X射线照射到物体表甘之后，有一部分要话过物质，一部分要被物质吸收。实验 明，强度为1的人射X射线在共匀物质内部通过时，强度的衰减率与在物质内通过的跑 离x成比例 d1/l udx 比例系数：称为线吸收系数，它的意义是在X射线的传播方向上，单位长度上的X射线 强度衰减程接「cm小。与物质种类、密度、X射线波长有关。由于μ与质量有关，分析 计算起来不方使，于是作-下处理，今/0=/g为质量吸收系数，其中D为物 质密度。因为。是物质周有值，所以以也就是物质固有值了，使用时查表即可。书后附 表巾给出了几种物质的质量吸收系数。它的物理意义是单位重量物质对X射线的衰减 。4与物质密度p和物质状态无关，而与物质原子序数2和X射线波长入有关。将式 (111)两对0~x取积分，变形整理 I.=loe-co =loe-" (1-12) 10为入射X射线强度，为人射线在穿过厚度为x的物质后的强度。红，是波长的函数， 当入减小时，以三次方规律减小，其关系为 taKa'z? (1-13) 式中一常数 实践中经常需要计算含有两种元素以上物质的吸收系数。这种物质无论是混合物、 溶液、化合物还是固体，液体、气体，其质量吸收系数均可以用各种成分的质量分数与其质 量吸收系数的乘积的平均值求得。设形，、形，与（μ/p(μ/p2等分别为成分12等的 质量分数和质量吸收系数，则物质的质量吸收系数可出下式表示 ），+(》，+. (1-14) 齿为：=(-)，表示单位长度上物质使在自身中传精的X射线强度衰减的程 度，当沿同一方向的两条光路上存在以=2不同的两种物质时，g和均不相同。 由此可进行生物体透视和工业生产中产品探伤研究。 2.光电效应 光电效应是人射X射线的光量子与物质原子中电子相互碰撞时产生的物理效应。 当人射光量子的能量足够大时，可以从被照射物质的原子内部（例如K壳层）击出一个电 子，同时外层高能态电子要向内层的K空位跃迁，辐射出波长一定的特征X射线。为与 入射X射线相区别，称由X射线激发所产生的特征X射线为二次特征X射线或荧光X射 线。这种以光子激发原子所发生的激发和辐射过程称为光电效应，被击出的电子称为光 电子。一次特征X射线的一部分能量转变为所照射物质的二次特征辐射，表现为物质对 人射X射线的吸收，这一吸收非常强烈，吸收系数变化如图1-10所示。为产生K系荧光 辐射，入射光子的能量w必须大于或等于K层电子的逸出功Wx,即≥Wx,而Wg eVk,p=c/入，故当 h号≥eW (1-15) 即 ·12
As餐-12-am) 时，便产生K系的光电效应。式中Vk是把原子中K 壳层电子击出原轨道所需要的最小激发电压，入K是把 上述K壳层电子击出所霜要的人射光最长被长。只 有入射X射线的A≤入K=1.24/y,(m)时才能产生K 系荧光辐射。在讨论光电效应产生的条件时，入x叫做 K系激发限；若讨论X射线被物质吸收（光电吸牧） 3 时，又可把入x叫吸收限。即当人射X射线波长刚好入 20 ≤入、时，可发生此种物质对波长为入x的X射线的强 烈吸收，而且正好在入=x=1.24/Vk时吸收最为严 重，形成所谓的吸收边，此时荧光散射也最严重。不 2 过对于入<入心的那种波山有吸收，阳吸收程度小于入 =Ak时的情况，此时散射荧光也于入=A的情况 定性地看，如图110曲线所示，当入射X射线波图0一个X射线量子所共有的能 长A从较大（如A=2.5A)开始减小，光子能量随之增 以及的的质量吸收系数随 加光子能量越大战容易在吸收体中穿过，枚使吸收 波长的变化 系数印下降；当达到k时，这时光量子能是刚好击出山吸收体的电了，形成大量光电了 及二次特征X射线，造成强烈光电效应使：/爽然上升：当进-步减少人射辐射波长入， 使入<入K以后，这时已超出吸收体K电子逸出功甲范围，使光电效应达到饱和，多余能 量穿透过吸收体，而且入患小，穿透性越大，故使/p下降。 须注意，此处Ak=1.24/Vx(mm)与连续X射线谱中短波极限A.±J.24/V(nm)的形 式完全相同，但意义决然木同 3.俄欧(Aer)效立 光电了发射 图1-1中对比示意出了光电子，俄做电子利 00◆电-垂 荧光X射线三种过程的微观机制。原子巾-个K 层电子被击出后，它就处于K激发态。其能址为 飞k当有一个L层电子跃入K层填补空位，K电 离就变为L电离，能量由K变为u,同时将有 (ex-eui)的能量释放山来。能量释放会产生两种 效应，一种是应产生人辐射（如前所述）：另一种 茨光X时线加俄电 是被包括空位层在内的邻近电子或较外层电子 (比如另一个【电子)所吸收，促使该电受邀发 逸出原子变为二次电子。也就是说K层一个空位 被L层两个空位所代替。二次电子的能量有岗定 值，按上述举例近似地等于立c=eK-e山-eUe 这种具有特征能量的电子是俄数(M.P.Aug©r)于 1925年发现的，故称为俄歇电子。从L层逃出的 光电子，俄默电子和荧光X射线北子叫KL欧电，当然也可行在KM1俄歇电 三种过程示意图 子。 13
可见，每种物质的俄歇电子能量大小只取决于该物质的原子能级结构，是原子序数的 单值函数，是一种元素的固有特征。同时，这种特征电子能量很低，只有几百电子伏特，在 固体表面以内深处即使有这种电子也跑不出来，测量不到。所以利用俄歌效应设计的俄 歌谱仪便成了对固体表面2·3层原子成分分析的最合适的仪器，用逐层轰击法还可进行 逐层分析。试验结果表明，轻元素俄歇电子的发射几率比荧光X射线发射几率大，所以 轻元素的俄欧效应较重元素的强烈。 物质对X射线的吸收有两类方式，一种是原子对X射线的漫散射，它与空气中的灰 尘对可见光的漫散射相似，形成漫散射的X射线向四周发散，其能量只占吸收能量的极 少的一部分。真正意义的吸收是电子在原子内的迁移所引起的，它是一个很大的能量转 换过程，例如入射X射线的一部分能量转变成光电子、俄歇电子、荧光X射线、正负电子 对等个体的能量以及热散能量，称之为真吸收。漫散射式的吸收与真吸收构成由质量吸 收系数以/p表征的全吸收。 三、吸收限的应用 L.滤波片(ler)的选择。在X射浅衍射分析中，大多效情况下都希望利用接近于 “单色”即波长较单一的X射线。然而，K系特征谱线包括K。K两条谱线，它们会在品 体中同时发生衍射产生出两套衍射花样，使分析工作受到干扰。因此，总希望从K。、K 两条谱线中滤掉一条，得到“单色”的入射X射线。 质量吸收系数为、吸收限为入x的物质，可以强烈地吸收入≤入x这些波长的人射X 射线，而对于A>入x的X射线吸收很少，这一特性可以给我们提供一个有效的手段。可 以选择Ax潮好位于辐射源的K。和K之间并尽最靠近K。的金属薄片作为滤波片，微在 X射线源与试样之间。这时滤波片对K射线产生强烈的吸收，而对K,却吸收很少，经这 祥滤波的X射线如图1-12所示，几乎只剩下K.辍射了。 1.2 1.4 6 1.8 12 1.4 (a)无滤被片 (以快滤波片 图1~12铜辐射在通过镍选波片以前(a)和以后()的强度比较 (线所示为像的质量吸收系数】 ·14
滤波片的厚度对滤波质量也有影响：滤波片太厚，对K。的吸收也增加，对实验不 利。实践表明，当K线的强度被吸收到原来的-半时，KgK将由滤波前的1/5提高为 1/500左右，这可以满足一般的衍射工作。在选定了滤波片材料后，其厚度可利用式(1- 12)计算。常用滤被片数据列于表11。 表11常用的滤波片 阳极把原子序数K波长K波长 片 (m) (en） 材料原子序数 AK 厚度·(mm)/6(K) Cr 24 02200000R48 22 022600 006 0.S0 26 01g373 017565 5 0169d 0.016 06 0.179% 0.620 0.174 0.01 多 25 0.1659 0.15001 Co 27 0.1072 0.013 0.53 29 0.15418 0.13922 28 0.14869 0.021 0.40 Mo 0m10m 0.06323 2 0.06888 0.108 0.31 Ag4 0.056090.04970h 0.05338 0.079 0.29 ·滤波石/X,的强度比为1/60 祧波片材料是根据靶元素确定的。由表11的数据可总结出下列规往，设要物质匠 子序数为乙，所选滤波片物质原子序数为Z片，则当粑固定以后应满足 当Za<40时，则Z二Z题-1 当Z能≥40时，则Z片=ZE-2 2.阳极靶的选择。在X射线衍射实验中，若人射X射线在试样上产生荧光X射线 测只增加衍射花样的背底强度，对衍射分析不利。针对试样的原子序数，可以调整靶材的 种类避免：试样上产生荧光辐射。若试样的K系吸收限为入K,应选择靶的K。波长稍稍 大于入x,并尽量幕近入，这样不产生K系荧光，而且吸收又最小。一般应满足以下经验公 Z≤Z试样+1 例如分析e试样时，应该用C。靶或Fe靶，如果用Ni靶时，会产生较高的背底水平。这 时因为Fc的入K=0.17429m,而Ni靶的K。射线波长AK=0.16591m,故而1好大逢地产 生光电吸收，造成严重非相干散射背底。 §1-6X射线的安全防护 人体过量接受X射线照射会引起局部组织损伤、杯死或带来其它疾患。如使人精神 衰退、头最、毛发脱落、血液的组成及性能变坏以及影响生有等。影响程度取决于X射线 的强度、波长和人体的接受部位。根据国际放射学会规定，健康人的安全剂量为每工作周 不超过0.7×104C/kg为保障从事射线的工作人员的健康和安全，我国制定了《射线 防护规定》C8-4国家标准，要求对专业工作人员的照射剂量经常进行监测。 虽然X射线对人休有害，但只要每个工作者都能严格遵守安全条例，注意采取安全 防护措施，意外事故是可以避免的。如在调整相机和仪器对光时，注意不要将手或身体的 任何部位直接暴露在X射线光束下，更要严防X射线直接照射到眼中。仪器正常工作 后，实验人员应立即离开X射线实验室。重金属铅可强烈吸收X射线，可以在需要屏蔽 】5
的地方加上铅屏或铅玻璃屏，必要时还可戴上铅玻璃眼镜，铅橡胶手套和围裙，以有效地 挡住X射线。 月 题 】.计算0.071nm(MoK)和0.154m(CuK)的X射线的振动频率和能量。（答案：4. 23×108s-1,2.80×10J,1.95×108s-1,1.29×105J） 2计算当管电压为0kW时，电子在与粑碰撞时的迷度与动能以及所发射的连续诸 的短波限和光子的最大动能。 3,分析下列荧光韬射产生的可能性，为什么？ (I)用CuKX射线激发CuK,荧光辎射： (2)用CuKaX射线激发CK。荧光镉射： (3)用CuKX射线激发Cul。荧光辐射。 4,以铅为玻收体，利用MoK。、RK。、A.X射线面图，T图解法证明式(I-3)的正确 性。（铅对于上述X射线的质量吸收系数分别为122.8,84.13,66.14cm2/g):再由曲线求 出铅对应于管电压为30kV条件下所发出的最短波长时质量吸收系数。（答案：33㎡/g) 5.计算空气对C的质量吸收系数和线吸收系数（假设空气中只有质量分数80%的 氮和质量分数20%的氧，空气的密度为1.29×103g/)。(答案：26.97cm2/g,3.48× 10-2cml) 6.为使CuK.线的强度衰减1/2，需要多厚的Ni滤波片？(N的密度为8.90g/cm)e 7.CuK和GuK2的强发比在入射时为2：1，利拥第6题算得的Mi滤被片之后其比值 会有什么变化？ 8.试计算Cu的K系激发电压。（答案：8980V) 9.试计算G的K1射线的波长。（答案：0.1541nm) 16