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第一篇 衍射分析 第一章 X射线衍射分析 X射线物理学基础 X射线运动学衍射理论（衍射方向） X射线运动学衍射理论（衍射强度） X射线衍射方法 X射线衍射分析的应用 §1 X射线的产生及本质 一、X射线衍射学的发展简史 1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线 几个月后医学界用它诊断治病 X射线 工程上用于金属材料、机械零件探伤 透射学 1912年，德国物理学家劳埃发现了X射线在晶体中的衍射现象，揭示X射线的本质仍是电磁波， 同时证实了晶体的结构，开始了X射线衍射学方面的应用。 二、X射线的产生 凡是高速运动的带电粒子被突然减速时便产生X射线。常用粒子是电子。 X射线管产生X射线的装置： 三、X射线的本质 X射线的本质是电磁波，又称电磁辐射。 具有波动性，用参量描述：波长λ或波数σ、频率υ、相位ф；具有微粒性，用参量描述：光子能量Ε和光子动量Ρ。 波动性和粒子性是统一的，统一在关系式： Ε＝hυ Ρ＝h/λ X射线在电磁波谱中的位置： 长波部分：射频波（无线电波）和微波。 中波部分：紫外线、可见光和红外线。 短波部分：X射线、和γ射线以及宇宙射线。 §2 X射线谱 一、连续辐射及连续X射线谱 连续辐射：经典电磁理论认为高速运动的电子与靶材相撞获得很大的负加速度，周围产生急剧变化的电磁场，即电磁辐射。极大数量的电子与靶材随机碰撞，碰撞过程、条件、能量等千变万化，产生波长不同呈统计规律连续分布的X射线。 称此X射线为连续X射线，又称白色X射线。 连续X射线谱： （强度I—波长λ关系曲线） 每一连续谱线都有一短波限λ0 整个连续谱线的强度 二、特征辐射及特征X射线谱 特征辐射： 辐射出的X射线的光量子 的能量和波长为： 对Z一定的原子， 是一确定值，故辐射出的X射线 的能量与波长也具有特征值，称特征辐射，此X射线称特征X射线，又称单色X射线。 几个概念： K系特征辐射， 射线 M系特征辐射， 射线 L系特征辐射， 射线 产生K，L，M……系特征辐射对应的加速电压不同， 同系各谱线按 波长顺序减少如 特征谱线波长与物质原子序数遵循莫塞莱定律： 特征X射线谱： 特征X射线是在 某些特定波长 位置出现的叠加 在连续谱上的高 而窄的谱线。 §3 X射线与物质的相互作用 一、X射线的散射 X射线的散射：沿一定方向运动的X射线光子流与物质的电子相互碰撞后，向周围弹射的现象。 相干散射：X射线光子与受原子核束缚很紧的电子发生碰撞而弹射，光子的方向改变了，但能量几乎没损失，产生波长不变的散射线。 相干散射是X射线衍射分析的技术基础。 非相干散射：X射线光子与原子中受原子核束缚较弱的电子发生碰撞，电子被撞离原子并带走光子的一部分能量而成为反冲电子，因损失能量而波长变长的光子也被撞偏一角度2θ，散射波与入射波波长不同，2θ也不存在确定的关系，不能相互干涉，称非相干散射。 二、X射线的真吸收 物质对X射线的吸收指X射线能量在通过物质时转变为其他形式的能量。 1、光电效应 当入射X射线光子能量达到某一阈值可击出物 质内层电子时，产生光电效应。 与此能量阈值相应的波长称为物质的吸收限。 2、俄歇效应与荧光辐射 荧光辐射：入射X光子将原子内层电子击出，外层电子向内层跃迁，原子系统降低的能量以X光子的形式辐射出来，辐射出的X光子仍带有特征能量、特征波长，称二次特征辐射，又荧光辐射。荧光辐射是X射线荧光分析方法的技术基础，产生机理、特征波长与Z关系均同特征辐射。 俄歇效应：入射X光子将原子内层电子击出，外层电子向内层跃迁，原子系统降低的能量被同层邻近电子或更外层电子获得，并使这个电子受激发而逸出原子成为自由电子，即俄歇电子，称俄歇效应，是X射线激发俄歇能谱分析方法的技术基础。俄歇电子能量低，作表层化学成分分析。 三、X射线的衰减 因X射线与物质相互作用，能量转换或损失，使X射线通过物质，沿透射方向强度显著下降的现象称X射线的衰减。 综上： X射线与固体物质相互作用图解 * * *