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第一篇材料X射线衍射分析第一章X射线物理学基础§1.1 X射线性质一、X射线的发现：1895年，著名的德国物理学家伦琴（W. C. Rontgen）发现了X射线，因此X 射线又名伦琴射线。
当时，Rontgen在研究阴极射线（一束高速电子流）激发涂有荧光物质的玻璃壁而发生荧光时，偶然发现放在高真空的放电管附近的照相底片被感光了。
但照相底片是用黑纸严密包好的，而阴极射线是透不出玻璃管的，所以Rontgen认为这种使照相底片感光的东西来自阴极射线，但决不是阴极射线本身，一定还存在另一种看不见的射线。
他称这种穿透能力极强的射线为X射线。
Rontgen 还用X射线拍下了物理学历史上最著名、最温情脉脉的一张照片，照片上清楚地显示出Rontgen夫人的手骨结构及手上那枚金戒指的轮廓。
经过反复验证之后，伦琴于1895年12月28日向德国维尔茨堡物理学医学学会递交了一篇轰动世界的论文：《一种新的射线--初步报告》1901年Rontgen获首届诺贝尔物理学奖。
图1、老式X射线管图2、伦琴拍下的他夫人的手的X射线图1912年，德国物理学家劳厄（V on Laue）等发现了X射线在晶体小的衍射现象，确证了X射线是一种电磁波。
同年，英国物理学家布拉格父子（W. H. Bragg 和V. L. Bragg）利用X射线衍射测定了NaCl晶体的结构，从此开创了X射线晶体结构分析的历史。
二、X射线的性质：劳厄的实验已经指出，X射线是一种波长很短的电磁被，波长范围约0.01～10nm（1nm＝10－9m）。
在电磁波谱上它处于紫外线和γ射线之间（见图3）。
测量其波长通常应用的单位是，国际单依制中的nm（纳米）。
用于衍射分析的X射线波长为0.05～0.25nm。
作为电磁波的X射线，它与可见光和所有的其他基本粒子一样，同时具有波动及微粒双重特性，简称为波粒二象性。
它的波动性主要表现为以一定的频率和波长在空间传播；它的微粒性主要表现为以光子形式辐射和吸收时，具有一定的质量、能量和动量。
第一章 X 射线的物理学基础1、X 射线有什么性质，本质是什么？波长为多少？与可见光的区别？X 射线性质：(1)X 射线穿透物质时可被吸收；(2)原子量及密度不同的物质，对X 射线的吸收不同；(3)轻原子物质对X 射线来说几乎是透明的，而重元素物质对X 射线的吸收非常显著；(4)可穿透不透明的物质。
本质：属于电磁波。
X 射线的波长：大约在0.01~100 Å之间。
X 射线和可见光本质上同属于电磁波，只不过彼此占据不同的波长范围而已；X 射线虽然和可见光一样（没有静止质量，但有能量），与光传播有关的一些现象（如反射、折射、散射、干涉、以及偏振）都会发生，但由于相对可见光而言，X 射线的波长要短得多（光量子的能量相应要高得多），上述物理现象在表现方式上与可见光存在很大的差异。
不能象可见光一样使X 射线会聚、发散、和变向，使得X 射线无法制成显微镜！2、什么是X 射线管的管电压、管电流？它们通常采用什么单位？数值通常是什么？X 射线的管电压：加载到阴极和阳极侧之间的电压。
（KV ），50KVX 射线的管电流：在阴阳两极电场作用下，向阳极运动，形成的电流。
（mA ）50mA3、X 射线的焦点与表观焦点的区别与联系？焦点：阳极靶表面被电子束轰击的地方，正是这个区域发射X 射线。
对于长方形焦点的X 射线管，引出窗口很重要。
对着焦点长边开设的窗口发射出X 射线的表观焦点为线状（称为线焦斑），其强度较弱，但其水平发散度小，分辨率较高，线性较好，粉末衍射仪多采用线焦斑；对焦点短边开设的窗口发射出的X 射线的表观焦点则为正方形（称为点焦斑），强度较高，可使衍射线明锐，适合于织构测定及德拜、劳埃照相场合。
4、X 射线有几种？产生不同X 射线的条件是什么？产生的机理是怎样的？晶体的X 射线衍射分析中采用的是哪种X 射线？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。
x射线诊断的物理基础X射线诊断是一种常用于医学影像学中的诊断技术。
它通过利用X射线穿透物体并在胶片或数字传感器上形成影像的原理来诊断疾病。
X射线的物理基础包括X射线的生成、穿透和吸收。
X射线的生成主要是通过X射线管。
X射线管由阴极和阳极组成，阴极由电子束加热产生电子，经由高电压加速，在阳极上产生高速电子撞击阳极金属，从而产生X射线。
X射线的频率和能量与电子束的能量有关。
X射线具有很强的穿透能力，可以穿过人体组织。
它的穿透能力与射线的能量有关，能量越高，穿透能力越强。
在医学影像学中，通常使用具有30至150kV的高电压来产生X射线。
X射线可以穿透软组织，如肌肉和脂肪，显示为较浅的影像；而在骨骼等密度较高的组织中，X射线的穿透能力较弱，形成较浓密的影像。
通过观察X射线影像的浓密程度和形状，可以判断组织的健康情况。
X射线在物体中的吸收程度与物质的原子序数和原子量有关。
原子序数越大的物质，如钙和铅，对X射线的吸收能力越强。
而原子序数较小的物质，如肌肉和脂肪组织，对X射线的吸收能力较弱。
在X 射线影像中，骨骼和钙质结构会显示为较白的区域，而软组织则显示为较暗的区域。
X射线诊断的物理基础还包括X射线的散射和弥散。
X射线在穿过物体时会发生散射，散射的程度与物体的密度有关。
散射会导致X 射线影像的对比度降低，影响诊断的准确性。
为了减少散射，常常使用散射补偿方法，如使用散射屏或增加固定的铅遮挡器。
X射线诊断是通过利用X射线的生成、穿透、吸收和散射等物理原理，对患者进行影像检查并诊断疾病的一种常用技术。
了解X射线的物理基础对于正确解读X射线影像，提高诊断准确性非常重要。
X射线物理基础一、X射线的基本概念X射线是一种高能电磁辐射，其波长比可见光还要短，但比γ射线稍长。
X射线是由被高速电子撞击产生的极短波长的电磁辐射。
X射线的波长范围在0.01~100纳米之间，因此具有穿透性很强的特点。
X射线辐射主要有三种过程，即散射、吸收和透射。
散射是指X射线在物质中的原子内外发生方向改变；吸收是指物质中的原子吸收掉X射线；透射是指X射线穿过物质而不被物质吸收。
二、X射线的产生和基本特性X射线的产生有两种方式，即广义上的X射线和特殊的X射线。
广义上的X射线产生是指将一束高能电子流来轰击具有特殊构造和材料的靶，使靶发射出X射线，这种方式就是X射线机所采用的。
特殊的X射线产生是指利用原子残余成分核能级跃迁所放出的特殊X射线。
X射线的基本特性有以下几点：1.X射线是一种电磁波，不带电，可以穿透很厚的物质，其波长短，频率高，能量较大。
2.X射线的强度随着入射电子的能量增加而增加，随着靶材的原子序数增加而增大。
3.不同的物质具有不同的透射性，而透射系数与射线的能量相关。
4.X射线具有强的杀菌和破坏生物细胞等作用。
三、X射线在医学中的应用X线是医学中常用的诊断性工具，应用广泛，可以用于检测人体内各种骨头、器官等部位情况。
常见的X线检查有：1.骨密度检查：用于测定骨的密度，并检测是否存在骨质疏松等问题。
2.胸部X线检查：用于检测肺、心脏等部位疾病的情况。
3.腹部X线检查：用于检测腹部器官如胃、肠、肝、脾、胰等的情况。
4.骨骼成像：用于检查骨骼不良变化的情况，如骨折等。
5.普通X线检查：用于全身各个部位的检查。
四、X射线的剂量安全问题X射线的安全问题是医学工作者非常关注的问题，因为如果剂量过大，就会对身体造成损害。
常见的X射线安全问题包括以下几点：1.剂量选择问题：不同的检查需要选择适当的剂量，大剂量的X射线会对人体健康造成不良影响。
2.暴露时间问题：X射线检查中，暴露时间过长会使剂量增加。
3.距离问题：医学工作者需要尽量离患者远一些，以避免吸收额外的X射线。
X射线衍射分析思考题与习题
一X射线物理基础
1.怎样的X射线称作连续X射线?它是怎样产生的？它有什么应用？
2.怎样的X射线称作特征X射线?它是怎样产生的？它有什么应用？
3.一个元素的特征辐射能否激发同元素同系的荧光辐射？
4.常用铅屏保护工作人员免受辐射的照射，为使CuKα, MoKα和60KV管电压发出的短极
限之辐射的透射系数都为1x10-5, 试问铅屏厚度分别为多少？
二X射线衍射原理
1.一束平面波以α角照射到间距为a的一维原子列上，如图所示。
SOS′和ＴＲＴ′的光程差
δ＝ＯＱ－ＰＲ＝λ波长，这时能产生衍射吗？
2.波长为1.54埃的单色X射线照射到点阵常数为5.43埃的立方晶体（111）面上，改变
掠射角θ，该晶面最多能产生多少级衍射，它们的衍射角分别为多少？
3.管电压为35KV所产生的连续X射线，以θ=60°的掠射角照射到a=5.43埃立方晶系的晶
体（100）和（531）晶面上，该两个晶面分别能最多产生多少级衍射（谐波），最高及最低两级的射线波长分别为多少。
（波长大于2埃的全部射线被空气吸收了）
1]晶向，用厄瓦尔德图解法求出（022）4.如果入射线平行于a=5.43埃的立方晶体之[00
的反射线的波长。
5.如果用M0Kα辐射照射a=5.43埃的立方晶体上，用厄瓦尔德图解法回答晶体处于什么位
置时能产生（220）衍射？（求入射线与（220）面的夹角）
6.Cu Kα辐射照射金刚石结构的Si晶体a=5.43埃，那末（111）晶面能产生几级衍射？分
别写出其衍射指数。
金刚石结构的晶胞中含有八个硅原子，其坐标分别为000+面心平移；414141
+面心平移
7. 立方晶系氯化钠结构的MgO(a=4.123埃)晶体，试回答题6中相同的问题。
8. 试证明试样无限厚时，衍射仪法常规扫描时，保持入射线截面积不变，在不同θ角情况
下，试样被照射到的体积不变。
9. 说明粉末法中衍射线相对强度主要与哪些因素有关？
10. 说明粉末法中衍射线宽度主要与哪些因素有关？
11. 说明使用粉末法衍射中积分强度公式时的实验条件。
三 粉末法
1. 直径为57.3毫米的德拜相机，CuK α辐射摄取德拜相，计算θ角为10o ，35o ，60o ，85o 时
K α双线间的距离。
2. 试说明怎样识别德拜相哪一区域为透射区（2θ<90o ）
3. 用单色射线照射MgO 粉晶，写出前八条衍射线的指数。
4. 为何粉末衍射仪法中一般记录到的衍射线强度都是平行于试样表面的反射晶面的衍射
强度？
5. 用厄瓦尔德图解法来说明粉末衍射原理。
四 物相分析
1. 说明X 射线物相分析中的物相是指什么？说出X 射线物相分析的任务。
2. 说明X 射线物相分析的基本原理。
3. 说明X 射线物相分析定性分析的主要步骤。
4. 试样中掺进ωr =0.2含量的参考相，在混样的衍射图上，J 相最强线与参考相最强线的积
分强度比为1.5，查JCPDS 索引得到J 相和R 相的K 值分别为1.5和0.5，求J 相在原样品中的含量。
5. 由定性分析测试得试样中只有三个结晶相（不存在非晶态），在同一衍射图上它们的最
强线强度比I 1/I 2、I 1/I 3分别为0.57、0.30。
求三个相的重量分量。
（已知三相最强线与刚玉的参考强度比分别为1.5、0.9、0.5。
）
6. 取两份100克试样，分别掺入20克、30克该试样中某一相的纯标样，制得两个混样。
掺入相最强线与另一参考相之最强线的强度比分别为0.5、0.71。
求原试样中与掺入相相同之物相的含量。
7. 从某淬火钢的衍射图上测得马氏体（211）衍射线的积分强度为Ia 211=459；残余奥氏体
（311）衍射线的积分强度为Ir 311=184，衍射图上无其它相存在。
经理论计算它两的参考强度分别为Ca 211=38，Cr 311=36，试计算残余奥氏体含量。
五 粉末法测定晶体结构
1. 用CuK α辐射摄取某立方晶体的粉末相，得到十条衍射线。
它们的sin 2θ值分别为0.1108，
0.1482，0.294，0.4051，0.4419，0.5909，0.6991，0.7375，0.8817，0.9914，试将这些线条指标化，确定其点阵类型，并粗略计算点阵常数。
2. 用钼K α辐射（λ=0.7107埃）拍摄某立方晶系粉晶图，测得如下八条衍射线的sin 2θ分别
为0.0349，0.0699，0.1049，0.1395，0.1748，0.2097，0.2442，0.2793。
试将它们指标化，确定其点阵类型，并较正确地计算它的晶格常数。
（不用图解法或最小二乘法）
3. 某一立方体的德拜相，辐射为Cu ，测得K α衍射线条的sin 2θ值分别如表： H 2+K 2+L 2sin 2θ
38 0.9114 40 0.9563
41 0.9765
42 0.9980
试用柯亨法（外推函数为cos 2θ），计算点阵常数（精确到小数4位）。
4. 列出求解四方晶系点阵常数的正则方程组。
外推函数为cos 2θ。
5. 某物相属d c a I 2
241空间群，写出粉晶图上前十条衍射线的可能衍射指数。
6. CuK α1辐射（λ=1.5406埃）测得粉末试样和标准试样在衍射角2θ=30O 衍射峰的积分宽
和半高宽分别为B=0.0374，b=0.012；Wh=0.0352，Wg=0.0113。
试求微晶尺寸。
六 单晶法及测定单晶体取向
1. 劳厄法中采用什么靶比较经济，为什么？
2. 为什么劳厄法中低指数晶面的劳厄斑点强度一般比高指数的要强？
3. 背射劳厄相上劳厄斑点分布有哪些主要特点？请用厄瓦尔德图解法解释。
4.劳厄法有哪些主要应用?
5.说明背射劳厄法测定晶体取向的基本原理。
6.叙述背射劳厄法测定晶体取向的基本步骤。
