材料分析方法第一章优质PPT.ppt
- 文档编号:15555816
- 上传时间:2022-11-04
- 格式:PPT
- 页数:63
- 大小:1.29MB
材料分析方法第一章优质PPT.ppt
《材料分析方法第一章优质PPT.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《材料分析方法第一章优质PPT.ppt(63页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
引引言言伟大的物理学家,X射线发明者-伦琴右图是纪念伦琴发现右图是纪念伦琴发现XX射线射线100100周年发行的纪周年发行的纪念封念封在在X射线发现后几个月医生就用它来为病人服务射线发现后几个月医生就用它来为病人服务.X射线照相术的应用:
是在对其所应用的辐射无任何明确理解的情况下创始的。
但由于分辨率的关系,仅可用来揭露大小在10-1cm的数量级的内部细节。
1912年,劳厄的实验指出:
(1)X射线是波长极短的电磁波,与晶体中原子间距离同数量级;
(2)晶体由原子(或原子团)在三维空间周期性重复排列而成。
Fridrich和Kniping用X射线照硫酸铜单晶,观察到衍射花样,证实了劳厄的思想。
劳厄的发现,证明了X射线是波的一种,有其波动性,同时又证明了晶体结构的周期性,而衍射则和射线照相术不同,它能间接地揭露大小达到10-8cm数量级的内部结构细节。
金属的许多性能与这样的精细结构密切相关。
X射线的发现和应用使人们对晶体的认识从光镜的微米级深入到纳米数量级。
第一节第一节X射线的本质射线的本质X射射线线、可可见见光光和和紫紫外外线线同同其其它它基基本本粒粒子子一一样样,同同时时具具有有波波粒粒二二象象性:
性:
它它的的波波动动性性主主要要表表现现为为以以一一定定的的频频率率和和波波长长在在空空间间转转播播,反反映映了物质运动的连续性;
了物质运动的连续性;
它它的的微微粒粒性性主主要要表表现现为为以以光光子子形形式式辐辐射射和和吸吸收收时时具具有有一一定定的的质质量、能量和动量,反映了物质运动的分立性。
量、能量和动量,反映了物质运动的分立性。
描述描述X射线的波动性的参量频率射线的波动性的参量频率,波长波长与描述粒子性的参与描述粒子性的参量能量量能量、动量动量P之间存在下述关系之间存在下述关系:
h普朗克常数,等于普朗克常数,等于6.62510-34Jscx射线的速度,等于射线的速度,等于2.998108m/s由此可见,由此可见,X射线的波长较可见光短的多,所以能量和动量很射线的波长较可见光短的多,所以能量和动量很大,具有很强的穿透能力。
大,具有很强的穿透能力。
XX射射线线的的强强度度是是衍衍射射波波振振幅幅的的平平方方(),也也是是单单位位时时间间内内通通过单位截面的光量子数目。
过单位截面的光量子数目。
第二节第二节X射线的产生射线的产生X射线被发现以后,进一步的研究表明,凡是高速运动的带电粒子射线被发现以后,进一步的研究表明,凡是高速运动的带电粒子被突然减速时便能产生被突然减速时便能产生X射线。
实际用于获得射线。
实际用于获得X射线的带电粒子是射线的带电粒子是电子。
因此,为了获得电子。
因此,为了获得X射线必须具备以下几个基本条件:
射线必须具备以下几个基本条件:
(1)产生自由电子的电子源:
加热钨丝发射热电子;
产生自由电子的电子源:
(2)使电子作定向高速运动:
阴极和阳极之间的高压;
使电子作定向高速运动:
阴极:
钨丝;
阳极:
靶,使电子突然减速并发射阳极:
靶,使电子突然减速并发射X射线的地方。
射线的地方。
常用靶材主要有:
Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ag、W等,软等,软X射线装置射线装置中常用中常用Al靶。
靶。
(3)设置自由电子撞击靶子:
在其运动的路径上设置一个障碍设置自由电子撞击靶子:
在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速。
物使电子突然减速。
(4)阴极封闭在高真空中,真空度为阴极封闭在高真空中,真空度为10-3Pa,使电子的运动无使电子的运动无阻力。
阻力。
图图2X射线产生示意图射线产生示意图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)过程演示第三节第三节X射线谱射线谱由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。
X射线强度与波长的关系曲线,称之射线强度与波长的关系曲线,称之X射线谱。
射线谱。
一、连续一、连续X射钱谱射钱谱指当加在指当加在X射线管两端的电压未超过一定数值时,所产生的射线管两端的电压未超过一定数值时,所产生的X射线的波长是在一定范围内连续分布的,它包含着从某一个短波限射线的波长是在一定范围内连续分布的,它包含着从某一个短波限开始的全部波长,强度连续的随波长而变化。
开始的全部波长,强度连续的随波长而变化。
特点:
x射线波长从一最小值射线波长从一最小值00向长波方向伸展,强度在向长波方向伸展,强度在m此此处有一最大值。
这种强度随波长连续变化的谱线称连续处有一最大值。
这种强度随波长连续变化的谱线称连续X射线谱。
短射线谱。
短波限:
波限:
0称为该管电压下的短波限。
称为该管电压下的短波限。
产生机理能量为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hv的光子,这样的光子流即为X射线射线。
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,因此出现连连续续X射线谱射线谱。
K态(击走K电子)L态(击走L电子)M态(击走M电子)N态(击走N电子)击走价电子中性原子WkWlWmWn0原子的能量连续X射线产生过程电子冲击阳级靶X射线射出演示过程(回车键演示)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X射线的强度X射线的强度是指行垂直X射线传播方向的单位面积上在单位时间内所通过的光光子子数数目目的能能量量总总和和。
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。
连续X射线谱中每条曲线下的面积表示连续X射线的总强度。
也是阳极靶发射出的X射线的总能量。
图1-7实验证明,I与管电流、管电压、阳极靶的原子序数存在如下关系:
且X射线管的效率为:
二、二、特征特征(标识标识)X)X射线谱射线谱特征特征xx射线射线:
由特征由特征xx射线构成的射线构成的xx射线谱射线谱;
当加于当加于xx射线管两端的电压增高到与阳极靶材相应的某一特定值射线管两端的电压增高到与阳极靶材相应的某一特定值UUkk时时,在连续增加的某些特定的波长位置上在连续增加的某些特定的波长位置上(0.063nm(0.063nm和和0.071nm)0.071nm),会出现一系列强度很高、波长范围很窄的线状光谱,图会出现一系列强度很高、波长范围很窄的线状光谱,图55为为35kV35kV的的谱线谱线.特征特征xx射线射线:
改变管电流、管电压,这些谱线只改变强度而峰的位置改变管电流、管电压,这些谱线只改变强度而峰的位置所对应的波长不变、即波长只与靶的原子序数有关,与电压无关。
所对应的波长不变、即波长只与靶的原子序数有关,与电压无关。
这种强度峰的波长反映了物质的原子序数特征这种强度峰的波长反映了物质的原子序数特征.谱线特点:
谱线特点:
(11)特征)特征xx射线波长为一定值射线波长为一定值(22)特征)特征xx射线的产生条件中有一个临界激发电压;
射线的产生条件中有一个临界激发电压;
(33)KK线比线比KK线的波长长,同一元素的各谱线之间的强度比例线的波长长,同一元素的各谱线之间的强度比例大体上固定不变。
大体上固定不变。
特征特征xx射线谱产生的机理:
与阳极靶物质的原子结构紧密相关。
射线谱产生的机理:
(1)
(1)特征特征XX射线波长为一定值的原因。
射线波长为一定值的原因。
如图如图66所示,原子系统中的电于遵从泡利不相容原理不连续地所示,原子系统中的电于遵从泡利不相容原理不连续地分布在分布在KK,LL,MM,NN,等不同能级的壳层上,各壳层的能量由里到等不同能级的壳层上,各壳层的能量由里到外逐渐增加外逐渐增加KLMKL由于能量差与波长由于能量差与波长AA成成反比反比,故故另外,由图另外,由图77可见,可见,K1K1线要比线要比KK线的强度大线的强度大55倍左右,这是因为倍左右,这是因为电子由电子由LKLK层跃迁的几率比由层跃迁的几率比由MKMK层跃迁的几率大层跃迁的几率大55倍左右。
倍左右。
由由图图77可可见见,KK11线线要要比比KK线线的的强强度度大大55倍倍左左右右,这这是是因因为为电电子子由由LKLK层层跃跃迁迁的的几几率率比比由由MMKK层层跃跃迁的几率大迁的几率大55倍左右。
由由于于同同一一壳壳层层还还有有精精细细结结构构,其其能能量量差差固固定定,所所以以同同一一壳壳层层上上的的电电子子并并不不处处于于同同一一能能量量状状态态,而而分分属属于于若若干干个个亚亚能能级级。
如如LL层层88个个电电子子分分届届于于LL,LL,LL三三个个亚亚能能级级,MM层层的的1818个个电电子子分分属属五五个个亚亚能能级级等等。
不不同同亚亚能能级级上上电电子子跃跃迁迁会会引引起起特特征征波波长长的的微微小小差差别别。
实实验验证证明明,KK是是由由LL上上的的44个个电电子子和和LL上上的的33个个电电子子向向KK壳壳层层跃跃迁迁时时辐辐射射出出来来的的两两根根谱谱线线(称称为为KK11和和KK22双双线线)组组成成的的,如如图图77所所示示。
又又由由于于LKLK跃跃迁迁几几率率较较LLKK的的大大一一倍倍,所所以以组组成成KK的两条线的强度比为的两条线的强度比为小结连续谱连续谱(软软X射射线线)高速运动的高速运动的粒子能量转粒子能量转换成电磁波换成电磁波谱图特征谱图特征:
强度随波长强度随波长连续变化连续变化是衍射分析的是衍射分析的背底背底;
是医学采用的是医学采用的特征谱特征谱(硬硬X射射线线)高能级电子高能级电子回跳到低能回跳到低能级多余能量级多余能量转换成电磁转换成电磁波波仅在特定波仅在特定波长处有特别长处有特别强的强度峰强的强度峰衍射分析采用衍射分析采用莫塞莱定律标识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:
第四节第四节XX射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用一束一束XX射线通过物质时,它的能量可分为三部分:
射线通过物质时,它的能量可分为三部分:
(1)
(1)一部分被散射一部分被散射;
(2)
(2)一部分被吸收一部分被吸收;
(3)(3)一部分透过物质继续沿原来的方向传播。
透过物质后的射一部分透过物质继续沿原来的方向传播。
透过物质后的射线束由于放射和吸收的影响,强度被衰减。
线束由于放射和吸收的影响,强度被衰减。
一、一、XX射线的散射:
射线的散射:
XX射线被物质散射时,产生两种散射现象:
射线被物质散射时,产生两种散射现象
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 材料 分析 方法 第一章