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第九章广角X射线衍射
第一节 X射线衍射法概述
一、X射线法历史

1895年11月,德国维茨堡大学物理学教授伦琴在研究阴极射线时，发现一种穿透力很强的辐射能使用黑纸密封的照相底片感光，并且为这种新的辐射线命名为“X射线”。
1912年德国物理学家劳厄用实验证明了X射线具有波动性,发现X射线能通过晶体产生衍射现象，证明了X射线的波动性和晶体内部结构的周期性，导出了著名的冯·劳厄方程，开创了X射线晶体学这一新领域。
1912年，V·H布拉格和W·L布拉格用X射线分析晶体结构，提出了著名的布拉格方程: nλ=2dsinθ，这一结果为X射线衍射分析提供了理论基础。
X射线被发现以后，科学家在物理学及相关学科中进行了大量的研究，取得了重大成果，在科学中得到广泛的应用。
例如，X射线可用来进行晶体结构分析，材料研究，测定蛋白质结构，常规***和照相，某些脏、器官的形态和病变观察，电子计算机应用到X射线断层技术(CT)等领域。
二、X射线物理
（一）X射线及X射线源
X射线是一种介于紫外线和γ射线之间的电磁波，-10纳米，在电磁波谱中得位置如图9-1所示。
X射线具有很强的穿透能力。能够产生X射线的设备通常称为X光机，它包括：高压发生器、整流、稳压电路，控制系统和保护系统，X光管。其核心部件是X光管，即X射线源。
1、X射线管
X射线管按照保持真空度的方式不同可分为密封式和可拆式两种。
密封式为生产时就抽好真空，可拆式是在使用时抽真空。衍射用密封X射线管是由处于真空条件下（10-6托）的钨丝在低电压（通常6 ~ 12 V）下加热，产生大量热电子，热电子在灯丝（阴极）和靶子（阳极）之间的强电场（通常衍射用20 ~ 40 kV）作用下高速轰击靶子，在它们与靶子碰撞的瞬间产生X射线。密封管的优点是使用方便，但功率较低，且造价较高，一般无法维修。
可拆式可随意更换阳极，灯丝烧坏后可调换，其功率较高，但使用不便，每次都要抽到一定的真空度后方可使用。
一般衍射仪使用密封管较多。
2．其他X射线源
（1）旋转阳极：固定阳极耙X射线管由于受散热的限制，管功率不大，而旋转阳极X射线管其阳极耙为可转动的圆盘，工作时阳极以每分钟数千转的速度旋转，这样可使耙面受电子轰击的部位随时改变，从而达到散热的效果。此种光源的功率较大,往往可达到数十甚至上百千瓦,但其技术难点在于转动部分的密封问题。
（2）同步辐射：它是利用电子在加速运动时要辐射电磁波的原理。这种辐射的波谱很广，并且非常稳定，另外它的准直性特别好，其长波部分特别适合于小角散射工作。
（二）X射线谱
1．连续X射线谱
当加在X射线管两端的电压未超过一定数值时所产生的X射线的波长是在一定范围内连续分布的，如图9-3中所示阳极耙材质为Mo的X射线管，在管电压在20kV以下时，产生的X射线光谱即为连续X射线谱，它包含着从一个短波限λSWL开始的全部波长，强度连续的随波长变化。
2．特征X射线谱
当X射线管的管电压增加到某一临界值时，在连续X射线谱的某些特定波长上会出现一些强度很高的尖锐峰，这些尖锐峰就构成了特征X射线谱。
此临界管电压称为激发电压VK，不同的阳极耙材具有不同的激发电压值。
当管电压高于激发电压后，继续增大管电压，则连续X射线谱的λSWL继续缩短，整个谱线强度增加更快。但特征X射线的波长及其强度之间的比例不变。
3. X射线与物质的作用
X射线在通过物质时都存在着某种程度的吸收，吸收作用包括散射和“真吸收”。
散射分为相干散射和非相干散射。
真吸收是由于光电效应造成的。
入射X射线
I0, l0
透射X射线
散射X射线(l=l0 相干散射和l1>l0非相干散射)
电子(反冲电子,俄歇电子,光电子)
荧光X射线
热能
图9-5 X射线与物质的作用