射线与物质的相互作用有哪些

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X射线与物质相互作用主要表现为吸收和散射两种现象。当X射线照射固体物质时，部分X射线被吸收，同时在固体表面发生散射，导致X射线强度衰减。X射线的衰减主要是由吸收效应引起的，吸收的X射线能量转化为光电子、二次X射线和热量等（图10.2）。
图10.2 X射线与物质的相互作用
10.1.2.1 X射线的吸收
当X射线强度和样品厚度固定时，样品对X射线的吸收主要取决于吸收系数。入射X射线的波长等于特定值时，吸收系数会发生突变。这一特定波长称为吸收限。为了从特定元素原子的能级上逐出电子，所需的原级X射线波长应大于该能级电子被逐出所需的最小能量，即波长小于吸收限。原级X射线（连续X射线，能量范围广）照射样品时，大部分被元素吸收并产生相应荧光X射线，只有极小部分被表面散射。
X射线穿过均匀密度的物质层时，其强度会减弱，减弱原因包括散射和光电效应。强度衰减公式为I=I0e^(-μt)，其中I为透射线强度，I0为入射线强度，μ为线衰减系数，t为穿透厚度。这一公式说明X射线强度衰减遵循指数衰减规律，是X射线荧光定量分析的基础。
10.1.2.2 X射线的散射与衍射
X射线散射可分为非相干散射和相干散射。非相干散射发生在X射线光子与固体原子中束缚较松弛的电子发生非弹性碰撞时，光子能量降低且方向改变，散射X射线波长变长，形成连续背景，对测量不利。相干散射是X射线光子与固体原子中束缚较紧的电子发生弹性碰撞，散射X射线与入射X射线方向不同，强度相同，无能量损失。相干散射是衍射的基础，且仅发生在晶体表面。
晶体具有周期性的三维点阵结构，点阵周期与入射射线相当，因此晶体可作为衍射X射线的光栅。根据布拉格衍射方程nλ=2dsinθ，衍射发生当光程差为波长的整数倍。该方程应用于：1）用已知波长的X射线照射晶体，测定衍射角θ，鉴别晶体结构种类；2）已知晶面间距d的晶体，测定样品荧光X射线衍射角θ，求出X射线波长，判断元素种类，从而确定样品成分。通过改变晶体衍射角，可分离不同元素的荧光X射线，分别测定各元素荧光强度。