3 X射线物理学基础2.ppt

四、特征X射线的强度特征 K系特征X射线的强度与管电压、管电流的关系为： 当I特/I连最大，工作电压为K系激发电压的3~5倍时，连续谱造成的衍射背影最小。 不同的阳极材料使用的适宜工作电压不同 1-5 x射线与物质的相互作用 X射线照射到物质上与物质相互作用是个很复杂的过程（见下图）。 从能量转换的观点宏观地看，可归结为三个能量转换过程： E1：散射能量； E2：吸收能量，包括真吸收变热部分和光电效应、俄歇效应、正电子吸收等； 1-5 x射线与物质的相互作用 E3：透过物质，继续沿原入射方向传播的能量，包括波长改变和不改变两部分。 根据能量守恒定律有： E1+E2+E3＝E E为光子能量、电子能量、原子能量和剩余能量的总和。 图 X射线与固体物质的相互作用 X射线与物质的相互作用，是一个比较复杂的物理过程。 一束X射线通过物体后，其强度将被衰减，它是被散射和吸收的结果，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。 一、X射线的散射 物质对x射线的散射主要是电子与x射线的相互作用的结果。 物质中的核外电子可分为两大类 (1)原子核束缚不紧的电子 (2)原子核束缚较紧的电子 X射线照射到物质表面后对于这两类电子会产生两种散射效应。 ● X射线被物质散射时，产生两种现象 ▲相干散射——与原波长相同 ▲非相干散射——改变波长 一、X射线的散射 X射线的散射 当X射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，其振动频率与入射X射线的频率相同。 任何带电粒子作受迫振动时将产生交变电磁场，从而向四周辐射电磁波，其频率与带电粒子的振动频率相同。 当x射线与原子中束缚较紧的内层电子相撞时，光子把能量全部转给电子。由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础。 X射线经束缚力不大的电子（如轻原子中的电子）或自由电子散射后，可以得到波长比入射X射线长的X射线，且波长随散射方向不同而改变。这种散射现象称为康普顿散射或康普顿一吴有训散射,也称之为不相干散射，是因散射线分布于各个方向，波长各不相等，不能产生干涉现象。 不相干散射 入射X射线遇到约束松的电子时，将电子撞至一方，成为反冲电子。入射线的能量对电子作功而消耗一部份后，剩余部份以X射线向外辐射。散射X射线的波长（λ‘）比入射x射线的波长（λ）长，其差值与角度α之间存在如右关系： 不相干散射在衍射图相上成为连续的背底，其强度随（sinθ/λ）的增加而增大，在底片中心处（λ射线与底片相交处）强度最小，α(2θ)越大，强度越大。 图1—9 x射线非相干散射 小结 相干散射 因为是相干波所以可以干涉加强. 只有相干散射才能产生衍射,所以相干散射是X射线衍射基础 不相干散射 因为不相干散射不能干涉加强产生衍射,所以不相干散射只是衍射的背底 二、X射线的吸收 1、X射线的吸收与吸收系数 X射线照射到物体表面之后，有一部分要通过物质，一部分要被物质吸收。实验证明，强度为I的入射x射线在均匀物质内部通过时．强度的衰减率与在物质内通过的距离x成比例： -dI/ I＝μdx 1-11 μ为线吸收系数，与物质种类、密度、x射线波长有关。 1、X射线的吸收与吸收系数 由于μ与质量有关，分析计算起来不方便，于是引入质量吸收系数μm， μm＝ μ/ ρ[cm2/g]，其中ρ是物质固有值密度。 μm与物质密度和物质状态无关，而与物质原子序数Z和X射线的波长λ有关。 μm ≈Kλ3Z3 K为常数。 二、X射线的吸收 2、二次特征辐射 （1）二次特征x射线：当入射光量子的能量足够大时，可以从被照射物质的原子内部(例如K壳层)击出一个电子，同时原子外层高能态电子要向内层的K空位跃迁，辐射出波长一定的特征x射线。为与入射x射线相区别、称由x射线激发所产生的特征x射线为二次特征x射线或荧光x射线。 二、X射线的吸收 （2）光电效应：这种以光子激发原子所发生的激发和辐射过程称为光电效应，被击出的电子称为光电子。一次特征x射线的一部分能量转变为所照射物质的二次特征辐射，表现为物质对入射X射线的吸收，这一吸收非常强烈，吸收系数变化如图1-10所示。 图1-10 一个x 射线量子所具有的能 量以及Ni的质量吸收系数随波长的变化 二、X射线的吸收 （3）逸出功WK：为产生K系荧光辐射，入射光子的能量必须大于或等于K层电子的逸出功WK，即hν≥ WK ，而 WK＝eV k， ν＝c/λ于是 h.c/ λ ≥ eV k λ≦ h