xray原理及與物質(zhì)作用(編輯修改稿)
2025-06-03 18:15 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 有時(shí)將 X射線通過物質(zhì)時(shí)造成的能量損失稱為真吸收。 ? X射線通過物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的光電效應(yīng)和俄歇效應(yīng)，使入射 X射線的能量變成 光電子、俄歇電子和熒光 X射線 的能量，使 X射線強(qiáng)度被衰減，是物質(zhì)對(duì) X射線的真吸收過程。 光電效應(yīng) 光電子和熒光 X射線 ? ? 光電效應(yīng) 1 ? 激發(fā) K系光電效應(yīng)時(shí)，入射光子的能量必須等于或大于將 K電子從 K層移至無窮遠(yuǎn)時(shí)所作的功 WK，即 ? 將激發(fā)限波長 λ K和激發(fā)電壓 VK聯(lián)系起 ，即 ? 式中 VK以 V為單位。（ 1－ 4）式和（ 1－11）式形式上非常相似，但物理意義完全不同。前者說明連續(xù)譜的短波限 λ 0隨管電壓的增高而減小，而后者說明每種物質(zhì)的 K激發(fā)限波長都有它自己特定的值。 ? 從 X射線激發(fā)光電效應(yīng)的角度，稱 λ K為激發(fā)限 ；然而，從 X射線被物質(zhì)吸收的角度，則稱 λ K為吸收限 。 ? kkkhch ??? ??310?????kkkkkkVeVhchceV???光電效應(yīng) 2 俄歇效應(yīng) ? 俄歇（ Auger， .）在 1925年發(fā)現(xiàn)，原子中 K層的一個(gè)電子被打出后，它就處于 K激發(fā)狀態(tài)，其能量為 EK。如果一個(gè) L層電子來填充這個(gè)空位， K電離就變成 L電離，其能量由 EK變成 EL，此時(shí)將釋放 EKEL的能量。釋放出的能量，可能產(chǎn)生熒光 X射線，也可能給予 L層的電子，使其脫離原子產(chǎn)生二次電離。即 K層的一個(gè)空位被 L層的兩個(gè)空位所代替，這種現(xiàn)象稱俄歇效應(yīng) . ? 從 L層跳出原子的電子稱 KLL俄歇電子。每種原子的俄歇電子均具有一定的能量，測(cè)定俄歇電子的能量，即可確定該種原子的種類，所以，可以利用俄歇電子能譜作元素的成分分析。不過，俄歇電子的能量很低，一般為幾百 eV，其平均自由程非常短，人們能夠檢測(cè)到的只是表面兩三個(gè)原子層發(fā)出的俄歇電子，因此，俄歇譜儀是研究物質(zhì)表面微區(qū)成分的有力工具。 光電效應(yīng) 2 俄歇效應(yīng) ? ? 光電效應(yīng)小結(jié) 光電子 被 X射線擊出殼層的電子即 光電子 ,它帶有殼層的特征能量 ,所以可用來進(jìn)行成分分析(XPS) 俄歇電子 高能級(jí)的電子回跳 ,多余能量將同能級(jí)的另一個(gè)電子送出去 ,這個(gè)被送出去的電子就是俄歇電子 帶有殼層的特征能量 (AES) 二次熒光 高能級(jí)的電子回跳 ,多余能量以 X射線形式發(fā)出 .這個(gè)二次 X射線就是 二次熒光 也稱熒光輻射同樣帶有殼層的特征能量 小結(jié) 散射 散射無能力損失或損失相對(duì)較小 相干散射是 X射線衍射基礎(chǔ) ,只有相干散射才能產(chǎn)生衍射 . 散射是進(jìn)行材料晶體結(jié)構(gòu)分析的工具 吸收 吸收是能量的大幅度轉(zhuǎn)換 ,多數(shù)在原子殼層上進(jìn)行 ,從而帶有殼層的特征能量 ,因此是揭示材料成分的因素 吸收是進(jìn)行材料成分分析的工具 可以在分析 成分 的同時(shí)告訴你 元素價(jià)態(tài) ? 一束強(qiáng)度為 I0的 X射線束，通過厚度為 H的物體后，強(qiáng)度被衰減為 IH。 ? 為了得到強(qiáng)度的衰減規(guī)律，現(xiàn)取離表面為 x的一薄層 dx進(jìn)行分析。設(shè) X射線束穿過厚度為 X的物體后，強(qiáng)度波衷減為，而穿過厚度為 x＋dx的物質(zhì)后的強(qiáng)度為 IdI，則通過 dx厚的一層引起的強(qiáng)度衰減為dI。 ? 實(shí)驗(yàn)證明， X射線透過物質(zhì)時(shí)引起的強(qiáng)度衰減與所通過的距離成正比 ? ?xII dIdIIdI ??????X射線的衰減規(guī)律 X射線的衰減規(guī)律 ? 對(duì)（ 112）式積分求出強(qiáng)度為 I0的 X射線從物體表面（即 x＝ 0）穿透厚度 H后的強(qiáng)度 IH: IH＝ I0exp(μH) ? 式中 IH/I0稱穿透系數(shù)，而 μ 為線衰減系數(shù)。（ 113）式是 X射線透視學(xué)的基本公式。 ? 線衰減系數(shù) μ ＝－ 1n（ IH/I0） /H表示單位體積物質(zhì)對(duì) X射線的衰減程度，它與物質(zhì)的密度 ρ 成正比，即與物質(zhì)的存在狀態(tài)有關(guān)。現(xiàn)將（ 113）式改寫成： ? IH＝ I0e(μ/ρ) ρ H＝ I0eμ mρ H ? 式中 μ m＝ μ/ρ 稱質(zhì)量衷減系數(shù)， 其單位為 cm2 ／ g。 ? 工作中有時(shí)需要計(jì)算 i個(gè)元素組成的化合物、混合物、合金和溶液等的質(zhì)量衰減系數(shù) μ m。由于 μ m與物質(zhì)的存在狀態(tài)無關(guān)，因此衰減系數(shù)可按下式求得： ? μ m=ω 1μm 1+ω 2μm 2+… ω iμm i X射線的吸收曲線 ? X射線通過物質(zhì)時(shí)的衰減，是吸收和散射造成的。 ? 如果用 σ m仍表示散射系數(shù)， τ m表示吸收系數(shù)。在大多數(shù)情況下吸收系數(shù)比散射系數(shù)大得多，故 μ m≈τ m。質(zhì)量吸收系數(shù)與波長的三次方和元素的原子序數(shù)的三次方近似地成比例，因此 33 ZKm ?? ?X射線的衰減 ? 從熒光 X射線的產(chǎn)生機(jī)理，可以解釋圖 1－ 11中的吸收突變。當(dāng)入射波長非常短時(shí)，它能夠打出 K電子，形成 K吸收。但因其波長太短， K電子不易吸收這樣的光子能量，因此衰減系數(shù)小。 ? 隨著波長的逐漸增加， K電子也越來越容易吸收這樣的光子能量，因此衰減系數(shù)也逐漸增大，直到 K吸收限波長為止。 ? 如果入射 X射線的波長比 λ K稍大一點(diǎn)，此時(shí)入射光子的能量已無法打出 K電子，不產(chǎn)生 K吸收。而對(duì) L層電子來說，入射光子的能量又過大，也不易被吸收，因此，入射 X射線的波長比 λ K稍大一
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