【正文】 。176。在測角儀中，R稱為掃描半徑；圓R 稱為掃描圓或衍射儀圓；軸O稱為測角儀軸。因此，在測角儀中，只需檢測器與樣品以同一轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動，樣品平面與O軸重合；并要求OJ≡R≡O(shè)F；且當樣品表面轉(zhuǎn)過θ度時，檢測器轉(zhuǎn)過2θ度，即檢測器與樣品表面角位移之比為2:1，保證樣品表面在任意的θ位置時OJ 與樣品表面（A39。附近開始增加時，如果有衍射產(chǎn)生，聚焦點J 應(yīng)自 FO 的延線上的P點（OP＝R＝OF，此位置2θ＝0176。代替弧段AB，由此引起聚焦點的發(fā)散和位移并不嚴重。也就是說，要求樣品表面的曲率半徑r要隨θ的不同而改變。它的光路系統(tǒng)采用聚焦型的衍射幾何設(shè)計；一般使用普通的NaI(Tl)閃爍檢測器或正比檢測器以電子學方法進行衍射強度的直接測量；衍射角的測量則通過一臺精密的機械測角儀來實現(xiàn)。由于聚焦法的優(yōu)點并使用晶體單色器，Guinier相機能夠得到分辨力極好的高質(zhì)量的多晶衍射圖。前者軟片作圓柱面狀安放，樣品處于柱面的軸上，X射線垂直柱面軸線射到樣品上（）；而后者軟片作平面式安放，垂直于入射線，位于樣品與射線源之間（背射式）或在入射線穿透樣品之后的光路上（透射式）（）。 照相法照相法采用感光底片作為衍射線方向和強度的感測手段。但是，聚焦型的儀器由于衍射幾何較為復(fù)雜，衍射角的校正也較復(fù)雜；需要樣品的量也較之平行光束型的儀器多。）該圓稱為聚焦圓。 b. 多晶樣品產(chǎn)生的同軸衍射圓錐面族 多晶樣品對“單色”平行X射線束的衍射聚焦型的多晶衍射儀器采用了晶體衍射的聚焦原理。如果樣品是取向完全機遇的足夠微細的晶體粉末，根據(jù)晶體衍射的布拉格公式，我們知道，樣品中同一物相的眾多晶粒中的同一晶面組，若其衍射角為θ，則只有取向恰巧和以入射線為軸，張角為 2θ的錐面平行那些晶粒， 才能產(chǎn)生這一晶面組的衍射。多晶X射線衍射儀器的型式多種多樣，但按其設(shè)計所采用的衍射幾何特點的不同，可分為兩大類型；按其測量X射線的實驗手段來分，也可區(qū)分為兩大類型。粉末狀或塊狀的固態(tài)物質(zhì)，絕大多數(shù)都是多晶物質(zhì)，是許多晶態(tài)或準晶態(tài)物質(zhì)的微細顆粒的聚集體。4. 衍射圖的處理、分析系統(tǒng)。但其構(gòu)成，其基本的組成部分是： 1. Ｘ射線源（通常是Ｘ射線發(fā)生器，見第一章）：提供測量時所需的Ｘ射線（連續(xù)波長或單一波長的Ｘ射線），強度可控制、調(diào)節(jié)。對于X射線： 1 rem＝／千克＝]或三個月不超過3雷姆（考慮到全身被輻照的最壞情況而作的估算）。在使用X射線裝置的地方，要有明確的警告標記，禁止閑人進入。防護X射線可以用各種鉛的或含鉛的制品（如鉛板、鉛玻璃、鉛橡膠板等）或含重金屬元素的制品，如高錫含量的防輻射有機玻璃等。人體受超劑量的X射線照射，輕則燒傷，重則造成放射病乃至死亡。 X射線的防護X射線對人體組織能造成傷害。如此高的動態(tài)范圍使得可以在很短的時間內(nèi)在一塊成像屏上記錄一張完整的X射線衍射圖。因此把這些熒光粉涂在膠片上制成熒光屏就可以把X射線產(chǎn)生的圖像暫時貯存起來。所以可以在極短的（微秒級）的時間內(nèi)同時完成Ｘ射線衍射的強度和方向的測量，高速記錄X射線衍射圖，動態(tài)跟蹤X射線衍射圖的變化。SSD的這些優(yōu)越性能在衍射分析中已引起人們的重視，現(xiàn)在，高能量分辨率的SSD已列為X射線衍射儀基本配置的一種選擇。 Si(Li)檢測器的基本結(jié)構(gòu) 三種X射線檢測器能量分辨力的比較SSD原是為核譜研究而發(fā)展的，有極佳的能量分辨本領(lǐng)，不僅作為射線計數(shù)器用來測量射線的強度，同時也能測量射線的能量。 示出三種檢測器能量分辨率的對比圖。本征區(qū)起著“電離箱”的作用。此外，它和 PC一樣，具有很短的分辨時間（107秒級），因而實際上不必考慮檢測器本身所帶來的計數(shù)損失；它和PC一樣，對晶體衍射用的軟Ｘ射線也有一定的能量分辨力。每次閃爍激發(fā)倍增管光電陰極產(chǎn)生光電子，這些一次光電子被第一級打拿極收集并激發(fā)出更多的二次電子，再被下一級打拿極收集，又倍增出更多的電子。密封盒的一個面是薄鈹片不透光，用作接收射線的窗；另一面是對藍紫色光透明的光學玻璃片?！〔煌芰康腦射線的脈沖幅度分布 NaI(Tl)閃爍計數(shù)管(SC)X射線衍射分析中使用的閃爍計數(shù)管，其閃爍體大多使用摻Tl的 NaI晶體。這樣，每當一個X射線量子進入計數(shù)管時，兩極間將有一脈沖電流通過，正比計數(shù)管工作在氣體放電的正比區(qū)，脈沖電流在負載電阻上產(chǎn)生的平均電壓降即脈沖電壓幅度與入射X射線量子的能量成正比，故稱正比計數(shù)管。使用時，在兩極間加1000至2000伏的直流高壓。PC一般以內(nèi)徑約25mm的金屬圓筒作陰極。黑度也和波長有關(guān)。 照相方法這是最早使用的檢測、記錄X射線的方法，現(xiàn)在還是一種常用的基本記錄手段。對于粉末衍射儀而言（粉末衍射儀使用平板狀樣品，入射線和衍射線對樣品平面的交角總是相等的），K如下式所示: ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 式中第1個因子與實驗條件有關(guān)：A為樣品受照面積，R為衍射儀掃描半徑；第2個因子是一些物理常數(shù)：e 為電子的電荷，m 為電子的質(zhì)量，C 為光速，λ為實驗使用的波長；第3個因子稱多重性因子，在粉末衍射中，晶面間距相等的晶面其衍射角相等，由于對稱性的聯(lián)系，這些晶面可能有 j 種晶面指標；第4個因子中V 是單位晶胞的體積；第5個因子是衍射儀條件下的洛倫茨偏振因子；第6個因子稱溫度因子，原子的熱振動將使衍射減弱,故衍射強度與溫度有關(guān)；第7個因子是衍射儀條件下的吸收因子，它只與試樣的吸收性質(zhì)有關(guān)。純物質(zhì)衍射線強度的表達式很復(fù)雜，但是可以很簡明地寫成下面的形式: I = I0 所謂衍射線的強度是指其“積分強度”。與此相對，前面所講的使用“單色” X射線的多晶衍射方法則稱為“角度色散”型的方法。因為在樣品中， 晶粒的取向是機遇的，任何一種晶面總會有可能在某幾顆取向恰當?shù)木ЯＶ刑幱谀墚a(chǎn)生衍射的位置上。 = d／n從布拉格方程還可以知道，在一般情況下，一個三維晶體對一束平行而單色的入射線是沒有衍射的。晶面間距一般在10埃以內(nèi)；此外考慮到在空氣光路中波長大于 2埃的X射線衰減甚嚴重，所以在晶體衍射工作中常用的X射線波長范圍是 至2埃 。因為晶面產(chǎn)生衍射時，入射線、衍射線和晶面法線的關(guān)系符合鏡面對可見光的反射定律。由此得晶面族產(chǎn)生衍射的條件為：2 d(hkl) sinθn＝nλ （）式中n為1，2，3，……等整數(shù)，θn為相應(yīng)某一n值的衍射角，n稱衍射級數(shù)。 布拉格方程的推引現(xiàn)在考慮相鄰晶面產(chǎn)生衍射的條件。同一晶體不同指標的晶面在空間的取向不同，晶面間距d(hkl)也不同。（）式是晶體產(chǎn)生X射線衍射的條件，稱勞埃方程。 勞埃方程 一行原子列對X射線的衍射 首先考慮一行周期為 a0 的原子列對入射的X射線的衍射， （忽略原子的大小）：當X射線以α0 角入射該原子列，并在 αh 角觀測各原子散射線的疊加強度。晶體可能產(chǎn)生的衍射方向決定于晶體微觀結(jié)構(gòu)的類型（晶胞類型）及其基本尺寸（晶面間距，晶胞參數(shù)等）；衍射線的強度決定于晶胞中各組成原子的元素種類及其分布排列的坐標。 晶體對X射線的衍射X射線照射到晶體上，將被晶體內(nèi)各原子中的電子所散射。因此對于每種靶的X射線管,都能找到一種物質(zhì)制成它的Kβ濾波片。常用的各種靶不宜于衍射分析的元素見附錄一。對于給定的波長，μ/ρ隨 Z 的增大也有類似的規(guī)律， 。對于X射線實驗技術(shù),最有用的是第一個吸收限，即 K 吸收限。假定物質(zhì)的各組成元素的μ/ρ分別為： （μ1/ρ1）, （μ2/ρ2）, （μ3/ρ3）...，其重量分數(shù)分別為 x1 、x2 、x3 ...，則物質(zhì)的 μ/ρ 可按下式計算：μ/ρ = x1（μ1/ρ1）＋ x2（μ2/ρ2）＋ x3（μ3/ρ3）+ … （） 吸收系數(shù)與波長、元素的關(guān)系元素的吸收系數(shù)是入射線的波長和吸收物質(zhì)原子序數(shù)的函數(shù)。 質(zhì)量吸收系數(shù)線吸收系數(shù)與吸收體的密度有關(guān)， 故式（）常寫成如下的形式:Ix = I0 e –(μ/ρ)ρx （）式中ρ為吸收體的密度，（μ/ρ）稱為質(zhì)量吸收系數(shù)， 它是物質(zhì)固有的特性，對于一定的入射X射線波長，每種物質(zhì)都具有一定的值。實驗證明， 強度衰減與射線在物質(zhì)中經(jīng)過的距離成正比。當需要使用“白色”X射線時， 則使用鎢靶管子在 50KV以上工作比較合適。但也不宜太高，若太高，連續(xù)光譜的相對重要性也增加（雖然是比較慢）。（V／VK－1）／（V／VK） （）Ic作為V／VK : 電壓V越高，特征線的強度越大，但是它的增加變慢。（V－VK）n式中冪 n ， VK 為特征線的激發(fā)電壓， C為比例常數(shù)。 因為只要適當選擇工作條件， 一只X射線管將可視為近似單色輻射的源?？紤]到強度 IKα1 = 2所以，Kα線就有Kα1和Kα2之分，Kβ線亦是雙重的， 但Kβ線的兩根線中有一根非常弱， 因而不必考慮。Kβ線比Kα線頻率高一些，波長短一些（）。元素的每條線光譜都是近單色的， 。原子的激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的， 壽命不超過10－8秒， 激發(fā)態(tài)原子內(nèi)層軌道上的空位將被離核更遠的軌道上的電子所補充，以使其能級降低，這時，多余的能量便以光量子的形式輻射出來。（2） 特征光譜部分：在連續(xù)光譜上可以迭著幾條強度很高的線光譜（），但是它只占X射線管發(fā)射總能量的很小的一部分。 X射線管產(chǎn)生的X射線的波長譜實驗指出，X射線管對陰極所接受的能量同V成正比，輸出的輻射能（）與ZV成正比，而光譜的總能量 （ 中某一連續(xù)譜線下的面積所代表）則和ZV2成正比。目前理論上還不能對X射線管發(fā)射的這個基本現(xiàn)象給以全面的清楚的解釋。按其特征可以分成兩部分: 連續(xù)光譜和特征光譜（），后者只與靶元素有關(guān)。工作時陽極圓柱以高速旋轉(zhuǎn)，這樣靶面受電子束轟擊的部位不再是一個點或一線段而是被延展成陽極柱體上的一段柱面，使受熱面積展開，從而有效地加強了熱量的散導。這種管子使用方便，但若燈絲燒斷后它的壽命也就完全終結(jié)了。在晶體衍射實驗中， 常用的X射線管按其結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點可分為三種類型:1. 可拆式管: 這種X射線管在動真空下工作，配有真空系統(tǒng)，使用時需抽真空使管內(nèi)真空度達到105 乇或更佳的真空度。因為轟擊靶面的電子束的絕大部分能量都轉(zhuǎn)化為熱能，所以，在工作時X射線管的靶必須采取水流（或其他手段）進行強制冷卻，以免對陰極被加熱而至熔化，受到損壞。靶面發(fā)射的X射線總能量與電子束的能量的比率ε可以用下列的近似公式來表示: ε=109 Z V （）式中Z為靶材組成元素的原子序數(shù)，V為X射線管的極間電壓（又稱管電壓），以伏特為單位。當燈絲被通電加熱至高溫（達2000℃），產(chǎn)生大量的熱電子，在極間的高電壓作用下電子被加速，熱電子將以高速轟擊到靶面上。這是現(xiàn)在各種各樣專門用以發(fā)生X射線的X射線管的工作原理。二次輻射又叫熒光X射線，是受激原子的特征X射線，與入射線波長無關(guān)。然而，就X射線與物質(zhì)之間的物理作用而言，可以分為兩類:入射線被介質(zhì)電子散射的過程以及被原子吸收的過程。由于 n≈1，所以只有在極精密的工作中才需考慮折射率對X射線通過介質(zhì)的影響。由于X射線具有波長短，光子能量大的兩個基本特性，所以，X射線光學（幾何光學和物理光學）雖然和普通光學有著一樣的理論基礎(chǔ)，但兩者有很大的區(qū)別；X射線與物質(zhì)相互作用時產(chǎn)生的效應(yīng)和可見光也迥然不同。，肯定了X射線的電磁波性質(zhì)（圖1．1）。BDX系列X射線衍射儀實驗技術(shù)手冊自動Ｘ射線衍射儀實驗技術(shù)手冊第一章 Ｘ射線基礎(chǔ) 概述，發(fā)現(xiàn)管子的對陰極能發(fā)出一種能穿透物質(zhì)的肉眼看不見的射線。由于它的重大意義和價值，后來人們又以它發(fā)現(xiàn)者的名字命名為倫琴射線。X射線的頻率約為可見光的103 倍，所以X光子比可見光的光子有大得多的能量，表現(xiàn)出明顯的粒子性。對于所有的介質(zhì)，X射線的折射率n都很近于1（但小于1），不能被偏折到任一有實際用處的程度，不可能像可見光那樣用透鏡成像；但X射線能產(chǎn)生全反射，不過掠射角極小，一般不超過 20’～30’。例如，它可以使氣體電離；使一些物質(zhì)發(fā)出可見的熒光；能破壞物質(zhì)的化學鍵，引起化學分解，也能促使新鍵的形成，促進物質(zhì)的合成；對生物細胞組織，能引起生理效應(yīng)，使新陳代謝發(fā)生變化以至造成輻射損傷。物質(zhì)中原子被入射X射線激發(fā)，受激原子產(chǎn)生二次輻射和光電子，入射線的能量因而被轉(zhuǎn)化而衰減。綜上所述， 表示: X射線的物理性質(zhì)和穿過物質(zhì)時的作用 X射線的產(chǎn)生現(xiàn)在人們已發(fā)現(xiàn)了許多X射線的產(chǎn)生機制， 但是目前最實用的有足夠強度的X射線源還是采用倫琴當年獲得X射線的方法: 用陰極射線（高速電子束）轟擊對陰極（靶）的表面（）。供電部分至少包含有一個供燈絲加熱的低壓電源和給兩極施加高電壓的高壓發(fā)生器。但是，轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線的能量只占轟擊到靶面上的電子束的總能量極小的一部分。但是，現(xiàn)在X射線管仍是最實用的發(fā)生X射線的器件。例如，銅靶（銅有極佳的導熱性）和鉬靶（鉬的熔點很高）的功率常是相同結(jié)構(gòu)的鐵、鈷、鉻靶的一倍。靶和燈絲不能更換，如果需要使用另一種靶，就需要換用另一只相應(yīng)靶材的管子。管子的陽極設(shè)計成圓柱體形，柱面作為靶面用水流冷卻。 X射線光譜，X射線管工作條件的確定 X射線光譜從X射線管獲得的X射線，其波長組成是很復(fù)雜的。連續(xù)光譜的短波限 λm 只決定于X射線管的工作高壓。但是，量子論的這個解釋并不給出能量從電子傳遞到光子的機制。在晶體衍射實驗中，只有 Laue 法和能量色散型衍射儀需要使用連續(xù)譜的X射線；而在其他的方法中，則要求使用“單色”X射線，連續(xù)譜部分對這些方法是不利的，連續(xù)譜是造成衍射圖背景的主要原因，需適當選取X射線管的工作條件（討論見后）并常需要采取必