第1章射线性质优秀课件.ppt

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1、第1章射线性质第1 页，本讲稿共51 页材料：你们最关心的是什么？性能：你认为与哪些因素有关？结构：有哪些检测分析技术？绪论第2 页，本讲稿共51 页 物质的性质、材料的性能决定于它们的组成和微观结构。如果你有一双X 射线的眼睛，就能把物质的微观结构看个清清楚楚明明白白！X 射线衍射将会有助于你探究为何成份相同的材料，其性能有时会差异极大.X 射线衍射将会有助于你找到获得预想性能的途径。第3 页，本讲稿共51 页1、衍射分析技术的发展 与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单 第4 页，本讲稿共51 页 第一章 X 射线性质 返回目录第5 页，本讲稿共51 页 1-1 X 射线的本质；1

2、-2 X 射线的产生；1-3 X 射线谱；1-4 X 射线与物质相互作用；1-5 X 射线的探测与防护；返回第6 页，本讲稿共51 页电磁波谱第7 页，本讲稿共51 页1-1 X 射线的本质 X 射线的本质是电磁辐射，与可见光完全相同，仅是波长短而已，因此具有波粒二像性。(1)波动性;(2)粒子性。第8 页，本讲稿共51 页波动性 X 射线的波长范围：0.01100 表 现 形 式：在 晶 体 作 衍 射 光 栅观 察 到 的X 射 线 的 衍 射 现 象，即证明了X 射线的波动性。第9 页，本讲稿共51 页 硬X射线：波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相

3、分析。软X射线：波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱，可用于分析非金属的分析。X射线波长的度量单位常用埃（）或晶体学单位（kX）表示；第10 页，本讲稿共51 页粒子性 特 征 表 现 为 以 光 子 形 式 辐 射 和 吸 收 时 具 有 的 一 定的质量、能量和动量。表 现 形 式 为 在 与 物 质 相 互 作 用 时 交 换 能 量。如 光电效应；二次电子等。X 射 线 的 频 率、波 长 以 及 其 光 子 的 能 量、动 量p之间存在如下关系：式 中 h普 朗 克 常 数，等 于 6.625 J.s;cX 射线的速度，等于2.998 cm/s.第1 1 页，本讲稿共51 页相关习题

4、：1.试 计 算 波 长 0.71A（Mo-K）和1.54A（Cu-K）的X 射 线 束，其 频 率和每个量子的能量？解答第12 页，本讲稿共51 页1-2 X 射线的产生(1)产生原理；(2)产生条件；(3)过程演示；(4)X 射线管；(5)其它X 射线装置。第13 页，本讲稿共51 页产生原理 高 速 运 动 的 电 子 与 物 体 碰 撞 时，发 生 能量 转 换，电 子 的 运 动 受 阻 失 去 动 能，其中 一 小 部 分（1 左 右）能 量 转 变 为X 射线，而 绝 大 部 分（99 左 右）能 量 转 变成热能使物体温度升高。第14 页，本讲稿共51 页产生条件 1.产生自由

5、电子；2.使电子作定向的高速运动;3.在 其 运 动 的 路 径 上 设 置 一 个 障 碍 物使电子突然减速或停止。第15 页，本讲稿共51 页接变压器玻璃钨灯丝金属聚灯罩铍窗口金属靶冷却水电子X 射线X 射线X 射线管剖面示意图（回车键演示）过程演示第16 页，本讲稿共51 页 X 射线管 1.X 射线管的结构；图；2.特殊构造的X 射线管；3.市场上供应的种类。第17 页，本讲稿共51 页 X 射线管的结构 封闭式X 射线管实质上就是一个大的真空（）二极管。基本组成包括：(1)阴极：阴极是发射电子的地方。(2)阳极：亦称靶，是使电子突然减速和发射X 射线的地方。第18 页，本讲稿共51

6、页(3)窗口：窗口是X 射线从阳极靶向外射出的地方。(4)焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方，正是从这块面积上发射出X 射线。第19 页，本讲稿共51 页特殊构造的X 射线管；(1)细聚焦X 射线管；(2)旋转阳极X 射线管。第20 页，本讲稿共51 页1-3 X 射线谱 由X 射线管发射出来的X 射线可以分为两种类型：(1)连续X 射线；(2)标识X 射线。第21 页，本讲稿共51 页连续X 射线 具 有 连 续 波 长 的X 射 线，构 成 连 续X 射 线 谱，它和 可 见 光 相 似，亦 称 多色X 射线。产生机理；演示过程；短波限；X 射线的强度。第22 页，本讲稿共51 页产

7、生机理 能量为eV 的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为h 的光子，这样的光子流即为X 射线。单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X 射线谱。第23 页，本讲稿共51 页短波限 连 续X 射 线 谱 在 短 波 方 向 有 一 个 波 长 极 限，称 为短 波 限0.它 是 由 光 子 一 次 碰 撞 就 耗 尽 能 量 所 产 生的X 射 线。它 只 与 管 电 压 有 关，不 受 其 它 因 素 的影响。相互关系为：式 中e 电 子 电 荷，等 于 静 电 单

8、 位；V 电 子 通 过 两 极 时 的 电 压 降（静 电 单 位）；h普朗克常数，等于第24 页，本讲稿共51 页X 射线的强度 X 射 线 的 强 度 是 指 垂 直X 射 线 传 播 方 向 的单 位 面 积 上 在 单 位 时 间 内 所 通 过 的 光 子数目的能量总和。常用的单位是J/cm2.s.X 射 线 的 强 度I 是 由 光 子 能 量hv和 它 的 数目n两 个 因 素 决 定 的,即I=nhv.连 续X 射 线强度最大值在1.50,而不在0处。第25 页，本讲稿共51 页标识X 射线 是在连续谱的基础上叠加若干条具有一定波长的谱线，它和可见光中的单色相似，亦称单色X

9、射线。1.标识X 射线的特征;2.产生机理;3.过程演示;4.K 系激发机理;5.莫塞莱定律；6.标识X 射线的强度特征。第26 页，本讲稿共51 页标识X 射线的特征 当 电 压 达 到 临 界 电 压 时，标 识 谱 线 的波 长 不 再 变，强 度 随 电 压 增 加。如 钼靶K 系 标 识X 射 线 有 两 个 强 度 高 峰 为K和K，波长分别为0.71A 和0.63A.第27 页，本讲稿共51 页标识X 射线的特征 第28 页，本讲稿共51 页产生机理 1.阳极靶原子的内层电子被击出时，于是在低能级上出现空位，2.系统能量升高，处于不稳定激发态。3.较高能级上的电子向低能级上的空位

10、跃迁，并以光子的形式辐射出标识X 射线谱。第29 页，本讲稿共51 页K 系激发机理 K 层 电 子 被 击 出 时，L 层 电 子 填 充 空 位 时，产生K辐射；M 层 电 子 填 充 空 位 时产生K辐射。第31 页，本讲稿共51 页 由 能 级 可 知K辐 射 的 光 子 能 量 大 于K的能 量，但K 层 与L 层 为 相 邻 能 级，故L 层电 子 填 充 几 率 大，所 以K的 强 度 约 为K的5倍。产 生K 系 激 发 要 阴 极 电 子 的 能 量eVk 至 少等 于 击 出 一 个K 层 电 子 所 作 的 功Wk。Vk就是激发电压。K 系激发机理 第32 页，本讲稿共5

11、1 页莫塞莱定律 标 识X 射 线 谱 的 频 率 和 波 长 只 取 决 于 阳 极靶 物 质 的 原 子 能 级 结 构，是 物 质 的 固 有特性。且存在如下关系：莫 塞 莱 定 律：标 识X 射 线 谱 的 波 长 与 原子序数Z 关系为：第33 页，本讲稿共51 页标识X 射线的强度特征 K 系标识X 射线的强度与管电压、管电流的关系为：当I标/I连最大，工作电压为K 系激发电压的35 倍时，连续谱造成的衍射背影最小。第34 页，本讲稿共51 页1-4 X 射线与物质相互作用 一 束X 射 线 通 过 物 质 时，可分为三部分：一部分被散射，一部分被吸收 一 部 分 透 过 物 质

12、继 续沿原来的方向传播。X 射线的散射；X 射线的吸收；X 射线的衰减规律；吸收限的应用；X 射线的折射；总结。第35 页，本讲稿共51 页X 射线的散射 X 射线被物质散射时，产生两种现象：相干散射；非相干散射。第36 页，本讲稿共51 页相干散射 物质中的电子在X 射线电场的作用下，产生强迫振动。这样每个电子在各方向产生与入射X 射线同频率的电磁波。新的散射波之间发生的干涉现象称为相干散射。第37 页，本讲稿共51 页非相干散射 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。非相干散射突出地表现出X射线的微粒特

13、性，只能用量子理论来描述，亦称量子散射。它会增加连续背影，给衍射图象带来不利的影响，特别对轻元素。第38 页，本讲稿共51 页X 射线的吸收 物 质 对X 射 线 的 吸 收 主 要是 由 原 子 内 部 的 电 子 跃 迁而引起的。这 个 过 程 中 发 生X 射 线 的光电效应和俄歇效应。光电效应；俄歇效应。第39 页，本讲稿共51 页X 射线的衰减规律 当 一 束X 射 线 通 过 物 质 时，由 于 散 射 和 吸收 的 作 用 使 其 透 射 方 向 上 的 强 度 衰 减。衰 减 的 程 度 与 所 经 过 物 质 中 的 距 离 成 正比。式第40 页，本讲稿共51 页质量衰减系

14、数m 表示单位重量物质对X 射线强度的衰减程度。质量衰减系数与波长和原子序数Z 存在如下近似关系：K 为常数 m随 的变化是不连续的其间被尖锐的突变分开。突变对应的波长为K 吸收限。第41 页，本讲稿共51 页光电效应 以X 光子激发原子所发生的激发和辐射过程。被击出的电子称为光电子，辐射出的次级标识X 射线称为荧光X 射线。产生光电效应，X 射线光子波长必须小于吸收限k。第42 页，本讲稿共51 页俄歇效应 原子在入射X 射线光子或电子的作用下失掉K 层电子，处于K 激发态；当L 层电子填充空位时，放出K-L能量，产生两种效应：(1)荧光X 射线；(2)产生二次电离，使另一个核外电子成为二次

15、电子俄歇电子。第43 页，本讲稿共51 页光电效应与俄歇效应第44 页，本讲稿共51 页吸收限的应用 吸收限主要是由光电效应引起的：当X射线的波长等于或小于时光子的能量E到击出一个K层电子的功W，X射线被吸收，激发光电效应。使m突变性增大。吸收限与原子能级的精细结构对应。如L系有三个副层，有三个吸收限。第45 页，本讲稿共51 页 滤波片的选择:(1)它的吸收限位于辐射源的K和K 之间，且尽量靠近K。强烈吸收K，K吸收很小；(2)滤波片的以将K强度降低一半最佳。Z靶40时 Z滤片=Z靶-2；阳极靶的选择:（1）阳极靶K波长稍大于试样的K吸收限；（2）试样对X射线的吸收最小。Z靶Z试样+1。吸收

16、限的应用 第46 页，本讲稿共51 页 X 射线的折射 X 射线从一种介质进入另一种介质产生折射，折射率M 非常接近1,M 约为0.999990.999999。第47 页，本讲稿共51 页X 射线与物质相互作用的总结热能透射X 射线衰减后的强度I0散射X 射线电子荧光X 射线相干的非相干 的反冲电子俄歇电子光电子康普顿效应俄歇效应 光电效应第48 页，本讲稿共51 页1-5 X 射线的探测与防护（1)X 射线的探测；（2）X 射线的安全防护。第49 页，本讲稿共51 页X 射线的探测 荧光屏法；照相法；辐射探测器法：X 射线光子对气体和某些固态物质的电离作用可以用来检查X 射线的存在与否和测量

17、它和强度。按照这种原理制成的探测X 射线的仪器电离室和各种计数器。工作原理在第7章介绍。第50 页，本讲稿共51 页X 射线的安全防护 X 射线设备的操作人员可能遭受电震和辐射损伤两种危险。电 震 的 危 险 在 高 压 仪 器 的 周 围 是 经 常 地 存 在 的，X 射 线 的阴 极 端 为 危 险 的 源 泉。在 安 装 时 可 以 把 阴 极 端 装 在 仪 器台面之下或箱子里、屏后等方法加以保证。辐 射 损 伤 是 过 量 的X 射 线 对 人 体 产 生 有 害 影 响。可 使 局 部 组 织灼 伤，可 使 人 的 精 神 衰 颓、头 晕、毛 发 脱 落、血 液 的 组 成 和 性能 改 变 以 及 影 响 生 育 等。安 全 措 施 有：严 格 遵 守 安 全 条 例、配带笔状剂量仪、避免身体直接暴露在X 射线下。第51 页，本讲稿共51 页