第一篇 材料X射线衍射分析ppt课件.ppt
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1、第一篇 材料X射线衍射分析,第一章 X射线物理学基础,Company Logo,主要内容,Company Logo,1-1 X射线的性质,1895年,德国物理学家伦琴发现了X射线。 .1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、传播、穿透力等大部分性质。(1901年伦琴获诺贝尔奖) 1912年劳埃进行了晶体的X射线衍射实验,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。(1914年获得诺贝尔奖),X射线发明者-伦琴,1913年,英国Bragg导出著名的布拉格公式。并测定了NaCl的晶体结构。( 1915年获得诺贝尔奖),Company Logo,X射线最早的
2、应用,在X射线发现后几个月医生就用它来为病人服务工程上用于金属材料、机械零件探伤右图是纪念伦琴发现X射线100周年发行的纪念封,Company Logo,X射线的性质,人的肉眼看不见X射线,但X射线能使气体电离,使照相底片感光,能穿过不透明的物体,还能使荧光物质发出荧光。X射线呈直线传播,在电场和磁场中不发生偏转;当穿过物体时仅部分被散射。X射线对动物有机体(其中包括对人体)能产生巨大的生理上的影响,能杀伤生物细胞。,Company Logo,X射线也是电磁波的一种,波长在0.0110nm左右,用于衍射分析的X射线波长范围在0.050.25nm。,X射线的本质,Company Logo,电磁波
3、谱:电磁辐射按波长顺序排列,射线 X 射线紫外光可见光红外光微波无线电波,X射线的本质,Company Logo,X射线具有波粒二相性,X射线的强度是衍射波振幅的平方( ) ,也是单位时间内通过单位截面的光量子数目。,Company Logo,1-2 X射线的产生及X射线谱,X射线的产生:X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速,且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。,X射线产生必须具备的三个基本条件:,() 自由电子 () 使电子作定向高速运动 () 有障碍物使其突然减速,Company Logo,X射线管的结构为:,Company Logo,X射线管,(1) 阴极发射电子。一般由
4、钨丝制成,通电加热后释放出热辐射电子。(2)阳极靶,使电子突然减速并发出X射线。(3)窗口X射线出射通道。既能让X射线出射,又能使管密封。窗口材料用金属铍或硼酸铍锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成3-6的斜角,以减少靶面对出射X射线的阻碍。,Company Logo,X射线管,(4)高速电子转换成X射线的效率只有1%,其余99%都作为热而散发了。所以靶材料要导热性能好,常用黄铜或紫铜制作,还需要循环水冷却。因此X射线管的功率有限,大功率需要用旋转阳极。(5)焦点阳极靶表面被电子轰击的一块面积,X射线就是从这块面积上发射出来的。焦点的尺寸和形状是X射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯丝的形状
5、,螺形灯丝产生长方形焦点。 X射线衍射工作中希望细焦点和高强度;细焦点可提高分辨率;高强度则可缩短曝光时间。,Company Logo,旋转阳极,上述常用X射线管的功率为5003000W。目前还有旋转阳极X射线管、细聚焦X射线管和闪光X射线管。因阳极不断旋转,电子束轰击部位不断改变,故提高功率也不会烧熔靶面。目前有100kW的旋转阳极,其功率比普通X射线管大数十倍。,Company Logo,旋转阳极,Company Logo,X射线谱- 连续X射线谱,X射线强度与波长的关系曲线,称之X射线谱。在管压很低时,小于20kv的曲线是连续变化的,故称之连续X射线谱,即连续谱。,连续X射线定义:是具有
6、连续变化波长的X射线,也称多色X射线。,Company Logo,对连续X射线谱的解释1,根据经典物理学的理论,一个带负电荷的电子作加速运动时,电子周围的电磁场将发生急剧变化,此时必然要产生一个电磁波,或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相同,因而得到的电磁波将具有连续的各种波长,形成连续X射线谱。,Company Logo,对连续X射线谱的解释2,量子力学概念,当能量为ev的电子与靶的原子整体碰撞时,电子失去自己的能量,其中一部分以光子的形式辐射出去,每碰撞一次,产生一个能量为hv的光子,即“韧致辐射”。大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同,而且还有多次碰撞,
7、因而产生不同能量不同强度的光子序列,即形成连续谱。极限情况下,能量为ev的电子在碰撞中一下子把能量全部转给光子,那么该光子获得最高能量和具有最短波长,即短波限0。都有一个最短波长,称之短波限0,强度的最大值在0的1.5倍处。 eV = hvmax = hc/0 0 = 1.24/V (nm),Company Logo,X射线管的效率,X射线管的效率,是指电子流能量中用于产生X射线的百分数,即随着原子序数Z的增加,X射线管的效率提高,但即使用原子序数大的钨靶,在管压高达100kv的情况下,X射线管的效率也仅有1左右,99的能量都转变为热能。,Company Logo,X射线谱- 特征X射线谱,当
8、管电压超过某临界值时,特征谱才会出现,该临界电压称激发电压。当管电压增加时,连续谱和特征谱强度都增加,而特征谱对应的波长保持不变。 钼靶X射线管当管电压等于或高于20KV时,则除连续X射线谱外,位于一定波长处还叠加有少数强谱线,它们即特征X射线谱。钼靶X射线管在35KV电压下的谱线,其特征x射线分别位于0.63和0.71处,后者的强度约为前者强度的五倍。这两条谱线称钼的K系 。,特征X射线定义:是具有特定波长的X射线,也称单色X射线。,Company Logo,特征X射线的产生机理,特征X射线的产生机理与靶物质的原子结构有关。 原子壳层按其能量大小分为数层,通常用K、L、M、N等字母代表它们的
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