材料現(xiàn)代分析與測(cè)試技術(shù)復(fù)習(xí)資料

1、第 1 頁X 射線衍射分析（基礎(chǔ)及應(yīng)用）一射線的特性 射線的特性人的肉眼看不見 人的肉眼看不見 X 射線，但 射線，但 X 射線能使氣體電離，使照相底片感光，能穿過不透明的物體，還能使 射線能使氣體電離，使照相底片感光，能穿過不透明的物體，還能使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光。 熒光物質(zhì)發(fā)出熒光。? X 射線呈直線傳播，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)穿過物體時(shí)僅部分被散射。 射線呈直線傳播，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)穿過物體時(shí)僅部分被散射。? X 射

2、線對(duì)動(dòng)物有機(jī)體（其中包括對(duì)人體）能產(chǎn)生巨大的生理上的影響，能殺傷生物細(xì)胞。 射線對(duì)動(dòng)物有機(jī)體（其中包括對(duì)人體）能產(chǎn)生巨大的生理上的影響，能殺傷生物細(xì)胞。二射線具有波粒二相性1 射線的本質(zhì)是電磁輻射，及可見光完全相同，僅是波長短而已，因此其同樣具有波粒二象性 波粒二象性。波動(dòng)性:? 硬 X 射線：波長較短的硬 X 射線能量較高，穿透性較強(qiáng)，適用于金屬部件的無損探傷及金屬物相分析。 ? 軟 X 射線：波長較長的軟 X 射線能

3、量較低，穿透性弱，可用于非金屬的分析。 ?三光及可見光的區(qū)別 三光及可見光的區(qū)別? 1) 1) X 光不折射，因?yàn)樗形镔|(zhì)對(duì) 光不折射，因?yàn)樗形镔|(zhì)對(duì) X 光的折光指數(shù)都接近 光的折光指數(shù)都接近 1。因此無 。因此無 X 光透鏡或 光透鏡或 X 光顯微鏡。 光顯微鏡。? 2) 2) X 光無反射 光無反射? 3) 3) X 光可為重元素所吸收，故可用于醫(yī)學(xué)造影。 光可為重元素所吸收，故可用于醫(yī)學(xué)造影。1.3 1.3 X 射線的產(chǎn)生及

4、 射線的產(chǎn)生及 X 射線管 射線管X 射線的產(chǎn)生： 射線的產(chǎn)生：X 射線是高速運(yùn)動(dòng)的粒子（一般用電子）及某種物質(zhì)相撞擊后猝然減速，且及該物質(zhì)中的內(nèi)層電子相互作用而產(chǎn)生的。產(chǎn)生原理 產(chǎn)生原理X 射線是高速運(yùn)動(dòng)的粒子（一般用電子）及某種物質(zhì)（陽極靶）相撞擊后猝然減速，且及該物質(zhì)中的內(nèi)層電子相互作用而產(chǎn)生的。高速運(yùn)動(dòng)的電子及物體碰撞時(shí)，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運(yùn)動(dòng)受阻失去動(dòng)能，其中一小部分（1％左右）能量轉(zhuǎn)變?yōu)?X 射線，而絕大部分（99％左右）

5、能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。產(chǎn)生 產(chǎn)生 X 射線條件 射線條件? 1. 1.產(chǎn)生自由電子； 產(chǎn)生自由電子； ? 2. 2.使電子作定向的高速運(yùn)動(dòng)（陰極陽極間加高電壓） 使電子作定向的高速運(yùn)動(dòng)（陰極陽極間加高電壓）; ? 3. 3.在其運(yùn)動(dòng)的路徑上設(shè)置一個(gè)障礙物（陽極靶）使電子突然減速或停止。 在其運(yùn)動(dòng)的路徑上設(shè)置一個(gè)障礙物（陽極靶）使電子突然減速或停止。 ? 陰極 陰極——發(fā)射電子。一般由鎢絲制成，通電加熱后釋放出熱輻射電子。 發(fā)射電

6、子。一般由鎢絲制成，通電加熱后釋放出熱輻射電子。? 陽極 陽極——靶，使電子突然減速并發(fā)出 靶，使電子突然減速并發(fā)出 X 射線。 射線。窗口 窗口——X 射線出射通道。既能讓 射線出射通道。既能讓 X 射線出射，又能使管密封。窗口材料用金屬鈹或硼酸鈹鋰構(gòu)成的林德 射線出射，又能使管密封。窗口材料用金屬鈹或硼酸鈹鋰構(gòu)成的林德第 3 頁? 連續(xù) 連續(xù) X 射線譜在短波方向有一個(gè)波長極限，稱為短波限 射線譜在短波方向有一個(gè)波長極限，稱為短波限

7、 λ0 λ0。它是由電子一次碰撞就耗盡能量所 。它是由電子一次碰撞就耗盡能量所產(chǎn)生的 產(chǎn)生的 X 射線，此光子能量最大波長最短。它只及管電壓有關(guān)，不受其它因素的影響。 射線，此光子能量最大波長最短。它只及管電壓有關(guān)，不受其它因素的影響。? 光子能量為： 光子能量為： ? 式中 式中 e —電子電荷，等于 電子電荷，等于 （庫侖） （庫侖）? V—管電壓 管電壓h—普朗克

8、常數(shù)，等于 普朗克常數(shù)，等于X 射線的強(qiáng)度是指在單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于 射線的強(qiáng)度是指在單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于 X 射線傳播方向的單位面積上光子數(shù)目（能量）的總和。 射線傳播方向的單位面積上光子數(shù)目（能量）的總和。 常用 常用單位是 單位是 2.? 隨著原子序數(shù) 隨著原子序數(shù) Z 的增加， 的增加，X 射線管的效率提高，但即使用原子序數(shù)大的鎢靶，在管壓高達(dá) 射線管的效率提高，但即使用原子序數(shù)大的鎢靶，在管壓高達(dá) 100 100 的情況下，

9、情況下，X 射線管的效率也僅有 射線管的效率也僅有 1﹪ 1﹪左右， 左右，99 99％的能量都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?％的能量都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?1、當(dāng)增加 、當(dāng)增加 X 射線管壓時(shí)，各波長射線的相對(duì)強(qiáng)度一致增高，最大強(qiáng)度波長 射線管壓時(shí)，各波長射線的相對(duì)強(qiáng)度一致增高，最大強(qiáng)度波長 λm λm 和短波限 和短波限 λ0 λ0 變小。 變小。2、當(dāng) 、當(dāng)管壓保持不變，增加管流時(shí)，各種波長的 管壓保持不變，增加管流時(shí)，各種波長的 X 射線相對(duì)強(qiáng)度一致增

10、高， 射線相對(duì)強(qiáng)度一致增高， 但 λ0 數(shù)值大小不變。 數(shù)值大小不變。3、當(dāng)改變陽 、當(dāng)改變陽極靶元素時(shí)，各種波長的相對(duì)強(qiáng)度隨元素的原子序數(shù)的增加而增加。 極靶元素時(shí)，各種波長的相對(duì)強(qiáng)度隨元素的原子序數(shù)的增加而增加?？偨Y(jié)：連續(xù)射線的總強(qiáng)度及管電壓、管電流及陽極材料（一般為鎢靶）的原子序數(shù)有關(guān) 總結(jié)：連續(xù)射線的總強(qiáng)度及管電壓、管電流及陽極材料（一般為鎢靶）的原子序數(shù)有關(guān)標(biāo)識(shí) 標(biāo)識(shí) X 射線的特征 射線的特征? 當(dāng)電壓低于臨界電壓時(shí)，只產(chǎn)生

11、連續(xù) 當(dāng)電壓低于臨界電壓時(shí)，只產(chǎn)生連續(xù) X 射線。當(dāng)電壓達(dá)到臨界電壓時(shí)，在連續(xù) 射線。當(dāng)電壓達(dá)到臨界電壓時(shí)，在連續(xù) X 射線的基礎(chǔ)上產(chǎn) 射線的基礎(chǔ)上產(chǎn)生波長一定的譜線，構(gòu)成標(biāo)識(shí) 生波長一定的譜線，構(gòu)成標(biāo)識(shí) X 射線譜。當(dāng)電壓、電流繼續(xù)增加時(shí)，標(biāo)識(shí)譜線的波長不再變，強(qiáng) 射線譜。當(dāng)電壓、電流繼續(xù)增加時(shí)，標(biāo)識(shí)譜線的波長不再變，強(qiáng)度隨電壓增加。這種譜線的波長只決定于陽極材料，不同元素的陽極材料發(fā)出不同波長的 度隨電壓增加。這種譜線的波長只決定于

12、陽極材料，不同元素的陽極材料發(fā)出不同波長的 X 射線。如鉬靶 線。如鉬靶 K 系標(biāo)識(shí) 系標(biāo)識(shí) X 射線有兩個(gè)強(qiáng)度高峰為和 射線有兩個(gè)強(qiáng)度高峰為和 Kβ，波長分別為 ，波長分別為 0.71 0.71 Å 和 0.63 0.63 Å. Å.產(chǎn)生機(jī)理 產(chǎn)生機(jī)理? 在電子轟擊陽極的過程中，當(dāng)某個(gè)具有足夠能量的電子將陽極靶原子的內(nèi)層電子擊出時(shí)，于是在 在電子轟擊陽極的過程中，當(dāng)某個(gè)具有足夠能量的電子將陽極靶原子的內(nèi)層

13、電子擊出時(shí)，于是在低能級(jí)上出現(xiàn)空位，系統(tǒng)處于不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)。此時(shí)較外層較高能級(jí)上的電子向低能級(jí)上的空位躍 低能級(jí)上出現(xiàn)空位，系統(tǒng)處于不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)。此時(shí)較外層較高能級(jí)上的電子向低能級(jí)上的空位躍遷，并以光子的形式輻射出標(biāo)識(shí) 遷，并以光子的形式輻射出標(biāo)識(shí) X 射線譜： 射線譜：2®n12 2®n12－1，射線波長 ，射線波長? λ＝ΔE ΔE 必然是個(gè)僅僅取決于原子外層電子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的常數(shù)，或者說是個(gè)僅僅取決于原子序數(shù)的 必然

14、是個(gè)僅僅取決于原子外層電子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的常數(shù)，或者說是個(gè)僅僅取決于原子序數(shù)的常數(shù) 常數(shù).莫塞萊定律 莫塞萊定律? 同系（例如 同系（例如 1、1 等）特征 ）特征 X 射線譜的頻率和波長只取決于陽極靶物質(zhì)的原子能級(jí)結(jié)構(gòu)，是物質(zhì)的 射線譜的頻率和波長只取決于陽極靶物質(zhì)的原子能級(jí)結(jié)構(gòu)，是物質(zhì)的固有特性。且存在如下關(guān)系： 固有特性。且存在如下關(guān)系： 莫塞萊定律： 莫塞萊定律：同系特征 同系特征 X 射線譜的波長 射線譜的波長 λ 或頻率 或頻率

15、n 及原子序數(shù) 及原子序數(shù) Z 關(guān)系為： 關(guān)系為：或者l ：波長 ：波長; C：及主量子數(shù)、電子質(zhì)量和電子電荷有關(guān)的常數(shù) ：及主量子數(shù)、電子質(zhì)量和電子電荷有關(guān)的常數(shù); Z ：靶材原子序數(shù) ：靶材原子序數(shù); s ：屏蔽常數(shù) ：屏蔽常數(shù)根據(jù)莫色萊定律，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得到的未知元素的特征 根據(jù)莫色萊定律，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得到的未知元素的特征 X 射線譜線波長，及已知的元素波長相比較，可以 射線譜線波長，及已知的元素波長相比較，可以確定它是何元素。