X-射线吸收
相关内容(Related topics)
轫致辐射、特征辐射、布喇格散射、微弱吸收、质量吸收系数、吸收边沿、
半吸收厚度、光电效应、康普敦散射、配对生产
原理和任务(Principle and task)
使用单晶
分析
定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析
仪可以对多色的 X-射线进行能量的选择，获得的单色辐射做
为主辐射，用它来测量各种金属的吸收行为与吸收厚度和主辐射波长的函数关
系。
实验设备(Equipment)
X-射线基本组件， 35kV 09058.99 1
X-射线的角度计，35kV 09058.10 1
铜 X-射线管的插入组件 09058.50 1
计数管，B 型 09005.00 1
晶体锂-氟化物，裱好的 09056.05 1
X-射线吸收设备 09056.02 1
推荐的附件：
X-射线组件软件，35kV 14407.61 1
数据线，插头/插座，9针 14602.00 1
计算机
课题(Problems)
1． 由测量得到，铝、锌的主辐射强度的减弱是材料厚度和在两个不同
波长处的函数。从测量值的图中可以决定物质的吸收系数。
例图 1 X-射线吸收实验设备
2． 确定铝、锌、锡箔物质吸收系数的厚度常数与波长的函数关系，这
可以用函数μ/ρ=f (λ3)图象表示出来。
3． 确定铜、镍的物质吸收系数与波长和测量划分值的函数关系。计算 K
层能量。
4． 函数μ/ρ=f (Z3)被证明是有效的。
实验设备组装和实验过程(Set-up and procedure)
按例图 1组配实验设备。
把 X-射线仪的开关关掉，在实验设备基板面的相应的套接口上连接好角度
计和计数管，设置角度计和裱好的晶体分析仪在左挡板，设置计数管在右档板。
记录光谱还需要以下的设置：
——自动和手动模式
——门时 50s或更长
——角步进宽度 0.1°
——阳极电压Ua=25-35kV, 阳极电流Ia=1mA
注意：
请不要将计数管长时暴露在主辐射区下。
为了保证最小的相对误差，总是使用一个 50s或更长的门时，以致所有的脉
冲数总能高于 1000。在脉冲小时，本底辐射必须被计算在内，并在加速电压
Ua=0V时，开始仔细考虑。
由于计数器存在死时间τ，高脉冲率 N*应根据如下的式子，被修改为正确
的脉冲率 N。
为了确定两种不同材料的吸收是吸收器厚度的函数，首先，不用吸收器测量
不同观察角（波长）的强度，然后用吸收器再测一遍。两种金属箔可以结合使用。
在例图 2 中绘制测量值。在 6°<ϑ <16°范围内以 ϑΔ =1°-2°方式递增，先确
定铝的吸收，然后是锡（d=0.025mm）并绘制在例图 3中。
为了保证镍和铜（d=0.025mm）的测量值达到足够的精度，可以在吸收边沿
附近增加测量点的数目和在宽波长内增加测量间隔（例图 4和例图 5）。
理论和计算(Theory and evaluation)
如果让强度为I0的X-射线穿透厚度为d的物质，那么穿透后的强度将由如下
公式算出：
直线的斜率u量的单位是cm-1，它与主辐射的波长r和原子序数Z相关。
例图 2 脉冲率的半对数坐标表述与吸收器厚度的函数关系
Ua=35kV，Ia=1mV
曲线 1铝（Z=13）；
曲线 2铝（Z=13）；
曲线 3锌（Z=30）；
为了能对不同物质的吸收能力进行直接比较，最好使用半吸收厚度d1/2，这
种材料厚度能将主辐射强度减半。当使用半吸收厚度时，（2）式变成（3）式：
（——————） （3）
由于下降率和质量成比例，质量的吸收系数μ/ρ常被使用（其中 ρ是质量
密度，单位是cm2/g）。
下列过程将引起强度的减弱：
1．光电效应
2．散射
3．配对产生
第三步是适合γ射线辐射的，为了符合最低能量的
要求
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，正好等于电子静止
能量的 2倍。
2E0＝2mc2＝1.02MeV
为此，X-射线的吸收系数由下面分量组成：
στμ += （4）
τ ：光电效应吸收系数
σ ：散射系数
例图 3 L铝和锡的——是主辐射波长的函数；Ua=25kV
在这里使用的波长范围，主要是考虑光电效应吸收的原因，为此：τ ﹥σ 。
下面使用的等式（经验所得）已经足够精确：
（——————－） （5）
其中 Z是原子序数。
以上的常数 K 的各个因数只适用于波长——，其中把——理解为相应的 K
能级吸收边沿波长。它是与随着主辐射吸收的波长增加的吸收和吸收元素的原子
序数相一致的。
由于吸收是整个原子的特性，它相当于从相关的元素的附加吸收系数编译出
来的分子吸收
为了产生铜 X-射线光谱吸收分析所必须的单色辐射，一个单晶将被作为单
色仪使用。波长 λ由布喇格等式决定。
2dsinϑ＝nλ （6）
ϑ 观察角度
n（1、2、3……）散射级
d=2.014pm 锂-氟（Li-F）晶体常数
例图 2 显示了不同吸收厚度和绘制在半对数坐标的两个不同波长的测量脉
冲率。曲线 1和曲线 2对应铝（Z= 13、ρ=2.7g/cm3），曲线 3 对应锌（Z=30、
ρ=7.14g/cm3）。
从例图 2 中可以明显看出吸收是伴随着主辐射的波长和原子序数的增加而
增加。从例图 2获得的结果，并被用于（2）式和（6）式，被列于表一中。根据
（5）式，波长和铝吸收的关系是明显的。根据（5）式对铝、锌的原子序数 Z
和质量吸收系数做验证是不可能的，因为主辐射的波长是根据锌的 K 吸收边沿
相应变化的。（5）式只在吸收边沿以外有效。
例图 3显示了（5）式给出的波长 λ 相应的λ3，由实验确定的铝和锡
（Z=50、ρ=7.28g/cm3）相互关系。如果X-射线的波长减少，以致它的能量等于
某一个吸收器原子能级的能量时，发现吸收有一个突然的增加。例图 4显示了铜
的这种情况（Z=29、ρ=8.96g/cm3）。
因此，根据（5）式，当数值直线下降到极限波长λk时，又忽然上升到下降以前。
在这个实验中，λ﹥λk=138pm，所以要使用下面的式子：
其中：
h=6.6256×10-34Js普朗克常数
c=209979×108m/s光速
e=1.6021×10-19J基本电荷电量
可以得到如下这些铜 K层能量：
Cu-Ek=8.98keV（理论值：8.98 keV）
通过增加由第二级散射衍射产生的短波光电子，在吸收边沿前产生了吸收背
离直线现象。
例图 5显示了镍的吸收曲线（Z=28、ρ=8.99 g/cm3）。因为镍的原子序数比铜
的原子序数小， EK（Ni）
λk（Cu）在这里都可以使用。
当λk（Ni）=149pm时，这是完全正确的。
使用从（7）式得到的λk（Ni）值：
EK（镍）=8.32 keV（理论值：8.33keV）。
镍滤波器被用来对从铜X-射线管的辐射做单色化。当完成单色化后，只有具
有E（Kα）=EK-EL23＝（8.89-0.95）keV=8.03 keV的铜辐射Kα特征射线允许通
过，而E（Kβ）=EK-EM23=（8.98-0.074）keV=8.9 keV的Kβ特征射线被吸收（请
查看相关实验 5.4.06）。吸收曲线在λ ﹤100pm处的减少是第二级散射衍射的
结果。
通过简单的计算可以帮助加强验证这个事实。
在高能区，X-射线谱的开始，是由 X-射线管的加速电压决定的（请查看相关
实验 5.4.09）。根据（7）式，25kV的加速电压对应 49.6pm的波长。如果这一值
被代入第二级衍射布喇格方程，那么散射将在观察角小于 14.3°时发生。
在这个观察角下，波长为 99.2pm 的 X-射线从第一级衍射发射，以致在观察
角ϑ﹥1.3°（99.2pm）下主辐射有一定百分比的短波光子与吸收器发生碰撞。
结果，吸收器表现比本身跟清晰。这种扰乱效果并不象例图 5表现的那么生动。
由于选定特定的减小的源电压 Ua=20kV，轫致辐射只在大的观察角范围内有活
动。
而且，轫致辐射的强度在 Ua=35kV处比 Ua=20kV小。
最后，例图 6显示了吸收和原子序数Z的关系。请记住在λ<λk和λ>λk范围
内，吸收行为是不同的，原子序数Z对吸收系数的关系，只能在相等的吸收范围
内进行比较。有交叉标注的文献数值可以作为测量值的参考。
参考文献：
相关原子能级值引自“化学和物理手册”，科学研究协作委员会[CRC]印刷
公司…佛罗里达(美国州名) Florida
例图 4 铜的吸收边沿；Ua=25kV；λk＝138pm
例图 5 镍的吸收边沿；Ua=25kV；λk＝149pm
例图 6（————）用圆标注的值是文献值
浙公网安备 33021202002483