一、X射線的產(chǎn)生

X射線管：電子槍產(chǎn)生高速電子打到金屬靶（陽極靶）上，損失的動(dòng)能一部分以X射線形式放出。

二、X射線與物質(zhì)的相互作用

一切現(xiàn)象都是相互作用的效果。X射線與物質(zhì)相互作用存在著透射與吸收、散射等效應(yīng)。

1）X射線具有很強(qiáng)的穿透力，其穿透程度與X射線的波長、厚度等因素有關(guān)，可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)造影、無損探傷等。

2）X射線與物質(zhì)相互作用，當(dāng)X射線能量足夠大是，能使物質(zhì)原子核外某層（K/L/M/N）的電子脫離原子核束縛成為自由電子，也就是光電子，這也是光電效應(yīng)。假設(shè)，X射線使得物質(zhì)原子核外的K層上的電子成為自由電子，那么在K層上有一個(gè)空位，使得更外層的電子（L/M/N層）向內(nèi)層躍遷（內(nèi)層能量低），釋放兩個(gè)軌道之間的能量，這個(gè)能量若放出則為熒光（光產(chǎn)生光叫做熒光），若使得更外層的電子脫離束縛成為自由電子（離原子核越遠(yuǎn)，成為自由電子需要的能量越低），則這個(gè)電子為俄歇電子。

3）若X射線能量不足以使得電子成為自由電子，兩者相互作用，使光子能量發(fā)生改變，則為非彈性散射；若僅改變光子的方向不改變其能量大小，也就是入射波和反射波的波長一致，這種作用為彈性散射。彈性散射可以發(fā)生相干散射級(jí)，波長增強(qiáng)或相消。

三、X射線衍射的原理

X射線與晶體中的原子發(fā)生彈性散射，X射線會(huì)被原子向四面八方散射。當(dāng)入射線的波程差為波長的整數(shù)倍時(shí)，在某方向上（根據(jù)布拉格方程，則在入射線成2 theta方向上）會(huì)發(fā)生相干加強(qiáng)，形成衍射波。

四、X射線粉末衍射儀

X射線衍射儀主要包括X射線源（S）、接收器（F）、樣品臺(tái)、測(cè)角儀等部分。X射線源發(fā)出X射線，經(jīng)粉末多晶樣品發(fā)生相干散射，接收器接受滿足布拉格方程（也就是入射線與反射線成2theta的方向）且與樣品表面平行的那些晶面的信號(hào)，測(cè)角儀測(cè)得2theta的值，計(jì)數(shù)器得到強(qiáng)度，進(jìn)而得到X射線衍射圖譜。

Q&A

注：theta為掠射角，是入射線與樣品的夾角；X射線發(fā)生衍射，入射線和反射線的夾角為2theta。

Q1：對(duì)于X射線源不動(dòng)，樣品和接收器旋轉(zhuǎn)的模式，為什么樣品和接收器的旋轉(zhuǎn)角度比為1：2

？

A1：首先要清楚兩個(gè)圓，一個(gè)是測(cè)角儀圓，圓心O，用于測(cè)量2 theta值；一個(gè)是聚焦圓，是由X射線源（S）、接收器（F）、樣品臺(tái)（O）組成，其中樣品位于測(cè)角儀圓的圓心，樣品臺(tái)與聚焦圓相切，才能保證聚焦，這是因。在工作過程中，測(cè)角儀不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，聚焦圓的曲率半徑也不斷改變，為了確保樣品臺(tái)始終與聚焦圓相切，樣品臺(tái)也需要轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)測(cè)角儀F轉(zhuǎn)動(dòng)2theta角度，樣品臺(tái)若想保持與聚焦圓相切，晶面的方向與則需要旋轉(zhuǎn)theta。（圖3）要在聚焦圓上是因，1：2聯(lián)動(dòng)是果。

Q2：為什么接收器探測(cè)到的是與樣品表面平行的晶面信息？

與樣品表面平行的那些晶面才與聚焦圓相切，可近似看成各點(diǎn)都在聚焦圓上，則∠SOF＝∠SPAF＝∠SBF＝pai-2theta，都是聚焦圓的圓周角（圖2），其衍射線才能被接收器探測(cè)到。（Q1懂了，Q2就明白了）

Q3：多晶樣品為什么不需要旋轉(zhuǎn)樣品？

A3：對(duì)于多晶，其存在著不同的晶面取向，即X射線射入后對(duì)于不同取向的晶面其掠射角是不同的，肯定存在某掠射角在接收器方向上滿足布拉格方程發(fā)生衍射，進(jìn)而收到其信號(hào)。

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