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X射线荧光的基本原理

发布时间:2018-08-13 08:58:35         点击:672


X射线是德国物理学家伦琴在研究稀薄气体放电实验时,采用了一种特殊装置,此装置发射电子,在阴极相对的位置装置金属阳极,在阴阳两极之间加以高电压,当容器充有稀薄气体时,气体中可观察到放电现象,试验中发现的这种未知射线,伦琴命名为X射线。对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发生跃迁时所发射的电磁辐射。

X射线荧光是由原级X射线照射待测样品时所产生的次级X射线,入射的X射线具有相对较大的能量,使其可以轰击出位于元素原子内层中的电子。X射线荧光光谱的波长在0.01-10纳米之间,能量在124KeV-0.124KeV之间。用于元素分析中的X射线荧光光谱波长的范围在0.01-11纳米之间,能量为0.111-0.124KeV。

当X射线激发出试样特征X射线时,其入射电磁辐射能量必须大于某一个值才能引起其内层电子激发态从而形成空穴并引起电子的跃迁,这个值是吸收限,相当于内层电子的功函数。如果入射电磁辐射的能量低于吸收限则在任何情况下都不能激发原子内层电子并产生特征X射线。
X射线的激发。

元素是由原子组成的,每个原子的化学性质完全相同,原子又由原子核和核外电子组成,核外电子是按照层状规律分布的,由此构成原子的电子壳结构,电子壳层由内而外分为多个层,每个壳层最多可容纳2n2个电子,这就是泡利不相容原理,其中K层为能级最低的壳层,其次是L层、M层等,能级的大小与该壳层电子结合能相等。在正常状态下,高能级电子填满低能级使原子处于稳定态,当收到X射线,高能粒子束照射时,由于高能粒子和光子于试样原子发生碰撞,将原子内层电子逐出,并在其位置形成空穴,因此原子处于激发态,这种处于激发态的离子寿命极短,当外层电子跃迁到内层空穴,多余的能量会以X射线的形式释放出,并在外层产生新的空穴和新的X射线发射,从而产生一系列的特征X射线。

如果要得到某元素的特征X射线,需要对元素原子内层电子进行激发,使得内层电子获得一定能量,能够脱离原子核的束缚,从而在内层轨道形成电子空穴,当较高能级电子填补这一空穴时,才会发射一定能量的特征X射线,这个过程就是X射线的激发,也就是X射线荧光的基本原理。
 

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