大小对X射线衍射阳样的形状、清晰度和今游*都有较大的彭响，址又射线管的前要质景指 标之一。焦点形状是由阴根灯丝的形状金属聚德避的形状决定的：”战X射找管的点是 1mm宽、10mm长的长方形。如图16所示。而X身：线管的密口总是开在与熊点的长边和 短边相垂直的位置，并使X射线束能以与靶回成3“心G的角射出。这样，在与焦点的短边 相垂直的方向的二个窗口，得到的表戏积为1mm×1mm的正方形点焦点，而在与焦点 长边相垂直的方向上的二个窗口，所得的是表观面积为0,1mm×10mm的线焦点。从点焦点 窗口发出的X射线，其单位立体角内的X射线强度高，适于概粉未照片和厄片等，而 从线集点窗口发出的X射线语用于衍时仪的工作。 图1一5旋转阳极结构示意跖 1-6 X射线管的点和从不同方向 石的表观编点形状 在有些衍射工作中，为了提高衍射图的分辨嘉，必须使光源的尺寸减小，这时就得采用 细聚焦X射线管，在这种X射线管中，有静电透电磁透镜，利用它们可使电子束豪焦 在很小的范围内，焦点尺寸可小到几十微米甚至儿微米。 2,同步辐射X射线源 在某些研究工作中，用强度特别高的X射线派，这时常应用同步辐射X射线源。根 电动力学理论可知，带电粒子作加速浴成时，会辐射光波。在电子同步加速器域电子储存环 中，高能电子在强大的磁偏转力的作用下作轨道运就时，会发射出一种极强的光辐射，称为 同步辐射，它的频讲范弼包括从红外区城直到硬X射线的各个频段，其中包括波长范围在 0,1一400A左右的连续的各个波长的X线。同北辐X射线源的特点是强度高，比通常的 X射线管所发出的X朝线约大03倍左右。墨此，有些工作用通常的X射线橙进行婴几小时 甚至几个星期，但利用同步辐射源只糯摆几分钟就能解决。此外，同步辐射还具有发散度 小，稳定性好，而且是纯粹的线偏振光等特点 三、X射线谱 正如太阳光包含有红、橙、贵，绿、弦、靛、紫等许多不同波长的光一样，从X射线管中 发出的X射线也不是单一波长（单色）的，而包含有许多不同波长的X射线。如果在比较 高的管电压下使用X射线管，并用X射线分光计实验量其中各个被长的X射线的强度， 般可得到图17@所示的波长与强度的关系曲线。实际上这条曲线是由图17b和图1·7心二 部分适加而成的。也就是说，X射线管中发出的X射线可以分为二部分：其中一部分具有从 某个最短波长（称之为短波极限）F始的途续的各种波长的X射线，知图；7b,称之为连
续X射线谱，或称为白色X射线谱，因为它象 白光一样，包含各种波长的光；另一部分是由若 千条特定波长的潜线构成的，如图17©，实 验证明，这种线只有当管电压超过一定的 数值Vx(称为激发电压)时才会产生，而这种 谱线的波长与X射线管的管电压、管电流等 工作条件无关，只决定于阳极材料，不同元素 制成的阳极将发出不同波长时谱线，因此称之 为特征X射线谱或标识x射线谱 作为阳极 材料的特征或标识。下面分别讨论连续X射线 谱与特征X射线谱。 1。连续X射线罐 诉代物理学从理论和实验一方面都证明 任何高速运动的带电粒子突然减速时，都会户 生电磁辐射。在X射线管中，从阴极发出的电子 在高电压的作用下以极大的速度向阳极运动， 当撞到阳极时，其大部分动能都变为热能而损 耗，但一部分动能就以电磁辐射 X射线的 形式放射出来，撞到阳极上的电子数极多。例 图1-7 X射线谱 如，当管流为16mA时，每秒就有10个电子， 这些电子与阳极碰撞的时间和条件各不相同，而且有的电子还可能与阳极作多次碰撞而逐步 转移其能量，.情况复杂，从而使产生的X射线也就有各种不同的波长，构成连续灌。在极展 情况下，电子将其在电场中加速得到的金部动能转化为一个光子，则此光子的能量最大、被 长最短，相当于短波极限波长时X射线。于是有： 即 (1-6) 其中为电子电荷，V为X射线管管电压，h为普朗克常数，c为光速。 连铁又射线的总强度是指图17中曲线下的面积，即： (1-7) t 实验证明：连续X射线的总强度与管电压、管电流及阳极材料的原子序数Z有下列关 系（经验公式： 1本续=及iZ (18) 其中为常数，约等于1,1~1,4×10'，m也是常数，约等于2，由此可见为了得到较强的 连续X射线，除加大管电压V及管电流：外，还应尽登采用阳极材料原子序数较大闲X射线 管，通常是用鹤靶X射线管。另一方面，X射线管可以允许的最大管压和管流是受到X 射线机及X射线管本身的绝缘性能和最大使用功率的限制的，不可以无腹增大。一般晶体 分析用X射线机的使用管压约为30~50：V,而管流为20~40mA左右，视X射线管的允许功 率而定
图18示意地画出了连续X射线强度随苦电、管电流：及附极材料原子序数z的变 化情况。若固定电流不变，而将鸽靶X射线管的使用电压V逐步提高，则可得到图18， 若固定管电压，变更管电流i,则得图1-8b。对于不同阳极材料的X射线强度也不同，如 图1“8c。 妈不问电 {图1一8各种条件对连续X射线强度的影响（示意函） 2,标识X射线谱 标识X射线时产生可以从原子结构观点得到解释。按照原子结构的壳层模型，原子中时 电子分布在以原子核为核心的若干壳层中，光谱学中依次称为K、L、M、N.壳层，分别相 应于主量子数n=】、2、3、4“。每个壳层中最多只能容纳22个电子。处在主量子数为 n的亮层中的电子，其能量值为： E. e(2- (19) 其中R、h、c都为常数，Z是此原子的原子序数，G称为屏蔽常数。K层电子，离原子核最近， 主量子数最小(n=1),故能量最低，其余L、M、N.层中的电子，能量依次递增，从而构 成一系列能级。在正常状况下，电子总是先占满能量最低的壳层，如K、L层等。 从X射线管中的热阴极发出的电子，在高电正的作用下，以很快速度撞到阳极上时，若 X射线管的管电压超过某一临界值V时，则电子的助能就足以将阳极物质原子中的K层电子 撞击出来。于是，在K层中就形成了一个空位。这一过程称之为激发。而Vx称为K系激发电 压。按照能量最低原理，电子具有尽造往低能级跑的趋势，所以当K层中有一空位出现时 L、M、N.层中的电子就会跃入此空位，同时将它们多余的能量以X射线光子的形式放出 来。当电子从主子数为的壳层，跳入主量子数为的壳层时，发出的X射线光子的频率 由下式决定： (110) 为了方便起见，对L、M、N.壳层中的电子跳入K层空位时发出的X射线，分别称之为 K、K、飞，.谱线，它们共同构成K系标识X射线。同样，当L、M.层电子被激发时，就
会产生L系、M系标识X射线。丽K系、L系、M系标识X射线又共同构成此原子时标识X 射线潜。结构分析常用的金属靶的L系、M系标识X射线波长一殷都很长，强度很弱，易被 物质吸收，在衍射分析工作中很少用到，所以今后我们主要讨论K系标识X射线。图19 中示意地画出了标识X射线的产生过程。 L系发 B: ,Ka元， 图】一9标识X射浅产生原强图 从式(1-10)可知，对K谱线而言，因：=1，：=2，所以： higa Rhe(z-a) 于是K谱线的波长Ax为： （111) 由上式可见，对于一完线系的某条谱线阿声，其波长与原子序数的平方近似成反比关系，这 就是若名的英塞菜定律。 原子的实际能级结格远较上述复杂，根据量子力学的计算，工壳层的能级实除上是由 L、1:、L:三个子能级枯成的，它们分别对应于3个子壳层，而M壳层的能级由5个子能 级M1、M,、M,花成，N层由7个能纸栏成。这共能级分别对应于主量子数，角威手数和 内量子数的不同数值，见图1-10，此外，电子在各能级之间的跃注还要服从如下的选择规 则：， △m*0g △1-+1事 △=±1或0 图110中，画出了按选择规则可能产生的部分标识X射线。可以看出，实际上K线 是由两条谱线K。.和K组成的，它们分别是电子从L,和L:子能级跳入K层空位时产生的， 由于能级L,与L:的能量值相差很小，因此K,和K线的波长很相近，仪差0.0O4A左右，通 常无法分辨。为此，常以K,来代表它们，并以K和K谱线波长的计权平均馆作为K,线时 波长。根据实验测定，K,线时强度是K时两倍，放取其权重也是K的两倍，斯取： 8
K 标识X射线的相对强度是由电 子在各能级之问附跃迁几宋达定 的。另外，还与跃迁前原来光层上 的电子数多少有关。例如：L层电 子跳入K层空位的儿率比M层电子 跳入压层空位的儿率大，因此K线 比K线强。而对K。.和K:谱线而 言，电子从L:子光层和L,子壳层跳 入区层空位时几率是楚不多的，但 因处在L子完层上的电子数是四 个，处在L:子壳层上的电了数只有 二个，故K。的强度是K的两倍 报据实验测定K。、K。和K湛线 的强度比约为 1,:11,=10050:22,与上注道 理相符。值得注意的是标识X射线 的强度与其同时发生的连续X射 的强度相比是很强的，对.般条外 下使用的X射线管而言，K。线的 强度约是其紧邻的连续谱线强度的 90倍 标识X射线的绝对强度随X射 图1-10 线管电施i和管电V的增大丽增 大，对K系谱线而，有下列近似关系： Ix=Bi(v-V)n (1-12) 其中B为常数。也是常数，约等于上，。看为K系激发电压，只有当V>Vx时才会产生标 识X射线，因为当<Y时，电子受电x加速所待到的动能V不足以将电子从K层上击出来。 所以V实际上是与能级E的教位对应的，即 eVr=Ex （113) 由式〔112)可知，增加管电压V和管电流：可以提高标识X射线的强度。但应当注意，管 电压增加时，与标识X射线同时产生的生续X射线强度也提高了，这对只要单色X射线的实 验工作是不利的。实践签验告诉我们，记金的工作电压约为V的3~5倍。在表11中列 出了常用的几种标识X射线的长以及其它有头数据。 从上可知，标识X射线产生访根因是欧子内层电子的跃迁。实际上，除用高速运动 的电予可激发出标识X射线外，用证上的横子、巾子以及X射线、Y射线也可激发出 标识X射线来，例如，用X射线射种预时，若X射线的光子能量大于该物质的(Ex) 就能微发出该物断们K标识X写：线来，这种山X发产生的次级标识X射线义为