现代材料分析方法
△εKL=εL-εk=hv=hc/λ
原子内部电子轨道间的电子跃迁产生的射线波长在X射线的范围之内。各个原子中各电子层间的能量差是一定的，所以由此产生的X射线波长是一定的。这就是特征X射线产生的机理。
按光谱学上的定义。电子跃迁到K层产生的幅射称为K系幅射，依次还有L系、M系幅射。同时，按电子跃迁时所跨跃的能级数目不同，进一步对幅射系进行标识。跨跃1个能级的标记为α，2个能级的标记为β等。因此K系就有
L—K 发射为Kα M—K 为Kβ 各能级的能量差见图1-8。由于△εKM>△εKL ，所以Kβ的波长大于Kα。由于L—K跃迁的几率比M—K跃迁大5倍左右，所以，Kα强度比Kβ大5倍。 此外，由于同一壳层中的电子实际上也并不完全处在同一能级上，它们之间有微小的差别。例如L层的8个电子分属于LI、LII和LIII三个能级上。它们中的电子向K层的跃迁就产生波长有所差别的二条Kα1和Kα2。实验证明它们分别是LIII
上的个电子和LII上的3个电子向K层跃迁的结果。又由于LIII--K 的跃迁几率比LII—K跃迁的几率高1 倍。所以I Kα1：I Kα2≈2：1由于Kα1和 Kα波长相差很小。一般将它们视为同一条线Kα。其波长用二者的加权平均： λKα= 2/3λKα1+1/3λKα2 其它系列如L、M、N系列的幅射强度很弱，波长长，容易被吸收。所以我们通常只能观察到K系特征幅射。它是X射线分析中最常用的X射线。
下表给出了常见靶材K系特征X射线的波长、激发电压、工作电压等。需要说明的是：
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1）工作电压一般是激发电压的3-5倍。 因为实验证明，当工作电压激发电压的3-5倍时，I特/I连最大。
2）实验中最常用的特征X射线是Kα。最常用的靶材是Cu和Fe。
常用阳极靶材的特征谱参数
元素 原子 序数 Kα1 K系特征谱波长（nm） 激发电压工作电压(kV) Kα2 0.22935 0.19399 0.17928 0.16617 0.15443 0.07135 0.05638 Kα 0.22909 0.19373 0.17902 0.16591 0.15418 0.07017 0.05609 Kβ 0.20848 0.17565 0.16207 0.15001 0.13922 0.06323 0.04970 (kV) Cr Fe Co Ni Cu Mo Ag 24 26 27 28 29 42 47 0.22896 0.19360 0.77889 0.16578 0.15405 0.07093 0.05594 5.89 7.10 7.71 8.29 8.86 20.0 25.5 20-25 25-30 30 30-35 35-40 50-55 55-60
五、X 射线与物质的相互作用
当射线照射在物质上时，会产生各种作用。对特定的分析方法来说，有些作用是有用的，有些作用则是有害的。因此，我们必须了解它们。从能量的转换角度来看，一束X射线通过物质时，其能量分为三个部分：一部分被散射，一部分被吸收，剩余的部分将透过物质。 1、X射线的散射
X射线通过物质时，部分X射线将改变它们前进的方向，即发生散射现象。X射线的散射包括两种：相干散射和非相干散射。 1）相干散射（汤姆逊散射）
当对X射线与物质原子中束缚较紧的电子作用时，由于这些电子受原子的强力束缚，X射线光子无法使它们脱离所在的能级。按经典的电磁理论，这些电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动。每个受迫振动的电子便成为一个新的电磁波源，向四周辐射电磁波。这些散射波与入射X射线的振动方向、频率（波长）相同，可以产生干涉作用。故称为相干散射。相干散射实际上并不损失X射线的能量，只是改变它的传播方向。 相干散射是X射线在晶体产生衍射的基础，以后将详细讨论。 2）非相干散射（康普顿散射）
当X射线与束缚较小的外层电子或自由电子作用时，X射线光子将一部分能量传给电子，使之脱离原有的原子而成为反冲电子，同时光子本身也改变了传播方向，发生散射。且能量减小，也就是说，散射X射线的波长变长了。散射X射线波长的改变与传播方向存在如下的关系： △?=0.0024(1-cos2?)
对于这种X射线散射，由于散射X射线与入射X射线的波长不同，不能产生干涉效应。故称为非相干散射。我国著名的物理学家吴有训与美国物理学家康普顿一起在1924年发现的此效应。
2、X射线的吸收
物质对X射线的吸收指X射线能量在经过物质时转变为其它形式能量的效应。主要表现在对物质原子中的内层电子的激发和随后产生的各种过程。它主要包括光电效应（二次特征幅射）和俄歇效应等。
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1）光电效应
与上述的特征X射线的产生相似，当用X射线轰击物质时（不同的是用X光管产生X射线时用的是高速电子束） ，若X射线的能量大于物质原子对其内层电子的束缚力时，入射X射线光子的能量就会被吸收，从而也导致其内层电子（如K层电子）被激发，并使高能级上的电子产生跃迁，发射新的特征X射线。为与入射的X射线相区别，我们称X射线激发的特征X射线为二次特征X射线或荧光X射线。 这种以光子激发原子所发生的激发和幅射过程称为光电效应。被击出的电子称光电子。与上述相同，产生的二次特征X射线的波长与激发它们所需的能量取决于物质的原子种类和结构。
显然，要使K层电子产生光电效应，入射X射线的能量必须大于等于某物质原子中K层电子的逸出功Wk，即hv≥Wk; 可以从上述的激发压计算逸出功：Wk= eVk
将入射X射线的波长与激发电压联系起来就有
因此，能引起光电效应的入射X射线的最大波长
（nm）
λk 从激发光电效应的角度说，称为激发限波长，意义是只有入射的X射线波长达到或小于它时，才能激发物质的二次特征X射线。
从X射线吸收的角度看，称为吸收限波长。意义是当入射的X射线的波长达到它时，入射X射线将被强烈吸收，并产生光电效应。 2）俄歇效应
在上述的激发与跃迁的过程中，当高能级的电子向低能级跃迁时，以幅射X射线的形式释放能量。还可以另一种形式释放能量，即这些能量被周围某个壳层上的电子所吸收，并促使该电子受激发逸出原子成为二次电子。由于这种二次电子原来是在原子的某个壳层上的，因此它具有特定的能量值。可以用来表征这些原子。 这种效应是俄歇1925年发现的。故称俄歇效应，产生的二次电子称俄歇电子。利用该原理制造的俄歇能谱仪主要用于分析材料表面的成分。
3、X射线的衰减规律与吸收系数
以上论述了X射线通过物质时所发生的主要作用。这里总结于下图。因此，透过物质的X射线强衰减了。一般地说，在导致X射线强度衰减的因素—散射与吸收中，因散射引起的
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衰减远远小于因吸收导致的衰减量。因此，实际工作中，可以近似地认为，X射线通过物质后其强度的衰减完全是由于物质对它的吸收所造成的。
这种衰减的程度可以用吸收系数来表征。关系如下：
Ix=I0e-ux
式中I0和Ix分别是入射X射线和透过厚度为x cm 物质后X射线的强度。
u为物质的线吸收系数，其意义是当X射线通过物质时，在X射线传播方向上，单位长度上X射线强度的衰减程度（cm-1）。它与物质的种类、密度和X射线波长有关。
由于线吸收系数与物质的质量有关，计算起来不方便。因此，实际中最常用的是物质的质量吸收系数 um。 um =u/ρ。于是有
μρ
Ix=I0e-mx
的意义是单位重量物质对X射线的衰减程度。课本的附录2中列举了常见物质的质量吸收系数。
如果吸收体中是由由两种以上的元素组成的化合物或混合物、或溶液，其总体的质量吸收系数为
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