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第一章 X射线衍射分析

1一阴极。用钨丝绕成的螺线形灯丝
2一聚焦罩。使灯丝发出的电子在电场作用下聚焦成束。
3一阳极。高熔点纯金属如W 、Ag 、 Mo、 Cu、Ni 等制成,镶嵌在热良导体金属铜上。
3一阳极。高熔点纯金属如W、Ag 、 Mo、 Cu、Ni 等制成,镶嵌在热良导体金属铜上。
4一窗口。用对X射线吸收很小的金属铍等轻质玻璃制成。
5一管壳 6一管座
灯丝发出的电子以高速与阳极靶撞击时,除了产生X射线,还产生大量热能,因此靶需要用水冷却。
2. X射线谱分类、特点及产生原因
1)分类:
①连续X射线谱(白色X 射线谱)
特点一: X射线的强度随波长连续变化
原因:撞击阳极靶后,电子的动能转变为X射线和热能。每个电子动能转变为X射线的比例各不相同,相应的X射线的频率也各不相同。成千上万电子产生的X射线构成连续谱。
特点二:电压愈高、管流愈大、阳极材料的原子序数愈大,连续谱的强度愈高
②特征X 射线谱(标识X 射线谱)
特点一:某些特定波长处出现的强度极高的谱线, 这些波长只决定于阳极材料。
原因:管电压超过某一临界值时,电子的动能足以将阳极物质原子中的电子激发出。处于激发态的原子不稳定,外层电子跃迁到内层空位,多余的能量以X射线形式放出。
特点二:标识X射线的相对强度由电子在各能级间的跃迁几率和跃迁前原电子层上的电子数决定。
特点三:标识X射线的绝对强度随管电流和管电压的增大而增大。

X 射线射入物质之后,发生一系列效应:
一部分X 射线光子和原子碰撞改变了方向,产生散射;
一部分X 射线光子被原子吸收,产生光电效应;
一部分X 射线光子的能量在与原子碰撞过程中转变成热
相干散射线:波长与入射线相同,散射线之间有一定的位相关系,可以相互干涉,形成衍射图样。
当X射线光子与原子中受束缚力弱的电子,如原子中的外层电子,发生碰撞时:电子被撞离原子,并带走光子的一部分能量而成为反冲电子;因损失能量使波长变长的光子也被撞偏了一个角度成为散射光子。
不相干散射线:波长各不相同, 相互之间不会发生干涉现象。分布在各个方向, 强度一般很低, 无法避免。
光电效应:
当X射线波长足够短,能量足够高时,能把原子中某一能级上的电子打出(被击出的电子称为光电子),原子处于激发态。
外层电子往空位跳,放出能量,产生标识X 射线谱
----------- 荧光X射线(荧光辐射, 二次X射线)
外层电子往空位跳,其能量传递给其它外层电子,使之脱离原子。-------------- 俄歇电子
荧光X射线和俄歇电子是同时存在的
只有表面几层原子产生的俄歇电子才能逸出物质表面被探测到。所以俄歇电子可带来物质表层化学成分信息,按此原理而研制的俄歇电子显微镜就是表面物理研究的重要工具之一。
光电效应:入射X射线被大量消耗。
一部分光子的能量在与原子碰撞过程中转变成为热能
光电效应和热效应造成的入射X射线能量的消耗称为物质对X射线的真吸收。
质量吸收系数μm随波长变化存在着一系列不连续的突变,突变时的波长值,称为该原子的吸收限(吸收边)
X射线滤波片:滤波片材料的吸收限λK介于Kα、 Kβ之间时,可以把Kβ和连续X 射线大部分吸收掉。
采用滤波片时, K α线也要减弱,因此滤波片不能过厚, 一般控制滤波后的K α、 Kβ强度比为600:1左右。即造成对Kβ的强烈吸收,而对Kα的弱吸收!

2d sinθ= n λ
布拉格方程几点说明:
(1) 符号:θ: 布拉格角, 半衍射角, 掠射角
2θ: 衍射角
n : 衍射级数, 反射级数
(2) 选择性反射;与可见光不同,(见书P9)
除了在0˚附近受后光阑阻挡外,其余2θ较小的衍射线条皆可全记录在底片上
(3) 产生衍射的极限条件:sinθ=nλ/2d≤1,即nλ≤2d
波长必须小于反射面两层间的距离,过小也不好,太小使衍射角过小,不利于观测。
HKL晶面的第 n 级衍射= nhnknl晶面的第 1 级衍射
令 H=nh, K=nk , L=nl
布拉格方程改写: 2dHKL sinθ= λ
hkl : 晶面指数
HKL : 衍射指数, 对应的反射面称为衍射面,衍射指数不互质。
◆计算:用MoKα辐射晶体试样Ag,求(111)晶面的1级、2极和3级衍射线的布拉格角。d111=Å, Å

多晶粉末样品中有无数个小晶粒,无规则分布,可以呈一切取向。
晶粒中hkl相同的晶面取向分布于空间的任意方向,相当于一个单晶绕空间各个方向作任意旋转。
当单色X射