每个原子都有一个独特的电子数，它们在特定位置的正常条件下存在。
SEM中X射线的生成一共有两个步骤。在第一步中，电子束撞击样品并将部分能量转移到样品的原子上。这种能量可以被原子的电子用来“跳跃”到具有更高能量的能量轨道，或者是脱离原子。如果发生这样的转变，电子就会留下一个空位。空位相当于一个正电荷，在这个过程的第二步，空位会吸引来自高能量轨道的电子填补进来。当这样一个高能量轨道的电子填满了低能量轨道的空位时，这种转换的能量差可以以X射线的形式释放出来。
X射线的能量是通过这两个轨道之间能量差的特征所展现出来的。它取决于原子序数，是每个元素的唯一属性。所以，X射线是每个元素的“指纹”，可以用来识别样品中存在的元素的类型。
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