X射線與XRF

XRF分析儀使用X射線熒光技術(shù)進(jìn)行材料厚度和成分分析。 X射線是由德國(guó)物理學(xué)家Wilhelm Rontgen在1895中發(fā)現(xiàn)的。 他稱未知的光源導(dǎo)致他的電影曝光“X射線”并用手的X射線圖像發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)。

現(xiàn)在已知X射線是電磁輻射的一種形式，頻率在紫外和伽馬射線之間。大多數(shù)X射線的波長(zhǎng)從0.01到10納米，如圖1所示，頻率從低到高排列。

康拉德倫琴獲得1901年度第一屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

X射線也可以被定義為粒子（光子），并且使用能量單位eV來(lái)描述。能量單元和波長(zhǎng)單元是可互換的。因此，X射線既是一個(gè)波，又是一個(gè)粒子。這是理解X射線性質(zhì)的一個(gè)重要概念。

X射線可以由軔致輻射產(chǎn)生，這因?yàn)殡娮踊蛄硪粠щ娏Ｗ拥钠D(zhuǎn)。在X射線管內(nèi)，電子被加速到靶材料上。在撞擊時(shí)，電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換X射線和熱能。

值得注意的是，波的性質(zhì)不能解釋光電效應(yīng)。愛(ài)因斯坦和普朗克提出光的行為不像波，而是像具有特定能量離散的“包”。幾年后，美國(guó)化學(xué)家Gilbert Lewis命名光包為光子。但是直到1923，當(dāng)美國(guó)物理學(xué)家亞瑟康普頓發(fā)現(xiàn)X射線散射時(shí)，人們?nèi)匀粦岩蓯?ài)因斯坦的理論。他用X射線對(duì)石墨進(jìn)行轟擊，發(fā)現(xiàn)散射X射線的能量較低。這種現(xiàn)象被稱為康普頓散射，這是由愛(ài)因斯坦普朗克理論解釋的。在與電子碰撞時(shí)，像X射線這樣的粒子將其動(dòng)量的一部分傳遞給電子，因此X射線在不同的方向上偏轉(zhuǎn)，發(fā)射的能量和波長(zhǎng)不同。

雖然愛(ài)因斯坦-普朗克理論解釋了康普頓散射，但有一個(gè)問(wèn)題。為了擁有動(dòng)量，光子必須有質(zhì)量，因?yàn)榻?jīng)典物理學(xué)中，動(dòng)量的定義是質(zhì)量時(shí)間速度。但是光子沒(méi)有質(zhì)量。這個(gè)答案來(lái)自愛(ài)因斯坦，他假設(shè)，在基本的意義上，能量和質(zhì)量是相等的，可互換的。他將他的概念融入了關(guān)系中，E=MC2。多年后，愛(ài)因斯坦因其光電理論而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

X射線熒光與光電相互作用有關(guān)。 當(dāng)發(fā)生光電相互作用時(shí)，電子從其軌道上被敲擊，從而形成空位。 來(lái)自較高能量軌道的電子可以移動(dòng)以填補(bǔ)該空位。 兩個(gè)軌道之間的能量差以熒光X射線（即次級(jí)X射線）的形式釋放。 來(lái)自每個(gè)元素的熒光X射線具有特征能量，稱為特征X射線。