材料研究方法绪论 材料的分类 、按化学组成分类： 1.金属材料是由化学元素周期表中的金属元素组成的材料。可分为由一种金属元素构 成的单质（纯金属）：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金 又可分为固溶体和金属间化合物。 无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐 锗酸盐等原料和（或）氧 化物、氨化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的 材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料的总称。它与广义的陶瓷材料有等同的含义。 无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前还没有统一完善的分类方法。一般将其分为传统 的（普通的）和新型的（先进的）无机非金属材料两大类。 传统的无机非金属材料主要是指由S02及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，包 括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。此外，塘瓷、磨料、铸石（辉绿岩、玄武岩等、碳素 材料、非金属矿（石棉、云母、大理石等）也属于传统的无机非金属材料。 先进（或新型）无机非金属材料是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物 以及各种无机非金屈化合物经特殊的先进工艺制成的材料。主要包括先讲陶瓷、非品态材料 人工品体、于机涂层、于机维 传统无机材料：陶瓷，玻璃，水泥，耐火材料 高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。高聚 物的种类繁多，性能各异，其分类的方法多种多样。按高分子材料来源分为天然高分子材料 和合成高分子材料：按材料的性能和用途可将高聚物分为橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。 复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成。复合材料是 多相材 主要包括基本相和增强相。基体相是一种连续相材料 它把改善性能的增强相材 料固结成一体，并起传递应力的作用：增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功 能复合材料)的作用。复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分 的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。 二、材料按结品状态分类 单晶材料是由 一个比较完整的晶粒构成的材料，如单晶纤维、单品硅 多晶材料是由许多品粒组成的材料，其性能与品粒 大小、品界的性质有密切的关系 非品态材料是由原子或分子排列无明显规律的固体材料，如]玻璃、高分子材料。 三、按尺寸分类 材料按材料的尺寸可分为零维材料、一维材料、二维材料、三维材料。 零维材料即超微粒子，通讨S法、多相沉积或激光笔方法，可以制各出亚微米级 的陶瓷或金属粉末 大小1一100nm的超微粒比表面积大（可作为高效催化剂）、比表面能 高、熔点低、烧结温度下降、扩散速度快、强度高而塑性下降慢、电子态由连续能带变为不 连续、光吸收也发生异常现象（可以成为高效微波吸收材料）。 一维材料，如光导纤维由于其信息传输量远比铜、铅的同轴电缆大，而且光纤有很强的 保密性，所以发展很快。再比如脆性块状材料在变成细丝后便增加了韧性，可以用来增强其 它的块状。实用纤维为碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维。纤维中强度和刚度最高的要算晶须 二维材料（薄膜），如金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜。由于薄膜的电子所 状态和外界环境的影响，可表现出不同的电子迁移规律，完成特定的电学、光学或电子学功 能，如成为绝缘体、铁电体、导体或半导体等，从而有可能作为光学薄膜用于非线性光学、 光开关、放大或调幅、敏感与传感元件，用于显示或探测器，用于环保或表面改性的保护膜
材料研究方法绪论 材料的分类： 一、按化学组成分类: 1．金属材料是由化学元素周期表中的金属元素组成的材料。可分为由一种金属元素构 成的单质（纯金属）；由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金 又可分为固溶体和金属间化合物。 2．无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧 化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的 材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料的总称。它与广义的陶瓷材料有等同的含义。 无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前还没有统一完善的分类方法。一般将其分为传统 的（普通的）和新型的（先进的）无机非金属材料两大类。 传统的无机非金属材料主要是指由 SiO2 及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，包 括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。此外，搪瓷、磨料、铸石（辉绿岩、玄武岩等）、碳素 材料、非金属矿（石棉、云母、大理石等）也属于传统的无机非金属材料。 先进（或新型）无机非金属材料是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物 以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。主要包括先进陶瓷、非晶态材料、 人工晶体、无机涂层、无机纤维等。 传统无机材料：陶瓷，玻璃，水泥，耐火材料 高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。高聚 物的种类繁多，性能各异，其分类的方法多种多样。按高分子材料来源分为天然高分子材料 和合成高分子材料；按材料的性能和用途可将高聚物分为橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。 复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成。复合材料是 多相材料，主要包括基本相和增强相。基体相是一种连续相材料，它把改善性能的增强相材 料固结成一体，并起传递应力的作用；增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功 能复合材料）的作用。复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分 的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。 二、材料按结晶状态分类 单晶材料是由一个比较完整的晶粒构成的材料，如单晶纤维、单晶硅； 多晶材料是由许多晶粒组成的材料，其性能与晶粒大小、晶界的性质有密切的关系。 非晶态材料是由原子或分子排列无明显规律的固体材料，如玻璃、高分子材料。 三、按尺寸分类 材料按材料的尺寸可分为零维材料、一维材料、二维材料、三维材料。 零维材料即超微粒子，通过 Sol-gel 法、多相沉积或激光等方法，可以制备出亚微米级 的陶瓷或金属粉末，大小 1—100nm 的超微粒比表面积大（可作为高效催化剂）、比表面能 高、熔点低、烧结温度下降、扩散速度快、强度高而塑性下降慢、电子态由连续能带变为不 连续、光吸收也发生异常现象（可以成为高效微波吸收材料）。 一维材料，如光导纤维由于其信息传输量远比铜、铅的同轴电缆大，而且光纤有很强的 保密性，所以发展很快。再比如脆性块状材料在变成细丝后便增加了韧性，可以用来增强其 它的块状。实用纤维为碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维。纤维中强度和刚度最高的要算晶须。 二维材料（薄膜），如金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜。由于薄膜的电子所处 状态和外界环境的影响，可表现出不同的电子迁移规律，完成特定的电学、光学或电子学功 能，如成为绝缘体、铁电体、导体或半导体等，从而有可能作为光学薄膜用于非线性光学、 光开关、放大或调幅、敏感与传感元件，用于显示或探测器，用于环保或表面改性的保护膜
二维材料即块状材料。 组成结构性质工艺过程之间的关系 组成与结 组 指构成材料物质的原子、分子及其分布：除主要组成以外，杂质及对无机非金属 材料结构与性能有重要影响的微量添加物亦不能忽略。 结构一 一则指组成原子、分子在不同层次上被出结合的形式、状态和空间分布，句括原子与 电子结构、分子结构、品体结构、相结构、品粒结构、表面与品界结构、缺陷结构等：在尺 度上则包括纳米以下、纳米、微米、毫米及更宏观的结构层次 化学组成 ■结构 性能 材料分析方法简介： 对不同尺寸材料的分类 电子显微镜主要的用 金即在辨明各种讯号以作品体结构、微细组织、化学成份、化学键结利 电子分布情况分析。此等讯号可分为三类，即 (一)电子讯号，又可细分为： 1,未散射电子（透射电子） 2.散射电子（包括弹性、非弹性反射和穿透电子及被吸收电子） 3.激发电子（包括二次电子及俄数电子Auger electron) (二)电磁波讯号 又可分为， 1.X光射线（包括特性及制动辐射） 2.可见光（阴极发光） (三)电动势，由半导体中电子一空穴对的产生而引起 关子这些讯号的能量及在晶体中散失的能量、成像能力及所能提供的资料见表1山与表12 利用穿透式电子显微镜监定材料的主要功能见图 ,2 电子显微镜与光学显微镜、X光衍射仪特性及功能之此较 近代材料学者利用许多波性粒子与材料作用产生讯号来分析材料之构造与缺陷。常用分 析仪器包括光学显微镜、X光衍射仪及电子显微镜。这些分析仪器各有所长，亦有短缺不足 之处。兹将此三种分析仪器之特性、功能及适用范围表列於表1.3，最有效之分析方法乃在 适切地配合使用各种仪器， 以期功用能相辅相成。 第一章：X射线的性质 X射线的发现： 伟大的物理学家，X射线发明者一伦琴，伦琴的简介 .1895年德国物理学家 .“伦琴"发现X射线 .1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、传播、穿透力等大部分性质 .1901年伦琴获诺贝尔奖 .1912年劳埃进行了品体的X射线衍射实验 X射线的应用 ·在X射线发现后几个月医生就用它来为病人服务 ·与X射线及品体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单
三维材料即块状材料。 组成-结构-性质-工艺过程之间的关系 组成与结构 组成 ——指构成材料物质的原子、分子及其分布；除主要组成以外，杂质及对无机非金属 材料结构与性能有重要影响的微量添加物亦不能忽略。 结构——则指组成原子、分子在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布，包括原子与 电子结构、分子结构、晶体结构、相结构、晶粒结构、表面与晶界结构、缺陷结构等；在尺 度上则包括纳米以下、纳米、微米、毫米及更宏观的结构层次。 材料分析方法简介： 对不同尺寸材料的分类 电子显微镜主要的用途即在辨明各种讯号以作晶体结构、微细组织、化学成份、化学键结和 电子分布情况分析。此等讯号可分为三类，即 (一) 电子讯号，又可细分为： 1. 未散射电子（透射电子） 2. 散射电子(包括弹性、非弹性反射和穿透电子及被吸收电子) 3. 激发电子(包括二次电子及俄歇电子(Auger electron) (二) 电磁波讯号，又可分为， 1.X 光射线(包括特性及制动辐射) 2. 可见光(阴极发光) (三) 电动势，由半导体中电子一空穴对的产生而引起。 关于这些讯号的能量及在晶体中散失的能量、成像能力及所能提供的资料见表 l.l 与表 1.2。 利用穿透式电子显微镜监定材料的主要功能见图 l.2。 电子显微镜与光学显微镜、X 光衍射仪特性及功能之此较 近代材料学者利用许多波性粒子与材料作用产生讯号来分析材料之构造与缺陷。常用分 析仪器包括光学显微镜、X 光衍射仪及电子显微镜。这些分析仪器各有所长，亦有短缺不足 之处。兹将此三种分析仪器之特性、功能及适用范围表列於表 1.3，最有效之分析方法乃在 适切地配合使用各种仪器，以期功用能相辅相成。 第一章：X 射线的性质 X 射线的发现： 伟大的物理学家,X 射线发明者-伦琴，伦琴的简介 .1895 年德国物理学家-“伦琴”发现 X 射线 .1895-1897 年伦琴搞清楚了 X 射线的产生、传播、穿透力等大部分性质 .1901 年伦琴获诺贝尔奖 .1912 年劳埃进行了晶体的 X 射线衍射实验 X 射线的应用 • 在 X 射线发现后几个月医生就用它来为病人服务 • • 与 X 射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单 化学组成 结构 性能 决定 决定
X射线的本质 与可见光一样，X射线也是电磁波的一种，具有波粒二像性。波长在10一8cm左右， 介绍光线的波长变化 X射线与普通光线的比较： ·X射线穿透能力强，可以透过很多可见光不能透过的物质 ·人的肉眼看不见X射线，但X射线能使气体电离，使照相底片感光，能穿过不透明 的物体，还能使荧光物质发出荧光。 X射线呈直线传播 在电场和磁 中不发生偏转 当穿过物体时仅部分被散射 X射线对动物有机体（其中包括对人体）能产生巨大的生理上的影响，能杀伤生物 细胞。 X射线的波粒二相性 6=hv=hic 1、X射线的波动性的相关知识： X射线的波长范围：0.01~100A 表现形式：在品体作衍射光栅观察到的X射线的衍射现象，即证明了X射线的被动性， 硬X射线：波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤 及金属物 分析 软X射线：波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱， 用于分析非金属的分析。 X射线波长的度量单位常用埃(A)或晶体学单位(kX)表示：通用的国际计量单位中 用纳米(m)表示，它们之间的换算关系为： Inm=10 A m 1kX=1.0020772±0.000053A(1973年值). 2、X射线的粒子性的相关知识 特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量， 表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电效应：二次电子等。 X射线的频率ⅴ、波长入以及其光子的能量ε、动量p之间存在如下关系： 6=hv=hc 式中h -普期克常数，等于6.625×1034J.s 一X射线的速度，等于2.998×101cms 练习， 1.试计算波长0.71A(Mo-Ka)和1.54A(Cu-Ka)的X射线束，其频率和每个量子的能 X射线的产生： X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后然减速，且与该物质中的内层电子相 互作用而产生的。 产生条件： ·1产生自由电子 ·2.使电子作定向的高速运动： 3.在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。 (1%左右)能量转变为X射线，(99%左右)能量转变成热能，使物体温度升高。 X射线产生的过程演示
X 射线的本质 与可见光一样， X 射线也是电磁波的一种，具有波粒二像性。波长在 10－8cm 左右。 介绍光线的波长变化。 X 射线与普通光线的比较： • X 射线穿透能力强，可以透过很多可见光不能透过的物质 • 人的肉眼看不见 X 射线，但 X 射线能使气体电离，使照相底片感光，能穿过不透明 的物体，还能使荧光物质发出荧光。 • X 射线呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转；当穿过物体时仅部分被散射。 • X 射线对动物有机体（其中包括对人体）能产生巨大的生理上的影响，能杀伤生物 细胞。 X 射线的波粒二相性 1、X 射线的波动性的相关知识： X 射线的波长范围：0.01~100 Å 表现形式：在晶体作衍射光栅观察到的 X 射线的衍射现象，即证明了 X 射线的波动性。 硬 X 射线：波长较短的硬 X 射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤 及金属物相分析。 软 X 射线：波长较长的软 X 射线能量较低，穿透性弱，可 用于分析非金属的分析。 X 射线波长的度量单位常用埃（Å）或晶体学单位（kX）表示；通用的国际计量单位中 用 纳 米 （ nm ） 表 示 ， 它 们 之 间 的 换 算 关 系 为 ： 1nm=10 Å = m 1kX=1.0020772±0.000053A (1973 年值)。 2、X 射线的粒子性的相关知识 特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量。 表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电效应；二次电子等。 X 射线的频率ν、波长λ以及其光子的能量ε、动量 p 之间存在如下关系： 式中 h——普朗克常数，等于 6.625×10-34 J.s; c——X 射线的速度，等于 2.998×1010cm/s. 练习： 1.试计算波长 0.71A（Mo-Kα）和 1.54A（Cu- Kα）的 X 射线束，其频率和每个量子的能 量？ X 射线的产生： X 射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相 互作用而产生的。 产生条件： • 1.产生自由电子； • 2.使电子作定向的高速运动; • 3.在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。 （1％左右）能量转变为 X 射线，（99％左右）能量转变成热能,使物体温度升高。 X 射线产生的过程演示 hc = h = h p = h p = hc = h =
X射线管的结构： 封闭式X射线管实质上就是一个大的真空(10510mmhg)二极管。基本组成包括： ()阴极一发射电子。一般由钨丝制成，通电加热后释放出热辐射电子。 (2)阳极一靶，使电子突然减速并发出X射线。 (3)窗口 一X射线出射通道。既能让X射线出射，又能使管密封。窗口材料用金属皱或 硼酸皱锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成3-6°的斜角，以减少靶面对出射X射线的阻 碍。 (4)高速电子转换成X射线的效率只有1%，其余99%都作为热而散发了。所以材料要 导热性能好，常用黄铜或紫铜制作，还需要循环水冷却。因此X射线管的功率有限，大功 率需要用旋转阳极 5)焦 极靶表面被电子轰击的一块面积，X射线就是从这块面积上发射出来的 焦点的尺寸和形状是X射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯丝的形状，螺形灯丝 产生长方形焦点 X射线衍射工作中希望细焦点和高强度：细焦点可提高分辨率：高强度则可缩短暴光 时间。为提高功率对阳极靶的改进：旋转阳极 常用X射线管的功率为500~3000 。目前还有旋转阳极X射线管、细聚焦X射线 管和闪光X射线管， 因阳极不断旋转，电子束轰击部位不断改变，故提高功率也不会烧熔靶面。目前有 10OkW的旋转阳极，其功率比普通X射线管大数十倍。 X射线的源之的同步辐射实验室介绍 同北辐射的主要装置 注入器。电子存储环 光线束 三个部分 优点：强度高，为常规X射线剂的1000~1000倍，使衍射实验所需要的曝光时间短，准直 性好，发散度小。 X射线谱-连续X射线谱 X射线强度与波长的关系曲线，称之X射线普 在管压很低时 小于20kv的曲线是连续变化的，故称之连续X射线谱，即连续谱。又称为 多色X射线培，此x射线为软X射线： 连续谱x射线产生过程演示： 对连续X射线谱的解释1 根据经典物理学的理论，一个带负电荷的电子作加速运动时，电子周围的电磁场将发生 急剧变化，此时必然要产生一个电磁波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳 极上的时间和条件不可能相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X射 线谱。 对连续X射线谱的解释2 量子力学概念，当能量为V的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中 一部分以光子的形式辐射出去，每碰撞一次，产生一个能量为v的光子，即韧致辐射 大量的电子有 靶面的时间、条件均不同，而且还有多次碰撞，因而产生不同能量不同 强度的光子序列，即形成连续谱。 极限情况下，能量为v的电子在碰撞中一下子把能量全部转给光子，那么该光子获得最 高能量和具有最短波长，即短波限入0。都有一个最短波长，称之短波限λ0，强度的最大值
X 射线管的结构： 封闭式 X 射线管实质上就是一个大的真空（ 10-5~10-7mmhg）二极管。基本组成包括： • （1）阴极——发射电子。一般由钨丝制成，通电加热后释放出热辐射电子。 • （2）阳极——靶，使电子突然减速并发出 X 射线。 • （3）窗口——X 射线出射通道。既能让 X 射线出射，又能使管密封。窗口材料用金属铍或 硼酸铍锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成 3-6°的斜角，以减少靶面对出射 X 射线的阻 碍。 （4）高速电子转换成 X 射线的效率只有 1%，其余 99%都作为热而散发了。所以靶材料要 导热性能好，常用黄铜或紫铜制作，还需要循环水冷却。因此 X 射线管的功率有限，大功 率需要用旋转阳极 （5）焦点——阳极靶表面被电子轰击的一块面积，X 射线就是从这块面积上发射出来的。 焦点的尺寸和形状是 X 射线管的重要特性之一。焦点的形状取决于灯丝的形状，螺形灯丝 产生长方形焦点 X 射线衍射工作中希望细焦点和高强度；细焦点可提高分辨率；高强度则可缩短暴光 时间。为提高功率对阳极靶的改进：旋转阳极 常用 X 射线管的功率为 500～3000W。目前还有旋转阳极 X 射线管、细聚焦 X 射线 管和闪光 X 射线管。 因阳极不断旋转，电子束轰击部位不断改变，故提高功率也不会烧熔靶面。目前有 100kW 的旋转阳极，其功率比普通 X 射线管大数十倍。 X 射线的源之的同步辐射实验室介绍 同步辐射的主要装置： 注入器。电子存储环，光线束三个部分 优点：强度高，为常规 X 射线剂的 1000~10000 倍，使衍射实验所需要的曝光时间短，准直 性好，发散度小。 X 射线谱-连续 X 射线谱 X 射线强度与波长的关系曲线，称之 X 射线谱。 在管压很低时，小于 20kv 的曲线是连续变化的，故称之连续 X 射线谱，即连续谱。又称为 多色 x 射线谱，此 x 射线为软 x 射线。 连续谱 x 射线产生过程演示： 对连续 X 射线谱的解释 1 根据经典物理学的理论，一个带负电荷的电子作加速运动时，电子周围的电磁场将发生 急剧变化，此时必然要产生一个电磁波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳 极上的时间和条件不可能相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续 X 射 线谱。 对连续 X 射线谱的解释 2 量子力学概念，当能量为 ev 的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中 一部分以光子的形式辐射出去，每碰撞一次，产生一个能量为 hv 的光子，即“韧致辐射”。 大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同，而且还有多次碰撞，因而产生不同能量不同 强度的光子序列，即形成连续谱。 极限情况下，能量为 ev 的电子在碰撞中一下子把能量全部转给光子，那么该光子获得最 高能量和具有最短波长，即短波限λ0。都有一个最短波长，称之短波限λ0，强度的最大值
在λ0的1.5倍处。 eV=hymax he/0 λ0=1.24/y(nm) 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λ0.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c一电子电荷，等于4.803*1010静电单位： V一电子通过两极时的电压降（静电单位）： 一普朗克常数，等于6.625×104J.s 练习 试计算用50水V操作时，X射线管中的电子在撞击靶时的速度和动能，所发射的X射线短 波限为多少？ X射线的照度 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子数 目的能量总和 常用的单位是/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15λ。而不在入。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7 实验证明，1与管电流、管电压、阳极靶的原子序数存在如下关系：1=K☑且 X射线管的效率为： 刀=X射线管效率= X射线功率_KZV -=K ZV 电子流功率 随者原子序数Z的增加，X射线管的效率提高，但即使用原子序数大的钨靶，在管压高达 1O的情况下，X射线管的效率仅有1%左右，99%的能量都转变为热能 X射线谱-特征X射线谱 当管电压超过某临界值时，特征谱才会出现，该临界电压称激发电压。当管电压增加时， 连续谱和特征谱强度都增加，而特征谱对应的波长保持不变。 钼靶X射线管当管电压等于或高于20KV时，则除连续X射线谱外，位于一定波长处还 叠加有少数强进线。它们即特征X射线 钼靶X射线管在35K 电压下的谱线 其特征x射线分别位于0.63A和0.71A处，后者 的强度约为前者强度的五倍。这两条谱线称钼的K系 特征X射线的产生机理 特征X射线的产生机理与靶物质的原子结构有关。原子壳层按其能量大小分为数层，通常 用K、L、M、N等字母代表它们的名称。 当管电压达到或超过某一临界值时，则阴极发出的电子在电场加速下，可以将靶物质原子深 层的电子击到能量较高的外部壳层或击出原子外，使原子电离。阴极电子将自已的能量给予 受激发的原子，而使它的能量增高，原子处于激发状态。 如果K层电子被击出K层，称K激发，L层电子被击出L层，称L激发，其余各层依此类
在λ0 的 1.5 倍处。 • eV = hvmax = hc/λ0 • λ0 = 1.24/V （nm） 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λ0.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 4.803*10-10 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 6.625×10-34 J.s; 练习： 试计算用 50KV 操作时，X 射线管中的电子在撞击靶时的速度和动能，所发射的 X 射线短 波限为多少？ 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子数 目的能量总和。 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 1.5λ0,而不在λ0 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: 随着原子序数 Z 的增加，X 射线管的效率提高，但即使用原子序数大的钨靶，在管压高达 100kv 的情况下，X 射线管的效率也仅有 1﹪左右，99％的能量都转变为热能。 X 射线谱- 特征 X 射线谱 当管电压超过某临界值时，特征谱才会出现，该临界电压称激发电压。当管电压增加时， 连续谱和特征谱强度都增加，而特征谱对应的波长保持不变。 钼靶 X 射线管当管电压等于或高于 20KV 时，则除连续 X 射线谱外，位于一定波长处还 叠加有少数强谱线，它们即特征 X 射线谱。 钼靶 X 射线管在 35KV 电压下的谱线，其特征 x 射线分别位于 0.63Å 和 0.71Å 处，后者 的强度约为前者强度的五倍。这两条谱线称钼的 K 系 特征 X 射线的产生机理 特征 X 射线的产生机理与靶物质的原子结构有关。 原子壳层按其能量大小分为数层，通常 用 K、L、M、N 等字母代表它们的名称。 • 当管电压达到或超过某一临界值时，则阴极发出的电子在电场加速下，可以将靶物质原子深 层的电子击到能量较高的外部壳层或击出原子外，使原子电离。阴极电子将自已的能量给予 受激发的原子，而使它的能量增高，原子处于激发状态。 • 如果 K 层电子被击出 K 层，称 K 激发，L 层电子被击出 L 层，称 L 激发，其余各层依此类 0 max hc eV = h = m I连 = K1 iZV K ZV iV X K ZV X 1 2 1 = = = = 电子流功率 射线功率 射线管效率