1、中国地质大学中国地质大学( (武汉武汉) )材化材化学院学院The Faculty of Material Science & Chemistry ,China University of Geosciences1X X射线粉晶衍射射线粉晶衍射2第2章 晶体的微观对称第3章 X射线的产生及性质第4章 X射线的衍射方向主要内容第1章 晶体的宏观对称第5章 X射线的衍射强度第6章 X射线的衍射方法第7章 X射线粉晶衍射的应用33.1 X射线概述射线概述3.2 X射线的产生与射线的产生与X射线光谱射线光谱3.3 X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用第第3 3章：章：X X射线的产生及射线的产生
2、及X X射线的性质射线的性质3.1 3.1 X X射线概述射线概述1895年，伦琴发现了年，伦琴发现了X射线：射线：W. C. Rontgen，1894年任德国维尔茨堡大年任德国维尔茨堡大学校长。学校长。4在在1895.11.8偶然发现了一种射线，在论文偶然发现了一种射线，在论文一种新射一种新射线线(初步通信初步通信)里，描述为里，描述为“如果把手置于放电装置如果把手置于放电装置和荧光屏之间，就可以看到在较淡的手影里和荧光屏之间，就可以看到在较淡的手影里露出深暗露出深暗的骨骼阴影的骨骼阴影。”这种穿透力很强的射线，伦琴自己也这种穿透力很强的射线，伦琴自己也搞不清楚，称其为搞不清楚，称其为“X射
3、线射线”。1901年，获得第一个诺贝尔物理学奖。年，获得第一个诺贝尔物理学奖。 5 肉眼看不到，但可使照相底片感光、荧光板发肉眼看不到，但可使照相底片感光、荧光板发光和使气体电离；光和使气体电离； 能透过可见光不能透过的物体；能透过可见光不能透过的物体； 在电场和磁场中不偏转，通过物体时不发生反在电场和磁场中不偏转，通过物体时不发生反射、折射现象，通过普通光栅亦不引起衍射；射、折射现象，通过普通光栅亦不引起衍射； 对生物有很厉害的作用。对生物有很厉害的作用。1912年，劳埃发现了年，劳埃发现了X射线在晶体中的衍射，射线在晶体中的衍射，并将其用于晶体衍射。并将其用于晶体衍射。1914年，获得诺贝
4、年，获得诺贝尔物理学奖。从而也肯定了尔物理学奖。从而也肯定了X射线的电磁波射线的电磁波性质。性质。6 X X射线是一种波长很短的电磁波，波长介于射线是一种波长很短的电磁波，波长介于 射线和紫外射线和紫外线之间，由线之间，由0.0010.0011nm1nm。硬硬X X射线：波长较短，晶体结构分析；射线：波长较短，晶体结构分析；软软X X射线：波长较长，医学透视。射线：波长较长，医学透视。 因此，因此，X X射线具有波动性和粒子性。射线具有波动性和粒子性。波动性：干涉和衍射现象波动性：干涉和衍射现象粒子性：吸收或散射粒子性：吸收或散射度量度量X射线波长的单位：射线波长的单位：1.埃（埃（）：）：1
5、10-8cm（过去常用）（过去常用）2.纳米（纳米（nm）：）：1nm=10（法定单位）（法定单位）3.kX：1kX=1.002056（盛行于五六年代）（盛行于五六年代）7 X射线波动性（射线波动性（、）与粒子性（）与粒子性（、p）之间）之间的关系：的关系： h hc/ p= h/ h普朗克常数，普朗克常数，h=6.6251034Js cX射线的速度，射线的速度，c2.998108m/sX射线的波长较可见光短的多，因此，能量和射线的波长较可见光短的多，因此，能量和动量很大，具有很强的穿透能力。动量很大，具有很强的穿透能力。83.2 X3.2 X射线的产生与射线的产生与X X射线光谱射线光谱9
6、高真空 10-410-6Pa至高压发生器 40-120kV 接地高速电子流X射线910 当灯丝被通电加热至高温时（达2000），大量的热电子产生，在正负极之间的高电压作用下被加速，高速轰击到靶面上。 高速电子到达靶面，运动突然受阻，其动能部分转变为辐射能，以X射线的形式放出。轰击到靶面上电子束的总能量只有极小一部分转变为X射线能，而大部分都转变成为热能。11阴极：发射电子。钨丝，高压下释放出热辐射电子。阴极：发射电子。钨丝，高压下释放出热辐射电子。阳极：靶阳极：靶(Target)(Target)。高速运动的热辐射电子突然减速并发射。高速运动的热辐射电子突然减速并发射X X射线。阳极材料为射线。
7、阳极材料为CuCu，称之为，称之为CuCu靶。另外常用的还有靶。另外常用的还有FeFe靶、靶、MoMo靶等。靶等。窗口：窗口：X X射线射出的通道，一般有射线射出的通道，一般有2 2个或个或4 4个。金属铍或硼酸个。金属铍或硼酸铍锂玻璃铍锂玻璃123.2.1 连续连续X射线光谱射线光谱 高速电子与阳极靶的原子碰撞时，由高速运动突然高速电子与阳极靶的原子碰撞时，由高速运动突然转为停止不动，电子失去动能，将一部分动能转化为转为停止不动，电子失去动能，将一部分动能转化为热能，另一部分转化为一个或几个光子辐射出去，这热能，另一部分转化为一个或几个光子辐射出去，这个光子流就是个光子流就是X射线。由于射线
8、。由于X射线的能量不同，因此，射线的能量不同，因此，放出的放出的X射线的频率不同。由此产生的射线的频率不同。由此产生的X射线是连续的，射线是连续的，称为称为连续连续X射线光谱射线光谱，简称，简称连续谱连续谱，也叫，也叫白色白色X射线射线。12连续谱有一个最短波长的极限连续谱有一个最短波长的极限s，把该波长称为，把该波长称为短波限。短波限。若一个电子的动能全部转化成若一个电子的动能全部转化成X光子的能量，光子的能量，波长最短。波长最短。设电子的动能为设电子的动能为 EeU，x射线的能量为：射线的能量为： h h c / s = h c / max = h c / E 这时该光子将具有最短的波长这
9、时该光子将具有最短的波长0。 在实际的能量转化中，绝大多数电子，都有能量损在实际的能量转化中，绝大多数电子，都有能量损耗，即耗，即 max, 因此因此s。 实际形成：以实际形成：以s为最短波长的为最短波长的连续谱线连续谱线。1314 连续光谱的短波限连续光谱的短波限s只决定于只决定于X射线管的工作射线管的工作高压，即高压，即只取决于高速电子流的运动速度，而与只取决于高速电子流的运动速度，而与靶无关靶无关。 s = h c / max h c / E= h c / eU 代入各个参数后得到：代入各个参数后得到： s = 12.395U； U的单位为的单位为kV, s的单位为的单位为 1516连续
10、连续X X射线光谱的应用：射线光谱的应用： 连续连续X X射线光谱应用不广，只有劳埃法才用它。射线光谱应用不广，只有劳埃法才用它。在其它方法中它只能造成不希望有的背景。在其它方法中它只能造成不希望有的背景。17183.2.2 3.2.2 特征特征X X射线光谱射线光谱 从原子物理学知道，原子内的电子按照鲍林不相容原理和能量最低原理分布在各个能级上（电子轨道），用记号K、L、M、N表示。K层最靠近原子核，能量最低，稳定性最强（电子束缚能最高）。 EkEL同理，由同理，由N K的跃迁形成的辐射叫的跃迁形成的辐射叫辐射辐射。2324 由于由于K层电子缺失、电子跃迁形成的层电子缺失、电子跃迁形成的X射
11、线称射线称K系系X射线，即射线，即K、K、及、及K射线，同理，还有射线，同理，还有L系、系、M系系X射线。射线。25由：由： hc/E 可知可知 不同的原子，各轨道间的能量差不同，因此，不同的原子，各轨道间的能量差不同，因此，所产生的所产生的K、K、及、及K波长不同且固定。即波长不同且固定。即波长取决于原子序数，称之为波长取决于原子序数，称之为特征特征X射线光谱射线光谱。 一般来讲，轨道越靠近，发生跃迁的几率一般来讲，轨道越靠近，发生跃迁的几率越大，即越大，即 I I I另外：另外： IK IL IM 在在LK跃迁产生跃迁产生K辐射时，由于辐射时，由于L电子层有三电子层有三个亚层，三个亚层之间
12、有微小的能量差异。能发生个亚层，三个亚层之间有微小的能量差异。能发生电子跃迁的是第二和第三亚层。电子跃迁的是第二和第三亚层。2627 E1 EL2-EK h hc/1 E2 EL3-EK h hc/2 所产生的K射线就分为K1和K2。其波长有微小的差异。 比如Cu ， K1 1.5405 K2 1.5443另外其射线 K 1.392129 通常情况下，在特征谱中，通常情况下，在特征谱中，K1、K2、K的强的强度分布如下：度分布如下： I1：I2：I：100：50：13.8波长特征，例如波长特征，例如Cu： K11.5405, K21.5443, K1.3921Fe： K11.9360, K21
13、.9400, K1.756630 由于由于 K1、K2的波长很接近，所以在很多的波长很接近，所以在很多情况下，都是按二者的加权平均值作为情况下，都是按二者的加权平均值作为K射射线的波长，计算方法如下：线的波长，计算方法如下： K = （2K1 +K2 ）3 至于至于K射线，因其波长差异较大，必须设射线，因其波长差异较大，必须设法去掉和消弱其强度。法去掉和消弱其强度。31典型的X射线谱 （含连续谱和特征谱）32阳极靶元阳极靶元素素原子序原子序数数ZK系特征谱波长系特征谱波长(A)K1K2KAKCr242.289702.293062.291002.08487Fe261.9360421.939980
14、1.9373551.75661Co271.7889651.7928501.7902621.62079Ni281.6579101.6617471.6591891.500135Cu291.5405421.5443901.5418381.392218Mo420.7093000.7135900.7107300.632288几种常用阳极靶材料的特征谱参数几种常用阳极靶材料的特征谱参数 333.2.3 特征特征X射线波长与阳极材料的关系射线波长与阳极材料的关系莫赛莱（莫赛莱（H.G.J Moseley)定律定律 式中式中 某线系某线系(、)的特征射线的波长的特征射线的波长 Z原子序数原子序数 K， 为给定
15、的线系的常数。为给定的线系的常数。莫塞莱定律为莫塞莱定律为X射线荧光光谱分析和电子探针微区射线荧光光谱分析和电子探针微区成分分析的理论基础。成分分析的理论基础。34元素元素K1K1L1M14Be114.0011Na11.9111.5826Fe1.9361.75717.5929Cu1.5411.39213.3435Br1.0410.9338.37555Cs2.89274W1.4766.98383Bi1.1445.11835不同元素的特征不同元素的特征X射线波长射线波长()3.2.4 特征特征X射线的应用射线的应用（1）阳极材料已知时）阳极材料已知时电子束轰击可以得到已知波长的特征电子束轰击可以得
16、到已知波长的特征X射线射线-用于用于X射线衍射分析射线衍射分析的光源。的光源。如，如，Cu阳极阳极 (Cu靶靶)，得到，得到Cu： K1 1.5405 K2 1.5443 K 1.392136(2) 阳极材料未知时阳极材料未知时 阳极换成未知样品，则样品中含有哪种元素，阳极换成未知样品，则样品中含有哪种元素，即可得到哪种元素的特征即可得到哪种元素的特征X射线波长，若含多种元射线波长，若含多种元素，则得到多种元素的特征素，则得到多种元素的特征X射线波长。射线波长。 如果能测定出样品产生的如果能测定出样品产生的X射线波长射线波长(或能量或能量)，则可以鉴定出样品中的元素种类则可以鉴定出样品中的元素
17、种类(及含量及含量)- EPMA,EDX(Elctron probe microscopic analyzer, Energy dispersive X ray analysis)。37383.3 X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用X X射线照射到物质上，除一部分可能沿射线照射到物质上，除一部分可能沿原入射线束方向透过物质继续向前传播外，原入射线束方向透过物质继续向前传播外，其余部分则在与物质相互作用，在复杂的物其余部分则在与物质相互作用，在复杂的物理过程中被衰减。理过程中被衰减。X X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用形式，可分为形式，可分为散射和吸收散射和吸收两大类。两大类。
18、3.3.1 X3.3.1 X射线的散射射线的散射（1 1）相干散射：）相干散射： 当X射线与原子的内层电子碰撞后，X射线光子把能量全部传递给电子，电子发生受迫振动，产生二次辐射，这种辐射即散射波。这种散射波之间符合振动方向相同、频率相同、位相差恒定的光的干涉条件，所以，可发生干涉作用，故称为相干散射，也叫弹性散射或汤姆逊散射。相干散射-X射线衍射。39入射X射线（入入）康普顿反冲电子（光电子）散射波（散散）2X射线的非相干散射入入 散散40（2 2）非相干散射）非相干散射非相干散射不能参与晶体对非相干散射不能参与晶体对X X射线射线的衍射，只会在图上形成背底，给衍射的衍射，只会在图上形成背底，
19、给衍射精度带来不利影响。入射波长越短，被精度带来不利影响。入射波长越短，被照射元素越轻，这一现象越显著。照射元素越轻，这一现象越显著。413.3.2 X射线的吸收射线的吸收X射线与物质相互作用，会产生光电效应及俄歇射线与物质相互作用，会产生光电效应及俄歇效应，同时伴随着热效应，由于这些效应而消耗的入效应，同时伴随着热效应，由于这些效应而消耗的入射射X射线能量，统称为物质对射线能量，统称为物质对X射线的吸收或真吸收射线的吸收或真吸收。42（1）光电效应荧光辐射光电效应荧光辐射当入射当入射X射线的能量足够大时，可以从被照射线的能量足够大时，可以从被照射物质的原子内部（如射物质的原子内部（如K层）击
20、出一个电子，使层）击出一个电子，使原子处于激发状态，同时原子外层高能态电子向原子处于激发状态，同时原子外层高能态电子向内层的内层的K空位跃迁，辐射出波长一定的特征空位跃迁，辐射出波长一定的特征X射线，射线，为二次特征为二次特征X射线，也称为荧光辐射。这种射线，也称为荧光辐射。这种以以X射射线光子激发原子所发生的激发和辐射过程称为光线光子激发原子所发生的激发和辐射过程称为光电效应。电效应。4344X荧光荧光入射X射线光电子激发原子产生K、L、M系荧光效应时，入射X射线光子的能量必须大于或至少等于从原子中击出一个K、L或M层电子所做的功WK、WL、WM。例如：WK hK=hc/k WK=eUK 因
21、此， k hc/eUK=12.4/UK K 及k为激发K系时所需的入射线频率及波长的临界值，从吸收角度而言， k即为K吸收限。同理还有 l 、 m 、 n 。不同元素，吸收限不同。Z越大，越短。荧光辐射的波长大于入射X射线的波长。应用应用a、光电子、光电子 光电效应中被击打出的光电子的能量光电效应中被击打出的光电子的能量E为为：Ehv- E核外电子结合能核外电子结合能（如（如K层，为层，为EK） 由于不同元素的核外电子具有不同的能量，因此，由于不同元素的核外电子具有不同的能量，因此，测定光电子的能量，则可确定被照射物质的化学成测定光电子的能量，则可确定被照射物质的化学成分分XPS原理原理 (X
22、 ray Photoelectronic Spectroscopy)。对光源的要求：固定的已知能量，常采用单色对光源的要求：固定的已知能量，常采用单色X射线。射线。(X射线不容易聚焦，因此样品分析时空间分辨率低射线不容易聚焦，因此样品分析时空间分辨率低)464748 b. b.荧光辐射（二次荧光辐射（二次X X射线）射线） 当X射线从原子中激发出光电子后，原子的内层电子缺失，成激发状态，为不稳定态。 激发态 稳定态荧光辐射（二次X射线）。 该二次X射线的波长完全取决于物质中的原子类型，入射线可为单色，也可为白色。 若测定该二次射线的波长，即可得到物质的化学组成-XRF原理(X-Ray Fluo
23、rescence spectrometer )。 但在X射线衍射分析中，荧光辐射是有害的，因为它增大了衍射花样的背底。49（2）俄歇效应）俄歇效应X荧光荧光入射X射线光电子俄歇电子50 俄歇电子的能量也是特定的，与物质的种类有关，俄歇电子的能量也是特定的，与物质的种类有关，而与入射而与入射X X射线无关，因此，检测俄歇电子可得到元素的射线无关，因此，检测俄歇电子可得到元素的信息。信息。AESAES原理原理( (Auger Electron SpectrometryAuger Electron Spectrometry) )。俄歇电子的能量：俄歇电子的能量：EKLL=EK-EL-EL被电离的电子
24、被电离的电子跃迁的电子跃迁的电子变成变成Auger电子的电子电子的电子 俄歇电子的能量只取决于原子本身，而与激发光源无俄歇电子的能量只取决于原子本身，而与激发光源无关，因此一般的俄歇电子谱仪采用关，因此一般的俄歇电子谱仪采用电子束作为光源电子束作为光源( (电子束电子束能量高，且容易聚焦，因此空间分辨率高能量高，且容易聚焦，因此空间分辨率高) )。 各种元素的俄歇电子能量各种元素的俄歇电子能量 1414号以前的元素，采号以前的元素，采用用KLLKLL俄歇电子俄歇电子 14-4214-42：LMMLMM俄歇电子俄歇电子 4242号以后的元素：号以后的元素：MNNMNN或或MNOMNO俄歇电子俄歇
25、电子平均俄歇电子产额随原子序数的变化平均俄歇电子产额随原子序数的变化52X荧光产额荧光产额与与俄歇电子产额俄歇电子产额之间满足之间满足 +=1 一般地，较轻的元素，产生俄歇电子的几率较大，一般地，较轻的元素，产生俄歇电子的几率较大，而较重的元素则产生而较重的元素则产生X荧光的几率较大。荧光的几率较大。53 因此，俄歇电子谱仪对轻元素的分析更为有因此，俄歇电子谱仪对轻元素的分析更为有效。因为俄歇电子的能量较低效。因为俄歇电子的能量较低, ,故只能做样品表面故只能做样品表面轻或超轻元素。轻或超轻元素。例Cr-Mo-V合金的俄歇电子图谱(括号内为电子能量eV)（3 3）热效应）热效应当当X X射线照
26、射到物质上时，可导致电子运射线照射到物质上时，可导致电子运动速度或原子振动速度加快，部分入射动速度或原子振动速度加快，部分入射X X射射线的能量将转变为热能，从而产生热效应。线的能量将转变为热能，从而产生热效应。55入射入射X射线射线强度强度I0散射散射X射线射线相干相干非相干非相干电子电子反冲电子反冲电子俄歇电子俄歇电子光电子光电子荧光荧光X射线射线透射透射X射线衰减后的强度射线衰减后的强度I热能热能康普顿效应康普顿效应光电效应光电效应俄歇效应俄歇效应56573.3.3 X3.3.3 X射线的衰减规律射线的衰减规律 X X射线照射物质后，与物质作用产生散射与射线照射物质后，与物质作用产生散射
27、与真吸收，强度将被衰减。真吸收，强度将被衰减。X X射线衰减主要是由射线衰减主要是由真吸收造成的，散射只占很小的一部分。在研真吸收造成的，散射只占很小的一部分。在研究究X X射线的衰减规律时，一般都忽略散射部分射线的衰减规律时，一般都忽略散射部分的影响。的影响。 （1）X射线的衰减规律X射线穿过物体时强度的减弱（dI)与原始X射线的强度（I）和穿过物体的厚度（dx)成正比。即：dI Idx则： Ix=I0exp(- x) I0入射光的强度； Ix透射光的强度; x物质厚度(cm)； Ix/I0 透射系数; 衰减系数（cm-1)。由公式可知，X射线通过物质时，按指数规律迅速衰减。58（2）吸收系
28、数）吸收系数a.线吸收系数线吸收系数X射线强度的衰减是通过散射和吸收两种方式进射线强度的衰减是通过散射和吸收两种方式进行的。所以有：行的。所以有： +， 衰减系数衰减系数;散射系数；散射系数；吸收系数。吸收系数。由于散射很小，由于散射很小，常被忽略，故：常被忽略，故： 因此，因此， 以后通常将以后通常将称为线吸收系数。称为线吸收系数。59 当x=1cm时， ln(I0/I1) 因此，线吸收系数的定义为：沿穿越方向单位长度（1cm）时X射线强度衰减的程度。b.质量吸收系数质量吸收系数由于吸收系数由于吸收系数随物质的密度而变化，为此引入质量吸收随物质的密度而变化，为此引入质量吸收系数。令：系数。令
29、： m= /m质量吸收系数质量吸收系数; 为物质的密度为物质的密度(g/cm3)。因此，因此， m的定义为：的定义为：X射线通过质量为射线通过质量为1克的物质时的衰克的物质时的衰减程度。减程度。 m不随物质的密度而变化，故在实验室常被采用。不随物质的密度而变化，故在实验室常被采用。 m也是对一定元素及一定波长的也是对一定元素及一定波长的X射线为常数。射线为常数。质量衰减规律变为：质量衰减规律变为：Ix=I0exp(- m x)60c.复杂物质的质量吸收系数复杂物质的质量吸收系数当物质不是单一元素，而是由两种以上元素组当物质不是单一元素，而是由两种以上元素组成的复杂物质（化合物、固溶体或机械混合
30、物等）成的复杂物质（化合物、固溶体或机械混合物等）时，其吸收由所照射物质原子本身的性质决定，时，其吸收由所照射物质原子本身的性质决定，而与原子间的结合方式无关。其质量吸收系数如而与原子间的结合方式无关。其质量吸收系数如下计算：下计算：mW1 m1+W2 m2+ W3 m3+W1，2，3， 各种成分的质量分数各种成分的质量分数;m1，2，3， 各种成分的质量吸收系数各种成分的质量吸收系数。61（3）质量吸收系数与波长）质量吸收系数与波长及原子序数及原子序数Z的关系的关系一般来说，当吸收物质一定时，一般来说，当吸收物质一定时，X射线的波长愈射线的波长愈长愈容易被吸收；当波长一定时，吸收体的原子序长
31、愈容易被吸收；当波长一定时，吸收体的原子序数愈高，数愈高，X射线被吸收的愈多。实验表明，射线被吸收的愈多。实验表明，m与波长与波长（）、原子序数（）、原子序数（Z）之间的关系如下：）之间的关系如下：m = K 3 Z3 K为常数，在不同的吸收限区间，为常数，在不同的吸收限区间，k为恒定的值。为恒定的值。如当如当K时，时，K0.0009。62由于K值不同，因此， m呈台阶状跳跃。Pt（Z78）的m随入射X射线波长的变化 （1） 元素恒定，即原子核外电子的结合能恒定。当入入 ，则E入入 ，当E入入 EL时，则E入全部被电子吸收，产生光电效应和荧光辐射。表现为m 突然突然 。当入入继续继续 ， E入
32、入 ，但不足以激发K层电子，则激发L层发生的光电效应和荧光辐射吸收的能量E吸吸不变，因此，相对地衰减 ，表现为吸收系数 。当入入继继续续 ， E入入 ，到E入入 EK时，同理。63m = K 3 Z3 对CuK(=1.54178）的m随原子序数的变化 （2） 恒定，即E入恒定。当Z ，原子核外电子的结合能E 。当EZ1L=E入，同上可知m 突然突然，当，当Z 继续 ，原子核外电子的结合能EZnL ， 因此E入EZnL ，而同时E入EZmK时，激发L层的光电效应所需的能量 ,即X射线的衰减减弱，则m ；当EZmK E入，光电效应增强，K系被激发， m 突然突然。64m = K 3 Z3 65当沿
33、同一方向的两条光路上存在m = k 3 Z3不同的两种物质时， m和I均不相同。由此可进行生物体透视和工业生产中产品探伤研究。（4）X射线吸收效应的应用射线吸收效应的应用（1）吸收限的应用a.靶材的选择 在晶体X射线结构分析时，要求入射X射线尽可能减少激发试样荧光辐射，以降低衍射背底，使衍射图像或曲线清晰。因此，入射X射线的波长应略长于试样的吸收限k。换言之，就是要求靶材的原子序数比试样的原子序数稍小或者大很多。这样，产生的入射X射线通过试样时不产生荧光辐射或荧光辐射影响很小，相对衍射背底也低的多，图像清晰。66靶材的选择：靶材的选择：Z靶靶 Z样样+1 或或Z靶靶 Z样样。如果试样中含有多种
34、元素，应在含量较多的几如果试样中含有多种元素，应在含量较多的几种元素中以原子序数最轻的元素来选择靶材。种元素中以原子序数最轻的元素来选择靶材。 注意：这种选择靶材的方法仅从减少荧光辐射注意：这种选择靶材的方法仅从减少荧光辐射的的方面考虑。实际中，靶材选择还要考虑其它的的方面考虑。实际中，靶材选择还要考虑其它因素。因素。6768常用的靶有常用的靶有CuCu、CrCr、FeFe、CoCo、MoMo、AgAg，其中，其中CuCu靶用的最多，靶用的最多，CuCu的的K K 波长为中波长为中等程度，对一般材料均是合适的波长。但对以等程度，对一般材料均是合适的波长。但对以下材料下材料:Fe(26):Fe(
35、26)、Co(27)Co(27)、Ni(28),Ni(28),在在CuKaCuKa射射线照射下，吸收比较大，即产生较多的荧光散线照射下，吸收比较大，即产生较多的荧光散射，因此对于含大量这些元素的物质，衍射效射，因此对于含大量这些元素的物质，衍射效果不好。果不好。解决方法：换解决方法：换FeKa,FeKa,波长波长1.9374A1.9374A。b.滤波片K系特征谱线有两个：K、K两条线，它们在晶体衍射中会产生两套衍射花样或衍射峰，使分析复杂化，因此，可选择一种合适的材料，使其吸收限刚好位于K与K之间。将此材料制成薄片（滤波片），置于入射线束或衍射线束光路中，滤片将强烈吸收K射线，这样，可得到基本
36、单色的K射线,增强K的强度 。6970滤波片原子序数的选取：滤波片原子序数的选取：当当Z Z靶靶404040时，时，Z Z滤滤 Z Z靶靶2 271（2 2）薄膜厚度测定）薄膜厚度测定72A BIIllOO(a)(b)薄膜测厚度的原理显然，（a）与（b）中反射X射线（实际是衍射）的强度不同。根据X射线的吸收原理，可证明无薄膜基片的反射强度I与有薄膜基片的反射强度Il之间的关系为： Il=Iexp- l(1/sin+1/sin) 则，l= (1/sin+1/sin) -1ln(I/Il) 、 、 为已知，I、Il可通过实验测得，代入可计算出薄膜的厚度l。7374作业（三）作业（三）1.1.以以C
37、uCu靶为例，简述靶为例，简述K1K1、K2K2、KK射线的产生原理。射线的产生原理。2.2.试论述物质对于试论述物质对于X X射线的吸收（吸收系数与原子序数、波射线的吸收（吸收系数与原子序数、波长的关系）长的关系）3.3. 当激发当激发L L系特征系特征X X射线时，能否同时产生射线时，能否同时产生K K特征特征X X射线？反射线？反之，当激发之，当激发K K系特征系特征X X射线时，能否同时产生射线时，能否同时产生L L系特征系特征X X射射线？为什么线？为什么? ?4.4. 解释为什么会有吸收边。解释为什么会有吸收边。K K吸收边为什么只有一个，而吸收边为什么只有一个，而L L系吸收边却
38、有三个？系吸收边却有三个？5.5. 试论述试论述XRD, EPMA, XPS, XRF, AESXRD, EPMA, XPS, XRF, AES几种测试分析原几种测试分析原理之间的联系。理之间的联系。756.已知，钼的已知，钼的K吸收限吸收限k0.619，钴的，钴的K激发电压激发电压Uk7.71kV，分别计算计算钼的，分别计算计算钼的K激发电压和钴的激发电压和钴的K吸收限。吸收限。7.计算空气对计算空气对CrK的质量吸收系数的质量吸收系数.（假设空气中只有质（假设空气中只有质量分数量分数80%和和20%的氧，空气的密度为的氧，空气的密度为1.29103g/com3),已知已知N的的m=23.9cm2/g，O的的m=36.6cm2/g.8.对波长为对波长为1.54的的X射线，铝的吸收系数射线，铝的吸收系数1.32104m-1，铅的吸收系数铅的吸收系数2.61105m-1，要和，要和1mm厚的铅层得到厚的铅层得到同样的防护效果，铝板的厚度应为多大？同样的防护效果，铝板的厚度应为多大？
