x射线衍射第3章分析.ppt

第三章 X射线物理学基础;1. X射线的历史背景;当满足光栅方程时，干涉相长，屏上呈现明纹;采用普通X射线光栅衍射，实验中并没有看到衍射现象。原因是X射线的波长太短，只有一埃（1?）。 一光栅d=3?104?（每mm333条刻痕），则第一级明纹满足： ;* ;* ;* ;* ;* ;* ;1. X射线的历史背景;2. X-Ray的产生;2. X-Ray的产生;* ;* ;* ;3. X-Ray的性质;3. X-Ray的性质;* ;* ;* ;* ;* ;;测角仪 ;* ;* ;* ;* ;* ;* ;* ;* ;* ;X射线强度 I 随着波长 ? 而变化的关系曲线称为.;自由电子被原子核吸引，产生加速度，损失能量. 以连续X射线的方式发射.;连续X射线光谱;连续X射线光谱;X射线的强度是指行垂直X射线传播方向的单位面积上在单位时间内所通过的光子数目的能量总和。 常用的单位是J/(cm2·s). X射线的强度 I 是由光子能量 hv 和它的数目 n 两个因素决定的,即I=nhv.连续X射线强度最大值在1.5λ0,而不在λ0处。 连续X射线谱中每条曲线下的面积表示连续X射线的总强度。也是阳极靶发射出的X射线的总能量。 ;;5.2 特征X射线光谱;当电压加到25KV时，Mo靶的连续X射线谱上出现了二个尖锐的峰Kα和Kβ。放大看，Kα还包括二个峰 随着电压的增大，其强度进一步增强，但波长不变。 这些谱线的波长与管压和管流无关。它与靶材有关。对给定的靶材，它们的这些谱线是特定的。 因此，称之为特征X射线谱线或标识X射线。产生特征X射线的最低电压称激发电压;原子中电子是按一定的规则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. ;K系激发机理 ;;特征X射线光谱;标识X射线的强度特征 ;特征X射线光谱;6. X-Ray与物质的相互作用;6.1 吸收;;;;;;;;;1. 相干散射――X射线衍射的理论基础。 2. 不相干散射(Compton－Wu效应) ;当X射线与物质原子中束缚较紧的电子作用时，由于这些电子受原子的强力束缚，X射线光子无法使它们脱离所在的能级。 按经典的电磁理论，这些电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动。 每个受迫振动的电子便成为一个新的电磁波源，向四周辐射电磁波。 这些散射波与入射X射线的振动方向、频率（波长）相同，可以产生干涉作用，故称为相干散射，也称经典散射 相干散射实际上并不损失X射线的能量，只是改变它的传播方向。 ;当一定频率的外来电磁波投射到电子上时，电磁波的振荡电场作用到电子上，迫使电子以相同的频率用振动。振动着的电子向外辐射出电磁波，把原来入射波的部分能量辐射出去。这种现象称为电磁波的散射 根据经典电动力学，当一束电场强度为E0的简谐波形的电磁波（偏振X射线束），照射在质量为m，电荷为e的自由点子上，电子被迫产生振动： 振动着的电子将向四周辐射与X射线电磁波频率相同的电磁波，在与电子距离R的某处，电子散射波的电场矢量为;一个电子对电磁波的散射强度为：散射X射线的强度和入射X射线的频率无关 入射X射线为非偏振光---非偏振X射线的汤姆逊散射公式 ;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 由于散射X射线与入射X射线的波长不同，不能产生干涉效应，故称为非相干散射。;? 实验事实; * 波长的增加量 Δλ与散射角 θ有关。;经典理论 按经典理论,电磁辐射通过物质被散射的辐射应与入射辐射具有相同的波长. ??是由于入射辐射使物质中原子的电子受到一个周期性的力而以入射波的频率振荡,进而由于振荡发射同频率的电磁波. 但康普顿散射实验中,被散射的X射线中,除了与入射波相同波长的成分外, 还有波长增长的部分, 而增长的数量随散射角的不同而不同. 这是经典电磁理论解释不了的.康普顿用量子说给出圆满解释,因而被称为康普顿效应.;量子理论 康普顿假定,X射线由光子组成,光子的波长和动量满足： ;量子理论 波长为λ的光子与原子中质量为m0的静止自由电子碰撞后,在与入射方向成θ的方向散射（波长为 λ’）；碰撞后电子在与入射方向成 φ的方向射出 体系的能量和动量均守恒,故有 由于是以光速运动的粒子,必须利用相对论关系式: ;康普顿散射公式;6 X-Ray与物质的相互作用;7. X-Ray的探测与防护;作业;Thank You !