第一章X射线的物理学基础第一章X射线的物理学基础1.1X射线的性质1.1X射线的性质1.1X射线的性质1.2X射线的产生1.2X射线的产生1.2X射线的产生1.2X射线的产生⑶X射线接收——与靶面呈6°方向接收这种X射线管的功率比较低，一般为500w~3000w1.2X射线的产生X射线的产生1.3X射线谱1.3X射线谱1.3X射线谱1.3X射线谱1.3X射线谱1.3X射线谱1.3X射线谱1.3X射线谱1.3X射线谱2、产生机理当管电压达到或超过某一临界值时，阴极发出的电子在电场加速下将靶材物质原子的内层电子击出原子外，原子处于高能激发态，有自发回到低能态的倾向，外层电子向内层空位跃迁，多余能量以X射线的形式释放出来—特征X射线。1.3X射线谱1.3X射线谱4、Kα双线结构Kα=Kα1+Kα2构成双线结构，这与原子能级的精细结构有关。L层分3个亚层，除L1层电子不符合选择定律（Δl=0），不能跃迁外，L2、L3层电子均可向K层跃迁，故形成了双线结构。1.3X射线谱1.3X射线谱1.4X射线与物质相互作用1.4X射线与物质相互作用2、非相干散射X射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞时电子获得一部分动能成为反冲电子，X射线光子离开原来方向，能量减小，波长增加，也称为康普顿散射。散射线波长比入射线波长要长。1.4X射线与物质相互作用以激发K系光电效应为例：入射X光子能量必须等于或大于将K电子从K层移至无穷远处所做的功WK，即λK即称为物质的K吸收限，表达式与连续谱短波限λ0相似，但物理意义不同。短波限λ0与管电压有关，而每种物质的K激发限波长λK与该物质的K激发电压有关，即都有自己特定的值。1.4X射线与物质相互作用1.5X射线衰减规律1.5X射线衰减规律1.5X射线衰减规律1.5X射线衰减规律1.6吸收限的应用1.6吸收限的应用1.6吸收限的应用1.6吸收限的应用X射线的防护用高速电子撞击金属靶面产生X射线的真空电子器件。又称X光管。分为充气管和真空管两类。1895年W.K.伦琴在进行克鲁克斯管实验时发现了X射线。克鲁克斯管就是最早的充气X射线管，其功率小、寿命短、控制困难，现已很少应用。1913年W.D.库利吉发明了真空X射线管。管内真空度不低于10-4帕。阴极为直热式螺旋钨丝，阳极为铜块端面镶嵌的金属靶。阴极发射出的电子经数万至数十万伏高压加速后撞击靶面产生X射线。以后经过许多改进，至今仍在应用。X射线管谱线强度除了取决于光子能量，还取决于光子数目。虽然Kα光子能量比Kβ的低，但是L→K的跃迁几率比M→K跃迁几率大，即Kα光子数目比Kβ光子数目多，最终使得Kα线强度是Kβ线的5倍左右。俄歇电子的能量（以KL2L3俄歇电子为例）为K层电子结合能；为一次电离后L2、L3电子结合能。电离后原子带正电，对核外电子的吸引作用增强，故。由于电子结合能与原子种类（Z）密切相关，Z增加，Eb增加，因此将原子电离引起的结合能Eb增加的作用视作由原子序数增加使增加的作用，即得Δ为原子序数增量由上式看出，俄歇电子能量与电子轨道能级密切联系，即与原子序数密切联系，对于特定原子的特定俄歇电子，其能量是特定的。→俄歇电子能谱法进行成分分析的依据俄歇电子能谱法是表面成分分析方法，原因在于俄歇电子有效发射深度在表面以下2nm范围。可以分析除H、He以外的各种元素，对于C、O、N、S、P有较高的灵敏度。应用：表面偏析、表面杂质分布、晶界元素分析；复合材料界面研究；表面力学性质、表面化学过程分析等。同步加速器辐射K系X射线产生机理典型X射线衍射图谱