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X射線熒光的基本原理

發(fā)布時(shí)間:2018-08-13 08:58:35         點(diǎn)擊:11240


X射線是德國物理學(xué)家倫琴在研究稀薄氣體放電實(shí)驗(yàn)時(shí),采用了一種特殊裝置,此裝置發(fā)射電子,在陰極相對的位置裝置金屬陽極,在陰陽兩極之間加以高電壓,當(dāng)容器充有稀薄氣體時(shí),氣體中可觀察到放電現(xiàn)象,試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的這種未知射線,倫琴命名為X射線。對X射線定義為:電子在原子核附近加速或核外內(nèi)層電子能級(jí)間發(fā)生躍遷時(shí)所發(fā)射的電磁輻射。

X射線熒光是由原級(jí)X射線照射待測樣品時(shí)所產(chǎn)生的次級(jí)X射線,入射的X射線具有相對較大的能量,使其可以轟擊出位于元素原子內(nèi)層中的電子。X射線熒光光譜的波長在0.01-10納米之間,能量在124KeV-0.124KeV之間。用于元素分析中的X射線熒光光譜波長的范圍在0.01-11納米之間,能量為0.111-0.124KeV。

當(dāng)X射線激發(fā)出試樣特征X射線時(shí),其入射電磁輻射能量必須大于某一個(gè)值才能引起其內(nèi)層電子激發(fā)態(tài)從而形成空穴并引起電子的躍遷,這個(gè)值是吸收限,相當(dāng)于內(nèi)層電子的功函數(shù)。如果入射電磁輻射的能量低于吸收限則在任何情況下都不能激發(fā)原子內(nèi)層電子并產(chǎn)生特征X射線。
X射線的激發(fā)。

元素是由原子組成的,每個(gè)原子的化學(xué)性質(zhì)完全相同,原子又由原子核和核外電子組成,核外電子是按照層狀規(guī)律分布的,由此構(gòu)成原子的電子殼結(jié)構(gòu),電子殼層由內(nèi)而外分為多個(gè)層,每個(gè)殼層最多可容納2n2個(gè)電子,這就是泡利不相容原理,其中K層為能級(jí)最低的殼層,其次是L層、M層等,能級(jí)的大小與該殼層電子結(jié)合能相等。在正常狀態(tài)下,高能級(jí)電子填滿低能級(jí)使原子處于穩(wěn)定態(tài),當(dāng)收到X射線,高能粒子束照射時(shí),由于高能粒子和光子于試樣原子發(fā)生碰撞,將原子內(nèi)層電子逐出,并在其位置形成空穴,因此原子處于激發(fā)態(tài),這種處于激發(fā)態(tài)的離子壽命極短,當(dāng)外層電子躍遷到內(nèi)層空穴,多余的能量會(huì)以X射線的形式釋放出,并在外層產(chǎn)生新的空穴和新的X射線發(fā)射,從而產(chǎn)生一系列的特征X射線。

如果要得到某元素的特征X射線,需要對元素原子內(nèi)層電子進(jìn)行激發(fā),使得內(nèi)層電子獲得一定能量,能夠脫離原子核的束縛,從而在內(nèi)層軌道形成電子空穴,當(dāng)較高能級(jí)電子填補(bǔ)這一空穴時(shí),才會(huì)發(fā)射一定能量的特征X射線,這個(gè)過程就是X射線的激發(fā),也就是X射線熒光的基本原理。
 

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