第三节　X射线散射

除光电吸收外，入射光子还可与原子碰撞，在各个方向上发生散射。X射线与物质的散射是由于X射线与电子的相互作用而产生的。散射作用分为两种，即相干散射和非相干散射。如果被散射光子能量与入射光子能量相同，则称为相干散射或弹性散射，相干散射又称为瑞利（Rayleigh）散射，没有能量损失。如果出现能量变化或损失，则为非相干散射，也称为康普顿（Compton）散射。

相干散射与光干涉现象相互作用的结果可产生X射线衍射。X射线衍射图与晶格排列等密切相关，可被用于研究物质结构。

一、相干散射

入射X射线光子与靶元素的内层电子碰撞，如果光子能量保持不变而只是改变了出射方向，这时的散射作用为相干散射，从能谱图上看，相干散射峰对应于入射光子能量，如图2-6中所示88.035keV处的γ射线（88.035keV）弹性散射峰。

相干散射由于受物质表面形状等影响较小，常被用来进行形态校正，以在一定程度上补偿形态、粒度等变化对分析结果的影响。

二、非相干散射

非相干散射会产生反冲电子，如图2-7所示。反冲电子将带走部分能量，根据能量守恒原理，这必然使出射光子能量降低。

设入射光子的波长为λ（nm），能量为E（keV），出射角为θ，则计算Compton散射峰波长的公式可表述如下：

根据：

则有：

Δλ（nm）=0.0024×（1-cosθ）　　（2-18）

Compton散射能量Ec（keV）为：

故：

式（2-15）～式（2-19）表明散射角越大，波长或能量位移越显著。当采用波长色散或能量色散光谱仪进行定性和定量分析时，可以利用以上公式计算Compton散射峰位置，借以判断干扰，选择分析谱线。

非相干散射与相干散射强度比随散射体的原子序数增加而降低。当被散射物质的组成元素的原子序数越低时，非相干散射作用越强。故轻元素会产生非常强烈的Compton峰，甚至掩盖待测元素的有用信息。例如，在进行活体分析时，由于被测物体的低原子序数，致使Compton峰在低含量元素谱峰附近产生强烈重叠，故需要利用不同的仪器几何角设计，改变出射角，以尽量避开Compton峰对分析元素的干扰。图2-8是人胫骨的X射线荧光谱图，位于约66.5keV的Compton峰占据了整个光谱的主体，对痕量元素分析产生极大干扰，使得解谱成为必不可少的手段。

轻元素会产生强Compton散射，是轻元素基体条件下某些元素XRF分析比较困难的重要原因之一。