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1、1材料测试方法材料科学与工程学院陈康敏e-mail: kmchenujs,Tel: 139528135692第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础3n第一节第一节 X射线的性质射线的性质n第二节第二节 X射线的产生与射线的产生与X射线谱射线谱n第三节第三节 X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用第一章第一章 X射线物理学基础射线物理学基础41、X射线的发现射线的发现n1895年年11月月8日，日，德国物理学家伦琴伦琴（ W. Rntgen ）在研究真空管高压放电现象时偶然发现涂有氰亚铂酸钡氰亚铂酸钡硬纸板发出浅绿浅绿色荧光色荧光，试着木块、硬橡胶等挡也挡不住，甚至可透过人的骨骸!n当
2、时对此射线本质尚无了解，故取名X射线射线（伦琴射线）伦琴射线）。n这一伟大发现，伦琴伦琴于1901年第一年第一位诺贝尔奖获得者。位诺贝尔奖获得者。威廉威廉康拉德康拉德伦琴伦琴（1845-1923）摄于1896年54、X射线本质的认识射线本质的认识n18951897年间，通过一系列实验，搞清了X射线产生、传播、穿透力等特性：n1、X射线射线虽人眼看不见，但能使某些物质发出荧光。使照相虽人眼看不见，但能使某些物质发出荧光。使照相底片感光，使气体、原子电离。底片感光，使气体、原子电离。n2、X射线射线沿直线传播，经电场或磁场不发生偏转。沿直线传播，经电场或磁场不发生偏转。n3、X射线射线有很强穿透力
3、，通过物质时可被吸收而强度衰减。有很强穿透力，通过物质时可被吸收而强度衰减。n4、X射线射线还能杀伤生物细胞等特性。n但对X射线本质的认识，是对晶体结构的研究，即与X射线射线在晶体中发生衍射现象衍射现象是分不开的。65、X射线射线衍射衍射现象发现现象发现n1912年，德国物理学家劳埃劳埃（M. Von Laue）利用晶体作为天然光栅成功观察到了X射线衍射射线衍射现象。n他用CuSO45H2O进行实验，获得了第一张第一张X射线衍射照片射线衍射照片。n1914年，年，获诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。lMax von Laue l马克斯马克斯 冯冯 劳埃劳埃(1879-1960) CuSO45H2
4、O衍射照片 世界上第一张X射线衍射照片n并由光的干涉条件出发导出描述衍射线空间方位与晶体结构关系的公式（称劳埃方程劳埃方程）。劳埃方程式劳埃方程式85、X射线射线衍射衍射现象的发现现象的发现nX射线衍射射线衍射现象发现：n1、肯定了肯定了X射线的本质。射线的本质。即是一种电磁波，有波动性。n2、证实了晶体结构的周期性证实了晶体结构的周期性，为晶体微观结构研究提供了崭新的方法。n晶体结构认识：从微米微米纳米纳米级，有更接近本质的认识。n用X射线研究晶体结构工作X射线晶体学射线晶体学或X射线衍射学。射线衍射学。96、布拉格定律的建立布拉格定律的建立n英国布拉格布拉格父子（W.H.Bragg和W.L
5、.bragg）对此进行开创性工作。n1912年，小布拉格小布拉格进行了劳埃劳埃实验后认为：衍射斑点的产生是射线受到类似镜面镜面“反射反射”的结果。n并导出布拉格方程布拉格方程，推算出KCl及NaCl原子排列方式，真正测量了X射线波长。n1、2、3107、莫塞莱定律的发现莫塞莱定律的发现n1913年，英国物理学家莫塞莱莫塞莱（18871915 ）在研究X射线光谱时发现：特征X射线频率频率或波长波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构（原子序数），（原子序数），此规律称莫塞莱定律。莫塞莱定律。式中： K与靶材物质主量子数有关的常数； 屏蔽常数，与电子所在的壳层位置有关。n成为X射线荧光分析射线荧光分析
6、和电子探针微区成分分析电子探针微区成分分析的理论基础。 或第一节第一节 X射线的性质射线的性质12一、一、 X射线的波动性射线的波动性nX射线射线属电磁波电磁波，同时具有波动性波动性和粒子性粒子性。n1、X射线射线波动性：波动性：表现为以一定频率和波长在空间传播，其电场电场E和磁场磁场H分量以相同周相，在两相互垂直平面内作周期振动，且与传播方向垂直，以光速呈直线传播。n衍射分析衍射分析主要由电场矢量电场矢量E引起的物理效应。nX射线射线具有干涉与衍射现象；描述参量：描述参量：频率频率和波长波长 。13一、一、X射线的波动性射线的波动性n2、X射线波长射线波长比可见光短得多，约与晶体晶格常数同一
7、数量级，在0.1nm左右。因此其能量大、穿透能力强。n波长波长法定单位为：nm，以前常用埃（）。（1nm=10-9m10 ）nX 射线波长：0.0110nm，两边与紫外线紫外线及射线射线 重叠。n晶体结构分析：晶体结构分析：波长在 0.050.25 nm，n波长较短的波长较短的X 射线，习惯上称为 “硬硬X射线射线”。n波长较长波长较长的X射线称为 “软软X射线射线。14一、一、X射线的波动性射线的波动性n3、电场矢量电场矢量E 随传播时间传播时间或或距离距离呈周期性波动，波振幅为 A（或（或E0）。n一束沿 x 轴方向传播的波长为的X射线波方程射线波方程为：(a) x一定时波振幅波振幅 随t
8、 的变化；(b) t一定时波振幅波振幅 随 x 的变化 频率 c/15X射线波方程射线波方程n一束沿 x 轴方向传播波长为的X射线波方程射线波方程为：n若以表示相位相位，即 令 则 n当t =0 ，A=A0 ei，ei称为“相位因子相位因子”。16二、二、X射线的粒子性射线的粒子性n1、X射线射线粒子性：粒子性：可解释光电效应、荧光辐射光电效应、荧光辐射等现象。n2、粒子性表现：粒子性表现：以光速运动的大量微观粒子组成不连续粒子流，称为“光子光子”或“光量子光量子”。在与物质（原子或电子）相互作用时，有能量交换，能被原子或电子吸收吸收或被散射。散射。n其其描述参量为能量能量E、动量动量P。n3
9、、波动性波动性与粒子性粒子性描述参量间的关系：X射线频率； h普朗克常数（6.62610-34 Js ） c X射线传播速度（2.998108m/s）17三、三、X射线的强度射线的强度n1、X射线强度射线强度用波动性观点描述：波动性观点描述：n单位时间内通过垂直于传播方向的单位截面上的能量大小。单位时间内通过垂直于传播方向的单位截面上的能量大小。n强度与波振幅 A2 成正比。n2、X射线强度射线强度用粒子性观点描述：粒子性观点描述：n单位时间内通过与传播方向相垂直的单位截面的光量子数。单位时间内通过与传播方向相垂直的单位截面的光量子数。n3、绝对强度绝对强度单位是J(m2s)，但难以测定，常用
10、相对强度。相对强度。n如：底片相对黑度、探测器（计数管）计数值底片相对黑度、探测器（计数管）计数值等。18X射线波粒二相性射线波粒二相性n1. X射线波动性射线波动性：反映物质运动的连续性；连续性； X射线粒子性：射线粒子性：反映物质运动分立性。分立性。n2. 对同一辐射所具有的波动性波动性与粒子性粒子性的描述： 可用时间和空间展开的数学形式来描述；时间和空间展开的数学形式来描述； 可用统计学法确定某时间、位置粒子出现概率来描述。统计学法确定某时间、位置粒子出现概率来描述。 因此，须同时接受波动波动和粒子粒子两种模型。n3. X射线射线上述特性，成为研究晶体结构、进行元素分析、医研究晶体结构、
11、进行元素分析、医疗透视疗透视和工业探伤工业探伤等方面的有力工具。 第二节第二节 X射线的产生与射线的产生与X射线谱射线谱20第二节第二节 X射线的产生与射线的产生与X射线谱射线谱n一、一、X射线产生：射线产生：n1、X射线：射线：高速运动带电粒子（电子）与某物质相撞击后突然减速或被阻止，与该物质中内层电子相互作用而产生的。与该物质中内层电子相互作用而产生的。n2、X射线产生条件射线产生条件：n1）产生并发射自由电子）产生并发射自由电子（加热W灯丝发射热电子，阴极阴极）；n2）在真空中迫使电子作定向的高速运动）在真空中迫使电子作定向的高速运动（加速电子）；n3）在电子运动路经上设障碍，使其突然减
12、速或停止）在电子运动路经上设障碍，使其突然减速或停止（靶）（靶） 据此，就可理解X射线发生器的构造原理了。21二、二、X射线管的结构（射线管的结构（1）n1、阴极阴极：发射电子发射电子。由钨丝制成，通以一定电流加热后便能释放出大量的热激发电子热激发电子。n2、阳极阳极： “靶靶” ，使电子突然减速并发射X射线的地方。n由不同金属组成，常用Cr、Fe、Co、Cu、Mo、Ag、W 等，n根据不同需要选用。阴极阳极22二、二、X射线管的结构（射线管的结构（2）n3、窗口：窗口：X射线射出通道，射线射出通道，常有2个或个或4个。个。n窗口材料窗口材料：有足够强度以维持管内高真空，又对X射线吸收较小。常
13、用的有金属铍金属铍（Be窗）窗）。nX射线向四周发散发射，大部分被管壳吸收，少量通过窗口得以利用。窗口23二、二、X射线管的结构（射线管的结构（3）n4、冷却系统：、冷却系统：n高速电子束轰击靶材，只有只有1能量转化为能量转化为X射线射线，99转变转变为热能，为热能，故靶须水冷，以防止阳极过热的熔化。24三、三、X射线光管分类射线光管分类n1）X射线管按制造材料射线管按制造材料有：玻璃光管玻璃光管和金属陶瓷光管金属陶瓷光管。n如美国热电瑞士如美国热电瑞士ARLARL公司公司新型陶瓷新型陶瓷X光管光管陶瓷光管陶瓷光管玻璃光管玻璃光管可有的靶材为：可有的靶材为： Cu，Cr，Fe，Co 或或Mo2
14、5三、三、X射线光管分类射线光管分类n2）X射线管射线管按阳极靶可动与否：按阳极靶可动与否：固定靶和自转靶固定靶和自转靶 。n如日本理学公司的高功率自转靶。如日本理学公司的高功率自转靶。日本理学公司自转铜靶阳极26三、三、X射线光管分类射线光管分类n荷兰荷兰Philips公司第二代陶瓷公司第二代陶瓷X射线管（固定靶）射线管（固定靶）n陶瓷灯体绝缘度高、重量轻、超长寿命、预校准模块化。n焦点焦点三维精确定位，无需校准。但功率低功率低，约3KW。27四、四、X射线焦点射线焦点n1、焦点焦点：阳极靶面被电子束轰击并发出X射线的区域。n螺线形灯丝焦点长方形焦点长方形：1l0mm。靶的焦点形状及接收方向
15、 n衍射工作，希望X光光有：n较小焦点较小焦点（分辨本领高）（分辨本领高），n较高强度较高强度（曝光时间短）（曝光时间短）nX射线出射角：n常与靶面成 3o8o（常为6o）n2、表观焦点：表观焦点：n短边：短边：为正方为正方，强度高，点分析。n长边：长边：为线状为线状，强度弱，面分析。28五、五、X 射线谱射线谱n n一、连续一、连续一、连续一、连续X X射线谱射线谱射线谱射线谱n当对X光管施加电压U，并维持一定管电流 i，得到X射线强度射线强度和波长的关系曲线，波长的关系曲线，称为连续连续X射线谱。射线谱。Mo阳极靶不同管压下连续X光谱 n如图Mo靶：U20kV时，各电压下得连续变化连续连续
16、X射线谱。射线谱。n连续谱连续谱特点：特点：n波长从一最小值SWL向长波方向延伸，强度在m 处最大值。nSWL称为该管压下的短波限短波限。29一、一、X射线连续谱射线连续谱n连续谱受管压管压U 、管流管流 i 和阳极靶材原子序数阳极靶材原子序数 Z 的作用规律：a）管压影响）管压影响n1）提高管压）提高管压U ，各波长X射线强度都提高；而短波限SWL和最高强度波长m 均减小，即（移向短波端）。nX光最高强度光最高强度约在1.5SWL处。处。30一、一、X射线连续谱射线连续谱n2）提高管流）提高管流 i ，各连续谱强度提高，但SWL 、m不变。n3）阳极靶材）阳极靶材Z越高，越高，各连续谱强度提
17、高，但SWL、m不变。b）管流影响）管流影响 c）靶材影响）靶材影响31一、一、X射线连续谱射线连续谱n连续谱形成机理：连续谱形成机理：用量子理论解释。量子理论解释。n能量能量 e U 的电子与靶原子碰撞，电子失去部分能量，并辐射出光子，每次碰撞产生一个能量为能量为h的光子，光子，称此辐射为“韧致辐射韧致辐射”。n如：当管流 i =10mA时，电子数目电子数目 n 6.241016 个/秒。n如此多电子到达靶上时间和条件都不相同，且多数电子须经多次电子须经多次碰撞，逐步把能量释放直到零，碰撞，逐步把能量释放直到零，这样产生一系列不同能量 hi 的光子序列，即形成连续谱连续谱。n故一般情况：故一
18、般情况：n光子能量 h e U 电子能量。32何以存在何以存在短波限短波限SWL？n极限情况：极限情况：光子能量 h e U 电子能量。即即n极少数电子一次碰撞将全部能量转化为一个光子，极少数电子一次碰撞将全部能量转化为一个光子，此光子具有此光子具有最高能量和最短波长最高能量和最短波长（短波限短波限SWL）。）。即 将h 6.62610-34 Js ,c 2.998108 m/s ，e = 1.60210-19C 代入则有：X射线频率； h普朗克常数；c X射线传播速度 其中：U 单位为V（伏特），e单位为C（库仑）。33何以存在强度极大值？何以存在强度极大值？nX 射线连续谱强度：射线连续谱
19、强度：指在垂直于X光传播方向的单位面积上，在单位时间内光量子数目的能量总和。n即由光子能量能量hh和数量数量n n 两因素决定的。则：nX光最高强度光最高强度约在1.5SWL处。34连续谱强度和光管效率连续谱强度和光管效率n1）连续连续谱谱总强度总强度：连续谱强度分布曲线下所包络的面积。n它取决于光管电压光管电压U 、电流电流 i 和靶材原子序数靶材原子序数Z 。式中：Z阳极靶的原子序数； i管电流（mA）； U管压（KV）； K1常数约为1.11.610-9。35光管效率光管效率n2）X光管效率：光管效率：若X光管仅产生连续谱，输入功率为输入功率为iU，则产生连续连续X射线效率射线效率或X光
20、管效率光管效率：n可见，管压越高，靶材可见，管压越高，靶材Z越大，光管的效率越大，光管的效率越高；越高；n因此，要提高光管发射效率：因此，要提高光管发射效率：n 选用重金属靶，选用重金属靶， 施以高电压，施以高电压，就是这个道理。 n因常数 K1(1.11.4）10-9 很小，即使用W靶（Z=74），管压为100kV，1（Cu靶为靶为0.1），故效率很低的。），故效率很低的。36二、特征二、特征X射线射线n一、一、特征特征X射线射线n1）当光管电压U 增高到大于阳极靶材相应的某个临界值临界值UK时，即n则在连续谱某特定波长处出现一些强度高，窄而锐的特征谱峰。n如：Mo靶施加靶施加35kV，在，
21、在0.063nm和和0.071nm 处的特征线性谱线。处的特征线性谱线。n产生特征X射线的最低电压叫激激发电压。发电压。37二、特征二、特征X射线射线n2）特征特征X射线射线波长波长：不受管电压、管电流的影响，只取决不受管电压、管电流的影响，只取决于靶材元素的原子序数于靶材元素的原子序数Z，故称特征特征X射线射线。特征X射线n改变管流、管压，改变管流、管压，特征谱线只改变强度，而峰位所对应的波长不变。n不同阳极靶材（不同阳极靶材（Z），），产生的特征X射线的波长也不同。n莫塞莱定律：莫塞莱定律：特征X射线波长和阳极靶原子序数Z成反比。38二、特征二、特征X射线射线式中：i 管流，U管压，m常数
22、（K系1.52)，C比例常数，与特征X射线波长有关。n3）特征特征X射线强度：射线强度：随管电压随管电压U 和管电流和管电流 I 的提高而增大。的提高而增大。n即，特征特征X射线波长射线波长不受光管电压管电压、电流电流的影响，只决定于阳极靶材元素阳极靶材元素的原子序数的原子序数。二、特征二、特征X射线射线n4）X射线峰背比射线峰背比 I特征特征/I连连：n衍射分析使用单色的特征X射线，总希望有高的峰背比。n当X光管电压V（35）V激激时，产生的特征特征X射线射线与连续连续X射线射线的比率比率为最大。n衍射分析时要提高衍射强度，衍射分析时要提高衍射强度，一般采用一般采用增大电流增大电流，而不提，
23、而不提高电压。高电压。40二、特征二、特征X射线射线n5）特征特征X射线产生机理射线产生机理：与阳极靶物质原子结构紧密相关。 内层电子跃迁辐射X射线示意图n高速电子能量足够大，将K壳层壳层某电子击出，出现空位，原子处 “激发态激发态”，能量为，能量为EK 。n若L层层电子 K层跃迁层跃迁后，能量能量降低变为EL ，自发进行。n若这多余能量以X射线射线形式辐射出来，则X射线光子能量：射线光子能量：416）特征特征X射线命名射线命名Balmer线系，K 激发态L 激发态M 激发态N 激发态LK K谱线谱线 (跨越 1个能级 )MK K谱线谱线 (跨越 2个能级 )NK K谱线谱线 (跨越 3个能级
24、 )ML L谱线谱线 (跨越 1个能级 )NL L谱线谱线 (跨越 2个能级 ) 依次类推还有M线系线系 。原子能级示意图 即n = 2 时称为巴耳末线42二、特征二、特征X射线射线n7）K线线比比K线线波长长而强度高。波长长而强度高。n原子系统中各层级能量不同，各能级间能量差也不均布，靠近原子核的相邻能级间靠近原子核的相邻能级间的能量差大。的能量差大。n另外，因由LK层电子跃迁几率比由MK层约大5倍，n故K强度比强度比K高高5倍左右倍左右。44二、特征二、特征X射线射线n8）K1 和和 K2 双线双线n同一壳层还有若干个亚能级亚能级，电子所处能量不同，其能量差也固定。nL 层：层：8个电子分
25、属L，L，L三个亚能级；不同亚能级上电子跃迁会引起特征波长的微小差别。n实验证明：nK由K1 和 K2 双线组成的。nK1：L K 壳层；nK2：L K 壳层；K双重线45二、特征二、特征X射线射线n又因 LK (Kl)的跃迁几率较 LK (K2)大一倍，故组成 K 两条线的强度比为：一般情况下是分不开的，如：W靶：靶：Kl0.0709nm，K20.0714nmK线波长线波长取其双线波长的加权平均值：取其双线波长的加权平均值：K双重线46n几种常见阳极靶材和特征谱参数几种常见阳极靶材和特征谱参数47第三节第三节 X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用nX射线与物质相互作用射线与物质相互作用
26、是个复杂过程。n一束X射线通过物体后，其强度将被衰减，这是被散射和吸收的结果，且吸收是造成强度衰减的主要原因。无损探伤检测X射线衍射结构分析娥歇电子能谱成分分析光电子能谱成分分析X荧光光谱成分分析48一、一、X射线的散射射线的散射n一、一、X射线的散射：射线的散射：nX射线照射物质上，偏离了原来方向的现象，射线照射物质上，偏离了原来方向的现象，即发生散射散射。n散射散射主要是X射线射线与物质原子的核外电子核外电子相互作用的结果，相互作用的结果，n不同的核外电子不同的核外电子会产生两种不同散射效应。n1、相干散射、相干散射：X射光子与样品物质原子内层电子内层电子作用；n2、非相干散射、非相干散射
27、：X射光子与样品物质原子外层电子外层电子作用；一、一、X射线的散射射线的散射n1、相干散射、相干散射：n入射入射X射线射线与物质原子中内层电子内层电子作用，n当X光子能量不足以使电子激发时，将其能量转给电子能量转给电子，电子则绕其平衡位置发生受迫振动受迫振动，成为发射源向四周辐射与入射X射线波长（振动频率）相同电磁波（即电子电子散射波）散射波）。n各电子电子散射波散射波振动频率相同振动频率相同、位相差恒定位相差恒定，符合干涉条件干涉条件，发生相互干涉，称为相干散射相干散射。n干涉的结果：干涉的结果：散射波在某些方向上相互加强，在另一些方向上相互减弱或抵消，这是晶体中发生衍射的基础发生衍射的基础
28、。501、相干散射、相干散射（弹性散射弹性散射或或汤姆逊散射汤姆逊散射）n英国物理学家J.J.汤姆逊汤姆逊（1856-1940)用研究了此现象，并推导出相干散射强度的汤姆逊散射公式汤姆逊散射公式，也称汤姆逊散射汤姆逊散射。n当入射X射线为非偏振时，在空间一点P的相干散射强度：相干散射强度： I0入射线强度；04107 mkgC-2 fe27.9410-30m2电子散射因素电子散射因素fe偏振因数偏振因数512 2、非相干散射非相干散射（康普顿康普顿吴有训效应吴有训效应）n2、非相干散射、非相干散射：nX光子光子与外层价电子外层价电子相碰撞时的散射。可用一个光子光子与一个电电子子的弹性碰撞弹性碰
29、撞来描述。X射线非相干散射 n1）电子：电子：将被撞离原方向被撞离原方向并带走光子部分动能带走光子部分动能成为反冲反冲电子；电子；n2）X光：光：因碰撞而损失部分能量，其波长增加，波长增加，并与原方向偏离偏离2角。角。52n3）能量守恒定律：散射光子和反冲电子能量之和散射光子和反冲电子能量之和等于入射光入射光子能量。子能量。可导出散射波长的增大值散射波长的增大值为:2：为入射光与散射光 的传播方向间夹角。X射线非相干散射 n可见，散射光波长散射光波长与入射光入射光无关，只与散射角散射角 2 有关。n4）此空间各方向散射波散射波与入射波入射波波长不同波长不同，位相关系也不确定，位相关系也不确定，
30、不产生干涉效应，称非相干散射。非相干散射。53n5）经典电磁理论：经典电磁理论：不能解释存在及随2而改变现象，此散射现象和定量关系遵守量子理论规律，遵守量子理论规律，也叫量子散射量子散射。X射线非相干散射 n6）非相干散射：非相干散射：不参与对晶体的不参与对晶体的衍射，衍射，只会增加衍射背底，增加衍射背底，对衍射不利。n 入射波长越短、被照射物质元素入射波长越短、被照射物质元素越轻，越轻，非相干散射非相干散射现象越显著。现象越显著。54n非相干散射效应：非相干散射效应：由美国物理学家美国物理学家康普顿康普顿（A.H.Compton）在在1923年发现的，年发现的，也称康普顿散射。康普顿散射。n
31、我国物理学家吴有训吴有训参加了实验工作，故称康吴效应。康吴效应。n因此，康普顿康普顿于1927年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。1927年的A.H.康普顿中国物理学家吴有训55二、透射系数和吸收系数二、透射系数和吸收系数n1）透射系数和透射系数和吸收系数：吸收系数：吸收系数：吸收系数： nX光通过物质而强度衰减，通过物质而强度衰减，或被物质吸收。被物质吸收。n当强度为强度为 I0 的X射线照射到厚度厚度 t 的均匀物质上，在通过深度为 x 处处的dx厚度厚度的物质时，强度衰减强度衰减与dx成正比。对0t积分l为常数，称为线吸收系数线吸收系数。称为透射系数透射系数。56n2）线吸收系数）线
32、吸收系数l ：n表征X射线通过单位厚度单位厚度物质的相对衰减量，与物质种类物质种类、密密度度、X光波长光波长有关。用质量吸收系数质量吸收系数m cm2g ：m 吸收体密度，物质固有值；物质固有值，可查表。57质量吸收系数质量吸收系数m 物理意义物理意义n3）m 物理意义物理意义nX射线通过单位面积单位面积上单位质量单位质量物质后强度相对衰减量。nm与物质密度密度和状态状态无关；而与物质原子序数原子序数Z和X射线波射线波长长有关。其经验公式为：n对某物质， X射线波长越短，穿透能力越强，吸收系数下降，但吸收系数随波长降低并非连续变化，而在某波长突然升高，出现吸收限吸收限。58n4）多元素化合物、
33、固溶体或混合物质量吸收系数计算：）多元素化合物、固溶体或混合物质量吸收系数计算： 混合物混合物、化合物化合物的质量吸收系数：质量吸收系数：为各组分的质量吸收系各组分的质量吸收系数（数（mi ）与其质量分数（质量分数（ Wi ）乘积和）乘积和。n设含组分1、2的物质，质量分数：质量分数：W1、W2；（W1W2）1n则混合物质量吸收系数：混合物质量吸收系数：59三、三、X射线的真吸收射线的真吸收光电效应光电效应n1 1）光电效应：光电效应：n当入射X光子能量等于或略大于吸收体物质原子某壳层电子的结合能时，将内层电子击出，成为自由电子（光电子光电子），原子则为激发态，外层电子向内层空位跃迁，并辐射出
34、一定辐射出一定波长的特征波长的特征X射线。射线。入射入射X射线射线n所辐射出的特征X射线，称为荧光荧光X射线射线或二次特征二次特征X射线。射线。n这种以入射X射线激发原子所发生的电子激发激发和荧光和荧光X射线射线辐射辐射的过程称为“光电效应光电效应”。60光电效应产生条件光电效应产生条件n光电效应光电效应产生条件：产生条件：n入射光子能量入射光子能量h须大于或等于须大于或等于K层电子的逸出功层电子的逸出功WK，即：nUK把原子中K层电子击出层电子击出所需的最小激发电压。最小激发电压。nK把K层电子击出层电子击出所需的入射光入射光最长最长波长。波长。n表明：表明：只当入射只当入射X光波长光波长K
35、1.24UK 时，才能产生时，才能产生K系系荧光辐射。荧光辐射。61n吸收限吸收限K ：n光电现象使入射X射线消耗大量的能量，表现为物质对入射物质对入射X射线的射线的强烈吸收。强烈吸收。n在m- -曲线上，表现为吸收系数的吸收系数的突变，突变，对应波长称吸收限吸收限K 。n在讨论光电效应产生条件光电效应产生条件时，nK K系激发限系激发限；n在讨论X射线被物质吸收射线被物质吸收时，nK K系吸收限。系吸收限。X光量子能量及质量吸收系数随波长的关系 62激发限和吸收限激发限和吸收限n吸收曲线（吸收曲线（m-）：）： na）当入射线波长波长光子能量 ，易穿过吸收体，则质量吸质量吸收系数收系数m ；
36、 nb）当当K时，时，光电效应最强烈，光电效应最强烈，形成大量光电子及二次荧光，使m突然上升突然上升；nc）当进一步进一步 ，K，光电效应饱光电效应饱和和，多余能量穿透过吸收体；穿透，。 632）俄歇（）俄歇（Auger）效应）效应n2 2）俄歇效应）俄歇效应: : 当K层电子被击出，原子处K激发态，能量为EK。若L层电子跃入K层填补空位。能量由EKEL，且释放出多余能量。若能量被另一L电子或较外层电子所吸收，该电子受激发而逸出，即为俄歇电子。俄歇电子。光电子光电子 俄歇电子俄歇电子 俄歇电子俄歇电子 KL1L1 LM1M1 EKEL1EM1入射入射X射线射线642）俄歇）俄歇(Auger)效
37、应效应n俄歇俄歇电子电子能量有固定值能量有固定值，按上例近似为光电子、俄歇电子和荧光X射线三种过程示意图 n此具有特征能量的电子具有特征能量的电子是俄歇俄歇（M. P .Auger）于1925年年发现的，称为俄歇俄歇电子电子。n从L层逃出的叫 KLL 俄歇电子；俄歇电子；也可存在 KMM 俄歇电子。俄歇电子。 652）俄歇（）俄歇（Auger）效应）效应n1、俄歇电子能量：俄歇电子能量：只取决于该物质的原子能级结构，只取决于该物质的原子能级结构，是一种元素的固有特征。元素的固有特征。n2、俄歇电子能量很低：俄歇电子能量很低：只有几百几百eV，深处信号测量不到。n 俄歇电子能谱仪：俄歇电子能谱仪：最合适对固体表面对固体表面23层原子层的成分分层原子层的成分分析析，并还可进行逐层分析。逐层分析。n3、轻元素：俄歇电子的发射几率比荧光轻元素：俄歇电子的发射几率比荧光X射线发射几率大。射线发射几率大。所以，俄歇谱仪适合于对轻元素的成分分析。俄歇谱仪适合于对轻元素的成分分析。
