Chapter 2
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.86 MB, 156 trang )
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
CHƯƠNG 2
TIA X & NHIỄU XẠ TIA X
2.1 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ TIA X
2.2 TIA X
2.3 TẠO RA TIA X
2.4 HIỆN TƯỢNG NHIỄU XẠ
2.5 TIA X DÙNG TRONG PHÂN TÍCH CẤU, CÁCH GHI
Ho Chi Minh City University of Technology
NHẬN TIA X
Faculty of Materials Technology
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
2.1 SƠ LƯỢC LỊCH SỬ TIA X
1895: Tia X được W.C. Röntgen
Lần đầu tiên phát hiện ra.
Wilhelm Conrad Röntgen
(1845 - 1923)
The first Nobel Prize for Physics, in 1901
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Bức ảnh tia X đầu tiên được ghi nhận
bởi Roentgen. Đó là bàn tay của Alfred
von Kolliker, chụp vào ngày 23/1/1896.
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Wilhelm Conrad Rưntgen
Wilhelm Conrad Rưntgen
tìm
ra tia ofXTechnology
vào năm 1895.
Ho Chi Minh
City University
Faculty of Materials Technology
Năm 1901 ông được trao
giải Nobel Vật lý. Năm
1995 công ty German Federal Mail phát hành con
tem tưởng nhớ đến công lao của W. C. Röntgen.
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Lịch sử của nhiễu xạ tia X bởi
tinh thể
Max von Laue (1879 –1960)
Max von Laue: quan sát và
giải thích hiện tượng nhiễu xạ
tia X trên tinh thể vào năm
1912. Ơng nhận giải Nobel
năm 1914 cho cơng trình này.
W.H.Bragg và W.L.Bragg:
Ho Chi1915
Minh City University of Technology
nhận giải Nobel năm
Faculty of Materials Technology
cho sự đóng góp của họ trong
việc phân tích cấu trúc tinh
thể bằng tia X vào năm 1913. Wiliam Henry Bragg
(cha), 1862-1942, và Wiliam
Lawrence Bragg (con), 1890-1971, hai nhà vật lý
người Anh, giải thưởng Nobel vật lý năm 1915)
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Lich sử của nhiễu xạ tia X bởi tinh thể
Max vol Laue
Germany
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
William Henry Bragg
United Kingdom
William Lawrence Bragg
United Kingdom
1890 (in Australia) – 1971
1879 – 1960
1862 - 1942
The Nobel Prize in Physics 1914 The Nobel Prize in Physics 1915 "for The Nobel Prize in Physics 1915 "for
their services in the analysis of crystal
"for his discovery of the diffraction
their services in the analysis of
structure by means of X-ray”
of X-rays by crystals"
crystal structure by means of Xrays"
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
2.2 TIA X
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Tia X là gì?
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
2.2 NHIỄU XẠ TIA X
• Bản chất của tia X:
- Là bức xạ sóng điện từ vừa có tính chất sóng vừa
có tính chất hạt.
- Có bước sóng: λ ≈ 0.01-10 nm (hay 0.1-100Ǻ)
- Có tần số: f = 1016-1020 Hz
- Và mang năng lượng: E = 200 eV đến 1 MeV
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
• Bản chất của tia X:
- Sóng điện từ
* Bước sóng:
λ ~ 0.01 - 10 nm
(0.1 – 100 Å)
Tia X cứng: ~ 10-1 - 10-3 nm
(1 - 0.01 Å)
Tia X mềm: ~ 10 - 1 nm
(100 - 10 Å)
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
* Tần số: f ~ 1016 - 1020 Hz
* Năng lượng: E = eV = hν = hc/λ
EX-ray = 102 - 106 eV
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Năng lượng tia X (hay photon):
Trong đó:
ν: là tần số của bức xạ tia X, (Hz)
λ : bước sóng của bức xạ tia X, Å (từ 102-10-2Å,
trong nghiên cứu sử dụng λ = 0,5 ÷ 2,5 Å
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
c: là số tốc độ ánh sáng, c= 2,998 x108 m/s
h: là hằng số Plank, h= 4,136x10-15 eV.s
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
BƯỚC SÓNG NÀO THUẬN TIỆN CHO NGHIÊN
CỨU NHIỄU XẠ TIA X?
Tia X sử dụng trong phân tích nhiễu xạ thường có bước
sóng từ 0,05 – 0,25 nm vì:
- Bước sóng này có độ lớn cỡ bán kính nguyên tử, ion,
khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng lưới tinh thể
- Năng lượng photon của tia X đủ để kích thích các lớp điện
tử nằm sâu bên trong nguyên tử
Ho Chi Minh City University of Technology
- Có khả năng xuyên sâu,
ít bịof Materials
khúcTechnology
xạ khi đi vào vật chất.
Faculty
Chiết suất của nó chỉ thay đổi ∽10-5 khi đi từ khơng khí vào
vật chất.
(khoảng cách giữa các ngun tử trong tinh thể ~ 0,2 nm)
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
• Các tính chất của tia X:
- Khả năng xuyên thấu lớn.
- Gây ra hiện tượng phát quang ở một số chất.
- Làm đen phim ảnh, kính ảnh.
- Ion hóa các chất khí.
- Tác dụng mạnh lên cơ thể sống, gây hại cho sức khỏe.
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Các hiệu ứng xảy ra khi chùm tia X đi qua vật
liệu:
1. Hiệu ứng tán xạ (Scattering):
+ Tán xạ đàn hồi (Rayleigh):
Là hiện tượng tia X khi đi qua vật liệu chỉ thay đổi phương truyền
nhưng khơng thay đổi năng lượng.
λs = λ0
Nếu vật liệu có cấu trúc tinh thể thì hiện tượng tán xạ đàn hồi
của tia X sẽ đưa đến hiện tượng nhiễu xạ tia X (X- Ray
Diffraction)
Ho Chi Minh City University of Technology
+ Tán xạ không đàn hồi (compton):
Faculty of Materials Technology
Là hiện tượng tia X khi đi qua vật liệu thì bị thay đổi phương
truyền và năng lượng.
λf ≠ λ0
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Các hiệu ứng xảy ra khi chùm tia X đi qua vật
liệu:
2. Hiệu ứng nhiệt:
các
Tia X làm tăng biên độ dao động nhiệt của điện tử và của
liên kết trong
mạng.
3. Hiệu ứng truyền thẳng:
số
Là hiện tượng tia X khi đi qua vật liệu thì khơng thay đổi
phương truyền và năng lượng. Hiệu ứng này xảy ra với 1
vật liệu trong “suốt” đối với tia X.
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
4. Hiệu ứng huỳnh quang tia X (X-Ray Fluorescent):
Khi tia X có năng lượng đủ lớn nó có thể kích thích các
ngun
tử chứa trong vật liệu và làm cho chúng phát ra
các vạch phổ
tia X đặc trưng cho các nguyên tố đó.
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Các hiệu ứng xảy ra khi chùm tia X đi qua vật
liệu:
3. Hiệu ứng truyền thẳng:
Là hiện tượng tia X khi đi qua vật liệu thì không thay đổi phương
truyền và năng lượng. Hiệu ứng này xảy ra với 1 số vật liệu trong
“suốt” đối với tia X.
4. Hiệu ứng huỳnh quang tia X (X-Ray Fluorescent):
Khi tia X có năng lượng đủ lớn nó có thể kích thích các nguyên tử
chứa trong vật liệu và làm cho chúng phát ra các vạch phổ tia X
đặc trưng cho các nguyên tố đó.
Ho Chi Minh City University of Technology
5. Hiệu ứng điện tử:
Faculty of Materials Technology
Là hiện tượng khi bức xạ tia X (kα) được sản sinh từ 1 nguyên tử
nhưng chưa kịp truyền ra ngoài nguyên tử thì đã bị điện tử lớp
ngồi của chính ngun tử đó hấp thụ và kích thích rời khỏi
ngun tử.
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Các hiệu ứng xảy ra khi chùm tia X đi qua
vật liệu:
6. Hiệu ứng hấp thụ
Khi một chùm tia X đi qua một lớp vật chất một phần
năng lượng của nó mất đi do nhiễu xạ và một phần
do bị hấp thụ:
+ Hấp thụ dài (hấp thụ thẳng):
Cường độ của chùm tia X bị suy giảm do bị hấp thụ theo
phương trình Lambert:
Il = Ioe-μ.l
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Trong đó: μ hệ số hấp thụ thẳng, phụ thuộc bản chất và
trạng thái của vật chất (rắn, lỏng, khí) mà tia X đi qua
và λ của tia X sử dụng.
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Các hiệu ứng xảy ra khi chùm tia X đi qua vật
liệu:
6. Hiệu ứng hấp thụ
+ Hấp thụ khối:
Khi cho chùm tia X có bước sóng λ0 và cường độ I0 đi qua một
lớp vật chất đồng nhất, đẳng hướng có bề dày l
thì cường độ
của nó sẽ bị suy giảm theo định luật
Lambert như sau:
I = I0.e-µ.l.ρ
Ở đây: I0 cường độ tia X đến;
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
I cường độ tia X sau khi đi qua vật chất;
l là chiều dày của lớp vật liệu, cm;
ρ là mật độ của vật chất, g/cm3;
µ là hệ số hấp thụ khối, cm2/g
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
Đại Học Quốc Gia TP.HCM
Trường Đại Học Bách Khoa
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Vietnam National University-HCMC
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
2.3 TẠO RA TIA X
Nguyên tử = hạt nhân + e- bao chuyển động trên các obitan
Ho Chi Minh City University of Technology
Faculty of Materials Technology
HCMUT
Faculty of Materials Technology, Ho Chi Minh City University of Technology
268 Ly Thuong Kiet street, Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City, Viet Nam
Tell: 38661320; Fax: 38661843 Copyright(c) 2000. All rights reserved.
