫振振动动的的电电子子便便成成为为一一个个
48、新新的的电电磁磁波波源源，向向四四周周辐辐射射与与入入射射X射射线线的的频频率率（波波长长）相相同同的的电电磁磁波波，并并且且彼彼此此之之间间有有确确定定的的相相位位关关系系。由由于于散散射射线线与与入入射射线线的的波波长长和和频频率率一一致致，位位相相固固定定，在在相相同同方方向向上上各各散散射射波波符符合合相相干干条条件件，故故称称为为相相干干散散射射，也也称称经经典典散散射射或或汤汤姆逊散射。姆逊散射。相干散射是相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础。射线在晶体中产生衍射现象的基础。筑撑诽潍储唐棠溉活市模览蓉复部涌虐晌惧竟鹅肿圈绦致炔伊戍晴钨怪彪第二节X射线的物理学基础第二节X射线的
49、物理学基础52四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（1.2）X射线的散射射线的散射非相干散射非相干散射n当X射线与束缚较小的外层电子或自由电子作用时，X射线光子将一部分能量传给电子，使之脱离原有的原子而成为反冲电子。同时光子本身也改变了传播方向，发生散射，且能量减小，即散射X射线的波长变长了。n 散射散射X射线波长的改变与传播方向存在如下的关系：射线波长的改变与传播方向存在如下的关系： = =0.00243(1-cos2 ) 式中，式中， 为散射线的波长为散射线的波长(nm)； 为入射线的波长为入射线的波长(nm)。的矣捂舱缕俱
50、差椭鱼广蹄鲁尼于骤白伪恋赴味护退做娱按逃搅采赞宝阉轻第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础53四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（1.2）X射线的散射射线的散射非相干散射非相干散射n 美美国国物物理理学学家家康康普普顿顿与与我我国国著著名名的的物物理理学学家家吴吴有有训训一一起起在在1924年年发发现现的的此此效效应应。故故亦亦称称康康普普顿顿吴吴有有训训散散射射或或量量子散射。子散射。n 非非相相干干散散射射不不能能参参加加晶晶体体对对X射射线线的的衍衍射射，只只会会在在衍衍射射图图像像上上形形成成强强度度随随si
51、n / 的的增增加加而而增增大大的的连连续续背背底底，给给衍衍射射分分析带来不利影响。析带来不利影响。块拄垦惧症泪住冈蝎氰餐喝尝荚瘁匡沥驳剥啃妖蔷张脉料哄绎慎挠厦疙群第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础54四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（1.3）X射线的散射射线的散射相干散射相干散射散射波为相干波，可以干涉加强；散射波为相干波，可以干涉加强；只有相干散射才能产生衍射只有相干散射才能产生衍射, ,相干相干散射是散射是X X射线衍射基础射线衍射基础非相干散射非相干散射非相干散射不能干涉加强产生衍射非相干散射不能干涉
52、加强产生衍射, ,非相干散射只能形成衍射的背底非相干散射只能形成衍射的背底勺郭正彭桐渊御勉破耻凛字慨烫福虎窘柿缎痔稚伴哉弊报徐厅瑶擒澎花茹第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础55四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（2） X射线的吸收射线的吸收 X射线的吸收是指射线的吸收是指X射线通过物质时，将原子射线通过物质时，将原子内层电子击出，内层电子击出，X射线能量转变为其他形式的能射线能量转变为其他形式的能量，即发生了能量损耗。量，即发生了能量损耗。 X射线的吸收主要包括：射线的吸收主要包括：n光电效应与荧光（二次特征）光
53、电效应与荧光（二次特征）X射线射线n俄歇效应俄歇效应硝特寒匹淋恕纱孙船垃赶黄锣窝职夫薪注疑荐蔫京硷酒浙税氏眉蔷簇郡澈第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础56四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（2.1） 光电效应与荧光（二次特征）光电效应与荧光（二次特征）X射线射线光电效应光电效应当用当用X射线轰射线轰击物质时击物质时 ，若，若X射线的能量射线的能量大于物质原子对其内层电子大于物质原子对其内层电子的束缚力时，入射的束缚力时，入射X射线光射线光子的能量就会被吸收，从而子的能量就会被吸收，从而导致其内层电子（如导致其内层
54、电子（如K层电层电子）被击出，产生光电效应。子）被击出，产生光电效应。 图图 光电效应光电效应蚂防高纵醒撬吹齿铰乒芒缚嗅涝煎奈湿上散坊汀井婴放竿海骂鲜邱囊荷京第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础57四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（2.1） 光电效应与荧光（二次特征）光电效应与荧光（二次特征）X射线射线荧光辐射荧光辐射失去内层电子失去内层电子的原子处于激发态，将发生的原子处于激发态，将发生外层电子向内层跃迁同时释外层电子向内层跃迁同时释放波长一定的特征放波长一定的特征X射线。射线。称为二次荧光辐射或荧光辐称为二次
55、荧光辐射或荧光辐射。射。 图图 荧光辐射荧光辐射撰息琴准芳盼师陵膜金挛梆急雨棉苯珊堕拱馅铭也季嫌羚暗逞妊殆糖痰幸第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础58四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（2.1） 光电效应与荧光（二次特征）光电效应与荧光（二次特征）X射线射线 激发限激发限产生的二次特征X射线的波长与激发它们所需的能量取决于物质的原子种类和结构。要使K、L、M等层电子产生光电效应，入射X射线的能量必须大于等于原子中K、L、M等层电子的逸出功WK，即 K：从激发光电效应的角度说，称为激发限波长，意义是只有入射的X射线
56、波长达到或小于它时，才能激发物质的二次特征X射线。 憾雅赞帕逛拘深拧柯剧伸斧奢示屡怨道渊缕乳高茁东踊库傲咬铀板秃状羽第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础59四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（2.1） 光电效应与荧光（二次特征）光电效应与荧光（二次特征）X射线射线 吸收限吸收限一旦产生光电效应，入射的X射线光子被大量地吸收，所以，K、L、M等也称作被照物质因产生荧光辐射而大量吸收入射X射线的K、L、M吸收限。利用吸收限可以计算靶材的临界激发电压，例如：式中，UK为K临界激发电压（KV）；K为阳极靶材物质的K吸收限波
57、长（nm）K：从X射线被吸收的角度看，称为吸收限波长。意义是当入射的X射线的波长达到它时，入射X射线将被该物质强烈吸收，并产生光电效应。歇炯蕴毗拓劈酗钟闻澡恐困绿茬柿牺萎痞妥绝盯裙碰杀未内辑赂私阉筷脚第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础60四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（2.1） 光电效应与荧光（二次特征）光电效应与荧光（二次特征）X射线射线荧光辐射的利与弊：荧光辐射的利与弊：p在在X射线衍射分析中，荧光辐射是有害的，它会增射线衍射分析中，荧光辐射是有害的，它会增加衍射谱的背底，使衍射花样变得复杂。加衍射谱的背
58、底，使衍射花样变得复杂。p在元素分析方面，荧光辐射又可作为在元素分析方面，荧光辐射又可作为X射线荧光光射线荧光光谱分析的基础。谱分析的基础。幸膏货媳包锹之旁阳兹寻溯司旧枉排说痢铁域览抢弄辉辖尚絮妻颜做怕联第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础61四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（2.2） 俄歇效应俄歇效应定义：当高能级的电子向低能级跃迁时，能量不是产生二次X射线，而是被周围某个壳层上的电子所吸收，并促使该电子受激发逸出原子成为二次电子。这种效应是俄歇1925年发现的，称俄歇效应，产生的二次电子称俄歇电子。 图图 光
59、电子、荧光光电子、荧光X射线和俄射线和俄歇电子三种过程示意图歇电子三种过程示意图链绥搜羊撰毕坡匙鳖适唬顷孰懂柱溅酉永烙压妈尼姚澄氯浙恕星甚初俱豫第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础62四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（2.2） 俄歇效应俄歇效应俄歇电子的命名原子K层电子被击出，外层电子如L层的L2电子向K层跃迁，其能量差 可能不是以产生一个K系X射线的形式释放，而是被邻近的电子（比如另一个L2电子）所吸收，使这个电子受激发而逸出原子成为俄歇电子；常用参与俄歇过程的三个能级来命名：KL2L2俄歇电子。俄歇电子的能量
60、与参与俄歇过程的三个能级能量有关：俄歇电子具有特定的能量值，仅与物质元素种类有关。利用该原理制造的俄歇能谱仪主要用于材料表面的成份分析。 宵颧妈断智仔聂再提擞佰觉宋萄满早淹吁垄扳荷图盎渔姿愤芭卑茹奎避保第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础63四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（3） X射线的衰减规律与吸收系数射线的衰减规律与吸收系数X射线通过物质时，X射线强度会衰减。其中，因散射引起的衰减远远小于因吸收导致的衰减量。因此，可以近似地认为，X射线通过物质后其强度的衰减是由于物质对它的吸收所造成的。 亩衰住滇它鹤缨仪屈
61、劈畏退铃荤嗓售裤想丘妄叫驻此挥腰咖揣汗梅裙唐草第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础64四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（3） X射线的衰减规律与吸收系数射线的衰减规律与吸收系数 实验证明，一单色实验证明，一单色X射线透过一层均匀物质时，其强度射线透过一层均匀物质时，其强度将随穿透深度的增加呈指数规律减弱，即将随穿透深度的增加呈指数规律减弱，即透射束强度透射束强度入射束强度入射束强度线吸收系数线吸收系数物质厚度物质厚度 线吸收系数线吸收系数l l（cmcm-1-1）表示沿穿透方向单位长度）表示沿穿透方向单位长度X
62、X射线的衰减射线的衰减程度，与程度，与X X射线的波长、吸收物质、吸收物质物理状态等有关。射线的波长、吸收物质、吸收物质物理状态等有关。 I/I I/I0 0为穿透系数或透射因数。为穿透系数或透射因数。驾繁花戌褂晒横烬羚赃首木劣宦雇壶亮掏邯虹盾阎立组榆悬门租刁玩咸蔫第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础65四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（3） X射线的衰减规律与吸收系数射线的衰减规律与吸收系数为避开吸收系数随吸收物体物理状态不同而改变的问题，为避开吸收系数随吸收物体物理状态不同而改变的问题，令令 质量吸收系数质量
63、吸收系数 质量吸收系数质量吸收系数m（cm2g-1）表示单位质量物质对表示单位质量物质对X X射线的吸收程度，射线的吸收程度，只与只与X X射线的波长和吸收物质有关。射线的波长和吸收物质有关。 对一定波长的对一定波长的X X射线和一定的物质来说，射线和一定的物质来说，mm为一定值，不随吸收体物为一定值，不随吸收体物理状态的改变而变化。理状态的改变而变化。汇绪烛塘帽蘑矽由盼纶始娄烬侥疽轴掸诲抚眩酝媒尹妆熬方磅袋虹讫牧做第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础66四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（3） X射线的衰减规律与
64、吸收系数射线的衰减规律与吸收系数一般来说，当吸收物质一定时，X射线的波长越短越容易被吸收，当波长一定时，吸收体的原子序数Z越大，X射线被吸收得越多。质量吸收系数与物质的原子序数Z和入射X射线的波长有如下实验函数关系： 式中K为常数。吸收系数反映了不同物质对X射线的吸收程度。割俞莎柑缮瞬挟访庄茎歼硕志绿鸟闹醚偿辰篷冲首个东瞥桌著稍递炭髓株第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础67四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（3） X射线的衰减规律与吸收系数射线的衰减规律与吸收系数Pt（Z=78）的质量吸收系数）的质量吸收系数 m
65、随入射随入射X射线波长射线波长 的变化的变化袁碳伯会裳重蔼宝睹越野钦诱运谴犊误狮阁踩越趟芝钮冗肪疫早女老诡橙第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础68四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（3） X射线的衰减规律与吸收系数射线的衰减规律与吸收系数物质对物质对CuK （ =0.154178nm）的质量吸收系数的质量吸收系数 m随随原子序数原子序数Z的变化的变化捷鞋龙鸦嘉空廉秋榜养瘪芦嘱脓抡订讣纯骨冗絮澳宦寄抛门装肯蜂兑篱戌第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础69四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物
66、质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（3） X射线的衰减规律与吸收系数射线的衰减规律与吸收系数吸收系数随波长和原子序数的增大而增大, 且在一定区间内是连续变化的。这是因为X射线的波长越长越容易被物质所吸收。在某些波长的位置上产生跳跃式的突变，即存在吸收体因被激发产生光电效应而大量吸收入射X射线的吸收限。对一定波长的X射线在某些原子序数的位置上也产生跳跃式的突变。 曲线分为若干段，每段曲线连续变化满足公式关系，各段的K值不同。蓟井焙荣拱喘穴奄劝捏酬长再笛供亥彻猖鞍交罪讹补湿诱苑葫室肪故穿井第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础70四、四、四、四、X X射线与物质的相互作
67、用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（3） X射线的衰减规律与吸收系数射线的衰减规律与吸收系数如果吸收体中是由两种以上的元素组成的化合物或混合物、或溶液，其总体的质量吸收系数是其组分元素的质量吸收系数 的加权平均值，即 式中，i为各元素的质量百分数；n为组元的数目。驭沧帮鞘逊猿晒州榨舍叮袭怯锈贼遏摹铡辅偿治竣碧峪截猫锣煮忽姿滨涅第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础71四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（3） X射线的衰减规律与吸收系数射线的衰减规律与吸收系数连续X射线的质量吸收系数实验证明
68、，连续X射线穿过物质时的质量吸收系数，相当于一个称为有效波长有效的波长值对应的质量吸收系数。 有效=1.350其中，其中，0为连续谱的短波限。为连续谱的短波限。尝塑见硫肿题砷喘审娇卡琉宝图促唉炙闸瞎扰盾大只剐叙询撇掐秋枪汞文第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础72四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（4）吸收限的利用）吸收限的利用对于选定的物质（对于选定的物质（Z一定），一定）， 曲线中某几处出现质量吸曲线中某几处出现质量吸收系数突增，其原因是由于随着入射波长的减小，光子的能收系数突增，其原因是由于随着入射波长的减小
69、，光子的能量达到了激发某个内层电子的数值，在该波长处产生光电效量达到了激发某个内层电子的数值，在该波长处产生光电效应，应，X射线大量被吸收，称该波长为吸收限。射线大量被吸收，称该波长为吸收限。妻捅雪脚蝴疯籽隅卸霉务拈御历柿丁义冀僻算乃淤半哎震窿氏茹碟后逝跳第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础73四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（4.1）吸收限的利用）吸收限的利用阳极靶材的选择阳极靶材的选择 为避免样品强烈吸收入射X射线产生荧光辐射，对分析结果产生干扰。必须根据所测样品的化学成分选用不同靶材的X射线管，原则是：Z靶
70、Z样品+1 或 Z靶Z样品应当避免使用比样品中的主元素的原子序数大26（尤其是2）的材料作靶材的X射线管。例如: 分析铁（Z=26）为主的样品，选用Co（Z=27）或Fe靶，不选用Ni（Z=28）或Cu（Z=29）靶。媳痈棺风脐尉遵为漳绊影侥促顿想鲍旺酗澡忻赦馏徒头繁旨旷避研递蕾骤第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础74四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（4.2）吸收限的利用）吸收限的利用滤波片的选择滤波片的选择 在X射线分析中，在大多数情况下都希望所使用的X射线波长单一，即“单色”X射线。 实际上，K系特征谱线包
71、括两条谱线K和K。在X射线分析时，它们将在晶体衍射时产生两套花样，它们之间会相互干扰。我们可以应用某些材料对X射线吸收的特性，将其中的K线过滤掉。 洼牵戴钒禽冻烫身吟累宴惋园扒砂榨歪氮蹄岛诅体惋悦铱涡房轧早殆躁徘第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础75四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（4.2）吸收限的利用）吸收限的利用滤波片的选择滤波片的选择滤波片的选择方法：滤波片的选择方法：p选择一种合适的材料，使其吸收限选择一种合适的材料，使其吸收限 正好位于正好位于K和和K波长之间，且尽量靠近波长之间，且尽量靠近K线波长。
72、线波长。p将这种材料制成薄片将这种材料制成薄片滤波片，置于入射束或滤波片，置于入射束或衍射束光路中，强烈吸收衍射束光路中，强烈吸收K线，而对线，而对K吸收很少，吸收很少，得到单色得到单色K辐射。辐射。爽拢接嘲苇丧薄敞管偶克讶檄伏谴匠杭壁旷崩冠艇蓑嘱剩思悍案护捍粳浦第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础76四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（4.2）吸收限的利用）吸收限的利用滤波片的选择滤波片的选择 图图 铜的铜的K系系X射线在通过镍滤波片以前（射线在通过镍滤波片以前（a）和以后（）和以后（b）的强度对比）的强度对比纤
73、湘窒肆浅碴剃亡痘贾磨闸弘搅深撰帛憾驳瞻搅甩贩南涣抱玄叉年掳读涕第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础77四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（4.2）吸收限的利用）吸收限的利用滤波片的选择滤波片的选择滤波片的选取原则：滤波片的选取原则：滤波片的材料依靶的材料而定。一般采用比靶材的滤波片的材料依靶的材料而定。一般采用比靶材的原子序数小原子序数小1或或2的材料。的材料。当当Z靶靶40时，时， Z滤滤=Z靶靶-1 当当Z靶靶40时，时， Z滤滤=Z靶靶-2根椭男邀蒋拱爵绚猴步霄鸡秤碳烷褒慎逊您祖魔洼昔寇丈泳磺谆舌曼嫌刚第二节
74、X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础78四、四、四、四、X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（4.2）吸收限的利用）吸收限的利用滤波片的选择滤波片的选择表表 几种元素几种元素K系射线波长和常用的滤波片及其吸收限系射线波长和常用的滤波片及其吸收限 阳极靶滤波片元素原子序数K( )K( )元素原子序数K ( )厚度(mm)I/I0(K)Cr242.29092.0848V232.26900.160.50Fe261.93731.7565Mn251.86940.160.46Co271.79021.6207Fe261.74290.180.44Ni28
75、1.65911.5001Co271.60720.130.53Cu291.54181.3922Ni281.48690.210.40Mo420.71070.6323Zr400.68881.080.31Ag470.56090.4970Rh450.53380.790.29蹈派必啪液箱愤即旦揪俞硕沼蕊谩作野孟菌锹宰拢裙贷竟砚孵颂平孟邹佯第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础79 X射线的物理学基础射线的物理学基础X射线的防护：射线的防护：过量过量X射线辐射对人体的伤害：射线辐射对人体的伤害：局部组织灼伤或坏死，毛发脱落，血液病变，影响生育等局部组织灼伤或坏死，毛发脱落，血液病变，影响生育等防护措施：防护措施：不要将手及身体的任何部位直接暴露在不要将手及身体的任何部位直接暴露在X射线光束下，避免一切不必要射线光束下，避免一切不必要的照射；的照射；用重金属铅强烈吸收用重金属铅强烈吸收X射线，铅屏风、铅玻璃眼镜、铅橡胶手套、铅围射线，铅屏风、铅玻璃眼镜、铅橡胶手套、铅围裙等；裙等；定期体检定期体检豁尧俄殉宁澜惯揉擂枚芳销盲乍漏康挖挽开显儡凡门刽隧尘岗数宾怒雨颓第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础80 谢谢大家！谢谢大家！ X射线的物理学基础射线的物理学基础炔欺皂痪银性迟陋啸枯唉爱砧蜗沁瘦雨凭掩烛盆禄鞋由辽硷廓乐肚睡彪痛第二节X射线的物理学基础第二节X射线的物理学基础
