《材料测试技术及方法》课程教学资源（实验讲稿）03 第一章 材料测试技术基础知识 电磁辐射与材料的相互作用+X射线的产生及其与物质的相互作用 第3次课 2学时

第三节 X射线的产生及其与物质的相互作用 X射线衍射分析、X射线荧光分析、X射线光电 子能谱分析和X射线激发俄歇能谱分析等材 料分析方法均以X射线为信号源。 】一、X射线的产生与X射线谱 刀二、X射线与物质的相互作用 刀三、X射线的衰减 刀四、X射线的防护

1 第三节 X射线的产生及其与物质的相互作用 X射线衍射分析、X射线荧光分析、X射线光电 子能谱分析和X射线激发俄歇能谱分析等材 料分析方法均以X射线为信号源。 ♫一、X射线的产生与X射线谱 ♫二、X射线与物质的相互作用 ♫三、X射线的衰减 ♫四、X射线的防护

X射线的产生与X射线谱 1.源X射线的产生 旁热式阴极发射的电子在电场作用下 飞向阳极，电子打在阳极上就产生X射线。 2

2 一、X射线的产生与X射线谱 1.源X射线的产生

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X射线波长因高压的不同而异： ▣☐0.1m▣1A 硬X射线 ☐0.1nm☐1A 软X射线 X射线的性质： 1)X射线能使照相底片感光： 2)X射线有很大的贯穿本领； 3)X射线能使某些物质的原子、分子电离： 4)X射线是不可见光，它能使某些物质发出可 见光的荧光； 5)X射线本质上是一种电磁波，因此它具有反 射、折射、衍射、偏振等性质

5 X射线波长因高压的不同而异： X射线的性质： 1）X射线能使照相底片感光； 2）X射线有很大的贯穿本领； 3）X射线能使某些物质的原子、分子电离； 4）X射线是不可见光，它能使某些物质发出可 见光的荧光； 5）X射线本质上是一种电磁波，因此它具有反 射、折射、衍射、偏振等性质。 硬X射线 软X射线

X射线由两部分构成，一部分波长连续变化， 称为连续谱；另一部分波长是分立的，与靶材料 有关，成为某种材料的标识，所以称为标识谱， 又叫特征谱-它迭加在连续谱上。 龈。 20KV 30KV 40KV 50KV 同素不同压同压不同素

6 X射线由两部分构成，一部分波长连续变化， 称为连续谱；另一部分波长是分立的，与靶材料 有关，成为某种材料的标识，所以称为标识谱， 又叫特征谱-它迭加在连续谱上

2、连续X射线光谱 a c 92U 50 mA 电子→靶原子，产生连续的 电磁辐射，连续的X射线光谱（韧 40 致辐射)； 30 增加，则I(A)上移，但入不变； 20 V增加，则，减小，且I(A)曲线 0 上移： 0.010.050.10.15 nm 、靶材原子序数(z)增加，也使 图 X射线管电流、电压和靶材的改变对连续光谱的影响 I(A)上移，且入不变. (a)管压，靶材（原子序数Z)固定时，连续光谱强度Ici (b)管流、靶材（原子序数Z)固定时，连续光谱强度IcU (C)管压，管流固定时，连续光谱强度IcZ Im□KZiU2

7 2、连续X射线光谱 电子→靶原子，产生连续的 电磁辐射，连续的X射线光谱(韧 致辐射)； ♣i增加，则I(A)上移，但λ0不变； ♣V增加，则λ0减小，且I(A)曲线 上移； ♣靶材原子序数(z)增加，也使 I(A)上移，且λ0不变．

短波限波长入，的计算 由某一最短波长(，称短波限)开始，强度①对波长连 续分布，即连续x射线是覆盖很大波长范围且连续变 化的电磁辐射 极端的情况：电子与靶材相撞，其能量(V)全部转变 为辐射光子能量，相应有最短波长， ev=hu max =he/1o hc

8 短波限波长λ0的计算 由某一最短波长(λ0，称短波限)开始，强度(I)对波长连 续分布，即连续X射线是覆盖很大波长范围且连续变 化的电磁辐射 极端的情况：电子与靶材相撞，其能量(eV)全部转变 为辐射光子能量，相应有最短波长λ0

3.特征X射线谱 管压达到某一值时，将K层电 子击出，外层电子向层跃迁 产生的X射线统称为系特征辐 射，其中由L层或M层或更外层 电子跃迁产生的X系特征辐射 分别顺序称为K,K,.射线； M,W,.层电子向L层跃迁产 生的谱线分别顺序称为L,L .射线，并统称为L系特征 辐射。M係等依此类推。 特征X射线的产生 辐射的X射线光子能量： hu 1.K=E1-E 9

9 3.特征X射线谱 特征X射线的产生 l 管压达到某一值时，将K层电 子击出，外层电子向K层跃迁 产生的X射线统称为K系特征辐 射，其中由L层或M层或更外层 电子跃迁产生的X系特征辐射 分别顺序称为K￾，K￾， .射线； l M，N， .层电子向L层跃迁产 生的谱线分别顺序称为L￾，L￾ ， .射线，并统称为L系特征 辐射。M系等依此类推。 辐射的X射线光子能量：

特征线波长 特征X射线是在某些特定波长位置出现的叠加在连续谱上 的高而狭仄的谱线. 1 K,L,.系谱线激发电压Vk,VL,不同，有VkV>。 ；同系各谱线按a,B,.波长顺序减少，如kp1k等； 特征谱线位置（波长）仅与靶材☑)有关而与V无关(V>V微发， 继续增加V,仅使谱线强度增加)等.特征谱线波长与物质 原子序数的关系由莫塞莱(Moseley)定律表述，即 c(-s） 式中：c与σ与线系有关的常数.该公式是电子探针和X射线 荧光光谱元素定性分析的基础。 10

10 特征线波长 l 特征X射线是在某些特定波长位置出现的叠加在连续谱上 的高而狭仄的谱线． l K，L，.系谱线激发电压VK，VL，.不同，有VK>VL>. ；同系各谱线按α，β，.波长顺序减少，如λKβV激发， 继续增加V，仅使谱线强度增加)等．特征谱线波长与物质 原子序数的关系由莫塞莱(Moseley)定律表述，即 l 式中：c与σ与线系有关的常数．该公式是电子探针和X射线 荧光光谱元素定性分析的基础