第二节　X射线吸收

当X射线穿过物质时，一方面受散射作用的衰减，另一方面还会经受光电吸收。光电吸收效应会产生X射线荧光和俄歇吸收，散射则包含了弹性和非弹性散射作用过程。

一、X射线衰减

当一单色X射线穿过均匀物体时，其初始强度将由I0衰减至出射强度Ix，X射线的衰减符合指数衰减定律：

Ix=I0exp（-μρ L）　　（2-9）

式中，μ为质量衰减系数；ρ为样品密度；L为射线在样品中的辐射距离。图2-4解释了这一作用过程。

特征X射线在固体样品中的透射深度并不是很大，利用式（2-9）可以计算透射厚度L，考虑99％吸收的情况，则有

L（μm）=46000/（μρ）　　（2-10）

特征X射线在固体样品中的透射深度通常只有几微米到几百微米。

质量衰减系数（μ）是质量光电吸收系数（τ）和质量散射吸收系数（σ）的和：

μ=τ+σ

在0～100keV范围，光电吸收系数比散射系数要大若干倍，通常占质量衰减系数的95％左右。

二、吸收边

光电吸收由各原子能级吸收之和构成，且是原子序数的函数。将质量吸收系数与波长或能量的对应关系画图，在与原子各壳层中电子束缚能所对应的波长（能量）处，存在一些不连续处，质量吸收系数会出现突然变化，在特定能量下的这一吸收突变称为吸收边。

图2-5是质量吸收系数与X射线能量关系的一个示例。由图可见，随着入射光子的能量增加，吸收下降。当入射光子能量稍稍比吸收边大时，吸收会突然上升，这是因为入射光子能量大于该能级的最小激发能后，光子能量可以击出原子中的光电子，产生了对应能级的光电吸收所致。这时可激发产生相应能级的X射线。不同元素的原子有完全不同的激发势能，其各壳层也具有各自的特征吸收曲线。各元素均包括1条K吸收边、3条L吸收边和5条M吸收边。

三、吸收跃变

在质量吸收系数与波长的关系曲线中，在吸收边前后表现为分布的不连续，而吸收跃变则是对此的量化。吸收跃变定义为在任一不连续处的两吸收系数之比。吸收跃变也称为吸收陡变。

吸收跃变（rK）与原子的电离截面（τa）相关，而原子的电离截面等于质量光电吸收系数。在实际应用中，更多的是用到吸收跃变因子。吸收跃变因子J定义为在给定波长间隔和特定能级上，其特征吸收在整个吸收中的份数，例如对K系跃变，吸收跃变因子JK为：

吸收跃变因子JK会在基本参数法中应用。

四、质量衰减系数的计算

质量衰减系数μ与原子序数Z成三次或四次幂的关系，即：

μ=kZ3　　（2-12）

样品和化合物的质量衰减系数遵循算术加权平均和定律。对于由i，j，…多个组分组成的化合物，总的质量衰减系数等于各组分质量分数与其质量衰减系数之积的和，即：

μs=Ciμi+Cjμj+…=∑Ciμi　　（2-13）

质量衰减系数可采用多种由实验数据拟合得来的公式计算，例如：

式中，Eabs为入射光吸收边低能侧的吸收边能量；C、n为常数，可从相应文献中查到，该式的适用范围为1～40keV。另有包含更宽能量范围计算质量衰减系数的公式，如1～50keV、1～1000keV、200eV～20keV等。现在一般将多个公式结合使用，以使程序有更好的选择性和更宽的适用范围。

由于质量衰减系数与吸收物质的原子序数近似成三次幂的关系，故重元素对X射线有较多吸收。这也是总采用Pb来进行X射线屏蔽或防护的原因。