Page 56 - 理化检验-化学分册2017第八期

王 荣: 机械装备的失效分析( 续前)第 ６ 讲 X 射线分析技术

１．３ X 射线与物质的交互作用 ( Photoelectron ), 并使物质原子处于受激态.在受
当 X 射线与物质相遇时, 会产生各种形式错综 激原子的弛豫过程中发出荧光 X 射线( Fluorescent
复杂的交互作用.一般情况下, 除贯穿部分的光束 XＧra y 或俄歇电子( Au g er ); 另一部分能量则消耗
)
外, 射线一部分能量参与了物质的交互作用.入射 在 X 射线的散射之中, 包括相干散 射 和 不 相 干 散
X 射 线 光 子 可 以 被 物 质 吸 收,产 生 光 电 子 射, 此外它还会变成热量逸出, 如图 ３ 所示.

图 ３ X 射线与物质的交互作用示意图
Fi g 敭３ Schematicdia g ramofinteractionbetweenXＧra y andsubstances
１．３．１ 穿透和吸收 式中: K 为常数.
当一束强度为I ０ 的入射 X 射线经过一厚度为 式( ５ ) 表明: 元素的原子序数越大, 对 X 射线的
t 的均匀物质后, 在原入射方向上保持原波长, 但其 吸收能力越强; X 射线的波长越短, 吸收系数越小,
强度衰减为I , 会有如下关系式 对物质的穿透能力则越强.
I １．３．２ 散射
I＝ I ０ e l 或 ＝ e l ( １ )
－ μ t
－ μ t
X 射线穿过物质后其强度衰减, 除消耗于光电
I ０
式中: I / I ０ 称为透射系数; 是物质的线吸收系数, 效应和热效应外, 还有一部分偏离了原来的方向, 即
μ l
它决定于物质本身的性质和单位体积内的物质的质 发生了散射.在散射波中有波长与原波长相同的相
量( 密度), 所以它对于同一物质也不是一个常数. 干散射和波长变长的不相干散射.
为表达物质本身的吸收特性, 提出了质量吸收 １．３．３ 光电子、 荧光 X 射线和俄歇电子
系数 μ m 的概念, 即 入射 X 射线光子将物质原子中 K 层一个电子击
/
μ m ＝ μ l ρ ( ２ ) 出, 形成光电子并产生空位, L 层一个电子便会跃入
式中: 是吸收体的密度, －３ . K 层填补空位.此时, 多余的能量若以辐射 X 光子
gcm
ρ
将式( ２ ) 代入式( １ ) 得 的方式释放, 则产生荧光 X 射线; 若不以辐射 X 光子
I μ m 的方式释放, 而是促使 L 层的另一个电子获得能量
＝ e － μ ρ t ＝ e m ( ３ )
m
I ０ 跃出吸收体, 这种由一个 K 层的空位被 L 层上两个
式中: m＝ ρ t , 是单位面积和厚度为t 的体积中的物
空位代替的过程称为俄歇效应, 见图４ .由 L 层跃出
质的质量.
质量吸收系数 μ m 的物理意义为 X 射线通过单
位面积、 单位质量物质后强度的相对衰减量.若吸收
体是多元素的混合物、 固溶体或化合物时, 其质量吸
收系数仅决定于各组分的 μ mi 及其质量分数ω i 即
,
n
μ m ＝ ∑ μ mi ω i ( ４ )
i ＝１
式中: n 是吸收体中的组成数.
元素的质量吸收系数决定于其原子序数 z 和
入射 X 射线的波长λ , 此关系的经验公式如下 图 ４ 俄歇效应示意图
Fi g 敭４ Schematicdia g ramofAu g ereffect
μ m ＝Kλz ( ５ )
３ ３
５ ６ ４