X ray diffraction (XRD) X射线衍射分析
X ray diffraction (XRD) X射线衍射分析
第一章.X射线的性质 1概述 2X射线的性质 3X射线的产生 4X射线与物质的相互作用 5物质对X射线的吸收
第一章. X射线的性质 1 概述 2 X射线的性质 3 X射线的产生 4 X射线与物质的相互作用 5 物质对X射线的吸收
第一章。射线的性质 1概述 (1) 1895年伦琴(W.C.Roentgen)研究阴极射 线管时，发现管对阴极能放出一种有穿透力的肉 眼看不见的射线。由于它的本质在当时是一个 “未知数”，故称之为X射线。这一伟大发现当即 在医学上获得非凡的应用—X射线透视技术。 1912年劳埃(M.Von Laue)以晶体为光栅，发 现了晶体的X射线衍射现象，确定了X射线的电磁 波性质。 此后，X射线的研究在科学技术上给晶体学及 其相关学科带来突破性的飞跃发展。由于X射线 的重大意义和价值，所以人们又以它的发现者的 名字为其命名，称之为伦琴射线
1 概述 （1） 第一章. X射线的性质 1895年伦琴（W.C.Roentgen）研究阴极射 线管时，发现管对阴极能放出一种有穿透力的肉 眼看不见的射线。由于它的本质在当时是一个 “未知数”，故称之为X射线。这一伟大发现当即 在医学上获得非凡的应用——X射线透视技术。 1912年劳埃(M.Von Laue）以晶体为光栅，发 现了晶体的X射线衍射现象，确定了X射线的电磁 波性质。 此后，X射线的研究在科学技术上给晶体学及 其相关学科带来突破性的飞跃发展。由于X射线 的重大意义和价值，所以人们又以它的发现者的 名字为其命名，称之为伦琴射线
第一章.X射线的性质 1概述 (2) 射线和可见光一样属于电磁辐射，但其波长比 可见光短得多，介于紫外线与射线之间，约为102 到10A的范围。射线的频率大约是可见光的10倍， 所以它的光子能量比可见光的光子能量大得多，表 现明显的粒子性。 X射线波长短、光子能量大，由于这两个基本特 性，所以，X射线光学（几何光学和物理光学)虽然 具有和普通光学一样的理论基础，但两者的性质却 有很大的区别，射线与物质相互作用时产生的效应 和可见光也迥然不同
1 概述 （2） 第一章. X射线的性质 X射线和可见光一样属于电磁辐射，但其波长比 可见光短得多，介于紫外线与γ射线之间，约为10-2 到102Å的范围。X射线的频率大约是可见光的103倍， 所以它的光子能量比可见光的光子能量大得多，表 现明显的粒子性。 X射线波长短、光子能量大，由于这两个基本特 性，所以，X射线光学（几何光学和物理光学）虽然 具有和普通光学一样的理论基础，但两者的性质却 有很大的区别，X射线与物质相互作用时产生的效应 和可见光也迥然不同
第一章，X射线的性质 1概述 (3) 類事v 波长， 光子能量hv 波谱 微观源 检测方法 人为产生方法 (赫弦) (米) 电子伏特) (焦耳) 10 100 原子核 盖革和闪 加速器 IMeV-10 y射线 烁计数器 1A10 X射线 内层电子 电离室 X射线管 Inm-10 IkeV-10* 紫外线 0 10 10W 可见光 内层和外层电子光登费韩管 激光 1014 10 外层电子 大眼 10 红外线 辐射热测量器 电火花 10 分子振动和转动 1THz-102 热电偶 1cm-102 微波 电子自旋 1GHz10 -21cmH线 1m10 106 超高频 雷达 核自旋 品体 高频电视调频无线电 1MHz -10 10 1020 广播 电子线路 电子线路 1kmi 无线电射频 10 10- 电力传输线 交流发电机
第一章. X射线的性质 1 概述 （3）
第一章.X射线的性质 1概述(4) 可见光光谱： (单位nm) 390-446-464-500-578-592-620-720 紫青兰绿黄橙 红
1 概述 （4） 第一章. X射线的性质 可见光光谱： （单位 nm） 390－－446－－464－－500－－578－－592－－620－－720 紫 青 兰 绿 黄 橙 红
第一章.X射线的性质 2X射线的性质(1) (1)一般性质 X射线和其它电磁波一样，能产生反射、折射、 散射、干涉、衍射、偏振和吸收等现象。 但是，在通常实验条件下，很难观察到X射线 的反射。对于所有的介质，X射线的折射率都很 接近于1（但小于1），所以几乎不能被偏折到任一 有实际用途的程度，不可能像可见光那样用透镜成 像。因为≈1，所以只有在极精密的工作中才需 考虑折射对X射线作用介质的影响。X射线能产生 全反射，但是其掠射角极小
2 X射线的性质 （1） 第一章. X射线的性质 （1） 一般性质 X射线和其它电磁波一样，能产生反射、折射、 散射、干涉、衍射、偏振和吸收等现象。 但是，在通常实验条件下，很难观察到X射线 的反射。对于所有的介质，X射线的折射率n都很 接近于1（但小于1），所以几乎不能被偏折到任一 有实际用途的程度，不可能像可见光那样用透镜成 像。因为 n≈1，所以只有在极精密的工作中才需 考虑折射对X射线作用介质的影响。X射线能产生 全反射，但是其掠射角极小
第一章.X射线的性质 2X射线的性质(2) (2)衍射性质 在物质的微观结构中，原子和分子的距离（1 10A左右)正好落在X射线的波长范围内，所以物 质（特别是晶体）对X射线的散射和衍射能够传递 极为丰富的微观结构信息。 可以说，大多数关于X射线光学性质的研究及 其应用都集中在散射和衍射现象上，尤其是衍射 方面。X射线衍射方法是当今研究物质微观结构的 主要方法
2 X射线的性质 （2） 第一章. X射线的性质 （2） 衍射性质 在物质的微观结构中，原子和分子的距离（1 - 10Å左右）正好落在X射线的波长范围内，所以物 质（特别是晶体）对X射线的散射和衍射能够传递 极为丰富的微观结构信息。 可以说，大多数关于X射线光学性质的研究及 其应用都集中在散射和衍射现象上，尤其是衍射 方面。X射线衍射方法是当今研究物质微观结构的 主要方法
第一章.X射线的性质 2X射线的性质(3) (3)穿透性质 X射线穿透物质时都会被部分吸收，其强度将被衰减 变弱；吸收的程度与物质的组成、密度和厚度有关。在此过 程中X射线与物质的相互作用是很复杂的，会引起多种效应， 产生多种物理、化学过程。 例如，它可以使气体电离；使一些物质发出可见的荧光；能破 坏物质的化学键，引起化学分解，也能促使新键的形成，促进 物质的合成；作用于生物细胞组织，还会导致生理效应，使新 陈代谢发生变化甚至造成辐射损伤。然而，就X射线与物质之 间的物理作用而言，可以分为两类：入射线被电子散射的 过程以及入射线能量被原子吸收的过程
2 X射线的性质 （3） 第一章. X射线的性质 （3） 穿透性质 X射线穿透物质时都会被部分吸收,其强度将被衰减 变弱；吸收的程度与物质的组成、密度和厚度有关。在此过 程中X射线与物质的相互作用是很复杂的，会引起多种效应， 产生多种物理、化学过程。 例如，它可以使气体电离；使一些物质发出可见的荧光；能破 坏物质的化学键，引起化学分解，也能促使新键的形成，促进 物质的合成；作用于生物细胞组织，还会导致生理效应，使新 陈代谢发生变化甚至造成辐射损伤。然而，就X射线与物质之 间的物理作用而言，可以分为两类：入射线被电子散射的 过程以及入射线能量被原子吸收的过程
第一章.X射线的性质 2X射线的性质(4) (4) 散射性质 X射线散射的过程又可分为两种，一种是 只引起X射线方向的改变，不引起能量变化 的散射，称为相干散射，这是X射线衍射的 物理基础；另一种是既引起X射线光子方向 改变，也引起其能量的改变的散射，称为不 相干散射或康普顿散射（或康普顿效应）， 此过程同时产生反冲电子（光电子）
2 X射线的性质 （4） 第一章. X射线的性质 （4） 散射性质 X射线散射的过程又可分为两种，一种是 只引起X射线方向的改变， 不引起能量变化 的散射，称为相干散射，这是X射线衍射的 物理基础；另一种是既引起X射线光子方向 改变，也引起其能量的改变的散射，称为不 相干散射或康普顿散射（或康普顿效应）， 此过程同时产生反冲电子（光电子）