能量色散x射线荧光方法1

能量色散X射线荧光方法简述

姓名：严 俊

专业：

学号：

核资源与核勘查工程 2011020478 摘要

能量色散X射线荧光方法是X射线方法的一个重要分支。它基于X射线的微粒性；并运用现代核技术方法进行激发与探测；然后使用计算机对数据进行处理。为了正确理解X射线的激发与探测过程，以及X射线穿过样品本身时，在能量和照射量率方面的变化，必须对X射线的实质有所了解这样才能进一步对测试结果有比较正确的解释，从而得出反映实际情况的结论，最后是关于能量色散X射线荧光的优缺点的简介以及其发展前景。

关键字：能量色散X射线荧光 X射线的激发与探测

一 X射线

1 X射线的发现与实质

产生X射线的装置示意图

上世纪末，德国物理学家伦琴在研究稀薄气体的放电现象时，采用了一种特殊的装置：在密封容器的一端装有热阴极以发射电子；在与阴极相对的位置上装有金属的对阴极也就是阳极，在阴极与阳极之间加有高压。在容器内充有稀薄的气体时，就可以观察到其中气体的放电现象。在实验中发现：在阳极附近，存在一种未知的射线。伦琴称之为“X射线”。对X射线进行初步的研究，人们已经了解到它的基本性质，可以归纳为以下几个方面：

波动性：超短波电磁辐射，以光速直线传播；不受电磁场的影响，在电磁场中不偏转；产生反射、折射、偏振、衍射和干涉等物理现象。 微粒性：产生相干和非相干散射；产生光电效应，激发光电子；激发X射线荧光；产生电子对效应，生成正、负电子对（当能量大于1.02MeV）；不带电，直线运动。

与物质作用时伴随的物理、化学和生物效应:

穿透各种物质，逐渐被吸收；使介质温度升高；使感光物质感光；使介质电离，生成正、负离子；产生磷光和荧光；激发靶元素的X射线荧光，产生俄歇电子或反冲电子；使物质分解、变性、产生自由基团；引起辐射损伤，改变介质特性，产生晶格缺陷；刺激生物组织，使之损伤、变异，甚至死亡；在研究X射线的早期，人们已经知道：伦琴发现的X射线并不是单一的成份，它由两部分组成：与电子能量（加速电压）相关的连续谱（或称“白光”）和与靶物质成份相关的“标识辐射”（即特征X射线）。连续谱源于高速运动的电子在靶物质原子核的库仑核场的作用下偏转，获得加速度而辐射能量—轫致辐射。其能量在0到电子最大能量之间连续分布。而特征X射线则是由于具有一定能量的电子激发核外内层电子形成电子空位后，外层电子由高能级向低能级跃迁时释放具有特征性的能量，其能量取决于核外电子的排布和能级。从产生机制上将X射线定义为：电子在原子核附近加速或核外内层电子能级间跃迁时发射的电磁辐射。以此区别于外层电子跃迁发射的可见光、红外辐射和紫外辐射，也区别于核衰变发射的γ射线。不论从波动性还是从微粒性的角度来研究X射线，都可以与其他电磁辐射和高能粒子相比较而列出一个大致的波谱范围。只不过其中波长较长、能量较低的部分主要表现为波动性；而波长较短、能量较高的部分主要表现为微粒性。

2 X射线能量和分支比

在核辐射测量方法中详细讨论了原子结构和核外电子的能级，而原子总是趋向于最低能量的稳定组态。根据能级分布，K壳层的能级最低，与核的结合能量大，K层电子只有一个能级，需要获得较多的能量才能达到0能级，成为自由电

子。L层的能级高于K层。当n =2时，l的取值可以是0,1；而j=｜l±1/2｜则可以分别是1/2,1和3/2,共有三支能级。这三个支能级的电子分别获得一定的能量才能脱离原子核的束缚，成为自由电子。对于M、N以及更高的壳层也具有相同的情况，只不过在主量子数较大的情况下，l有较多的取值，因而支能级较多。M壳层有5个支能级，而N壳层则有7个。 莫塞莱定律：

1 En??Rhc(z??)2?2

n 虽然以上的表达式具有一定的近似性，不能完全准确地反映X射线能量与原子序数的关系，但仍然正确揭示了元素的原子结构、X射线能量以及元素周期表上元素排列次序之间的内在联系。

二 X射线与物质相互作用

在研究X射线的过程中，无论是X射线的激发、探测，或者应用X射线的某些特点，完成某种任务，都必须通过观察X射线与物质的相互作用过程才能实现。X射线是一种电磁辐射。X射线与物质相互作用的特点与其他电磁辐射没有本质区别。但是，能量色散X射线荧光方法又具有其本身研究的能量范围。因而可以广泛应用电磁辐射与物质相互作用的基本理论和方法来研究X射线。与此同时，又必须注意X射线本身的能量特点。一般电磁辐射与物质相互作用时，具有以下几种物理过程：

1） 光电效应

电磁辐射将全部能量传递给原子，使该原子的壳层电子激发，并脱离原子成为具有一定能量的自由电子—光电子，而电磁辐射消失。

2） 散射效应

包括相干散射和非相干散射，前者发生在入射电磁辐射能量较低的情况下，而后者是一种弹性散射过程，只有能量的传递没有能量的转换，但电磁辐射的能量和运动方向都发生转变，因而是一种非相干散射，通常称之为“康普顿散射”。

3） 电子对效应

当入射电磁辐射与原子的原子核库仑场相互作用时，可能产生能量-质量的转变，即电磁辐射能量转变为正-负电子对。(至少需要电磁辐射能量大于1.02MeV)

还有就是不会引起明显影响的核共振反应和光致核反应。

三 能量色散X射线荧光分析 X射线荧光(XRF)的产生

自1 8 9 5 年伦琴( W ．C .Roentgen) 发现X 射线之后不久( 如图3-1)，莫塞莱(H·G·J·Moseley)于1 9 1 3 年建立了X 射线光谱分析法。随后，X 射线在工业上的应用日益广泛。X 射线荧光分析仪( X R F ) 就是一种基于X 射线特性的可以对多元素进行快速同时测定的仪器。在X 射线的激发下，被测元素原

子内层电子发生能级跃迁而发出次级X 射线( 即X- 荧光，如图3-2 所示) ，通过分析次级X 射线的特征物理量来获得元素的信息。

图3-1 X 射线产生图

图3-2 X 射线荧光（XRF）的产生

X 射线荧光(XRF)分析的发展

早期的波长色散型X 射线荧光分析仪( W D X R F ) ，基本上都是通过晶体衍射进行分光后，由探测器接收经过衍射的特征X 射线信号，通过不断地改变衍射角进行定性和定量分析。但由于分光系统庞大，机加工要求精密度非常高，所以价格昂贵。6 0 年代初发明半导体探测器后，对X - 荧光进行能谱分析成为能。能量和波长是从不同的角度来观察描述X 射线所采用的两个物理量。第一台EDXRF 是1969 年在美国海军实验室问世 。7 0 年代以来，由于计算机技术突飞猛进的发展，为能量色散X 射线光谱分析提供了强有力的工具，商品E D X R F 仪

搜索“diyifanwen.net”或“第一范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，第一范文网，提供最新小学教育能量色散x射线荧光方法1 全文阅读和word下载服务。