X射线发射
非弹性散射的过程大致可以分为三个部分，首先我们应该考虑X射线发射，因为它是样品中产生的最重要的二次信号。通过X射线可以很容易确定与电子束相互作用的样品由哪些元素组成，而且可以直接定量到每种元素的含量。在这过程中有两种X射线产生：
█特征X射线，对纳米材料和晶体缺陷中的局部元素分析非常有用
█轫致辐射，主要用于生物学，但是在材料科学（纳米或者其他领域）中通常被认为是一种干扰信号
特征X射线
如何产生特征x射线以及它的主要特征是什么？
首先，高能电子束必须穿过外层导/价带电子，与内壳层电子相互作用，如果超过某一临界值的能量转移到内壳层电子，电子就会被发射出来，也就是说它摆脱了原子核的吸引场，在内壳留下一个空穴。对于孤立原子，该发射的电子就会逃逸到真空中，而在固体中电子跃迁到费米级以上进入未占据态。发生这种过程以后，原子处于激发态，因为它具有比初始态更高的能量，称为“电离”态。
通过外壳层电子填充到内壳层的空穴中，电离态原子几乎可以回到能量最低态（基态）。该跃迁过程伴随有X射线或者俄歇电子的发射。任何一种情况所产生的能量都可以用两个电子壳层的能量差来表征，不同原子对应的能量差各有不同，图A给出的是X射线的发射过程。
图A 电离过程。一个内壳层（K）电子被高能电子撞击出原子。当K壳层中的空穴被来自L壳层的电子填充是，就有特征X射线Kα发射，虽然入射电子有能量损失但能继续穿过样品。
即使原子不是由电子辐射所电离，也能产生特征X射线，例如X射线共计也可以使原子电离，称为“荧光”。虽然偶尔会遇到这种用法，但习惯上并不把电子诱导的X射线发射称为“荧光”。
电子显微镜中X射线的成功探测已经实现很多年，但俄歇电子探测比较特殊，通常在专门的俄歇电子谱仪（AES）中进行。
要理解特征X射线的有用性和产生机制，需要对电离过程有一定了解。
1.什么是电子壳层？
2.为什么要用X射线谱线、谱线族、谱线权重
电子壳层
是用特定的术语以区分不同的特征X射线。要理解这些术语，必须熟悉原子结构的波尔理论。在原子结构中，电子的在特定的壳层中绕原子核旋转（因为电子运动受到量子理论的制约，电子会待在他们的壳层中二不会螺旋式地掉入原子核）。
两个电子壳层间的能量差等于特征X射线的能量，因此，如果来自L层的电子填充到K层的一个空穴中，就会获得KαX射线；如果电子来自M层，就会的到KβX射线。如果电子来自N层，就获得LβX射线。实际上这种表示方法复杂，因为是根据来自外层的某个子壳层的电子填充空穴，采用α1和α2来区分阿尔法X射线的。α1X射线来自最外子壳层，α2X射线来自次外子壳层。用图B来描述可能会更清楚，虽然图中各壳层中的电子都可能跃迁，但只有很少一部分的电子能产生足够剂量的X射线，所以X射线物理学是们很神秘的科学。但是对于TEM中的X射线探测，就不需要担心过多的细节问题，因为除了最高X射线能量外，往往无法区分来自不同的子壳层的X射线，所以只需记住K、L和M以及α与β就行了。
图B 产生K、L和M特征X射线的可能电子跃迁的完整范围，并非所有的这些X射线都能被TEM中的XEDS探测到。
X射线谱线、谱线族、谱线权重
某些特征X射线在早期的谱仪底板上，以“线”的形式出现，所以通常称之为“X射线谱线”。每一特征X射线都有特定的波长和能量；有K、L、M壳层产生的谱线称为“谱线族”。
不是所有的电子跃迁都有相同的概率（散射截面不同），还需考虑到谱线权重，如表1。这些权重只能在给定的K、L、或M系列内进行比较，而不同谱线族（如K到L）之间是不能比较的。因为实验条件对每个系列的影响是不同的，用TEM进行X射线分析，总是使用最强线，通常是α线。
表1
TEM数据交流及讨论
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