原子物理學X射線

1、編輯課件1 原子物理學原子物理學第六章：x射線第一節(jié)第一節(jié) x x射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)第二節(jié)第二節(jié) x x射線的產生機制射線的產生機制第三節(jié)第三節(jié) ComptonCompton散射散射第四節(jié)第四節(jié) x x射線的吸收射線的吸收第第五五節(jié)節(jié) x x射線射線在晶體中在晶體中的的衍射衍射編輯課件2第一節(jié)：第一節(jié)：X X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)外層電子外層電子內層的電子內層的電子？18071807年，英國物理學家道爾頓依據(jù)實驗提出：年，英國物理學家道爾頓依據(jù)實驗提出：“氣體，液體和固體都是由該物質的不可分割氣體，液體和固體都是由該物質的不可分割的原子組成。的原子組成。”“同種元素的原子，其大小、質量及各種性

2、質同種元素的原子，其大小、質量及各種性質都是相同的。都是相同的。” 從而把哲學意義上的原子論推廣到科學的原從而把哲學意義上的原子論推廣到科學的原子論。子論。X X射線的射線的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X X射線的射線的產生產生上一頁上一頁下一頁下一頁第第六六章章 :X射射線線首頁首頁編輯課件3那么那么, ,線度大約在線度大約在 的原子是否真的不的原子是否真的不可再分割了？可再分割了？十九世紀末，連續(xù)三年的三大發(fā)現(xiàn)，首開十九世紀末，連續(xù)三年的三大發(fā)現(xiàn)，首開了人們向微觀世界進軍的先河。了人們向微觀世界進軍的先河。它們是：它們是：1010m 1895年德國的年德國的 Rontgen發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X射線；射線； 1896年，

3、法國的年，法國的 Becguerel發(fā)現(xiàn)了放射性；發(fā)現(xiàn)了放射性； 1897年，英國的年，英國的 ThomsonThomson發(fā)現(xiàn)了電子發(fā)現(xiàn)了電子；第一節(jié)：第一節(jié)：X X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)第第六六章章 :X射射線線X X射線的射線的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X X射線的射線的產生產生上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件4放在陰極射線管附近的照相底片模糊或感放在陰極射線管附近的照相底片模糊或感光。光。如如18791879年的克魯克斯，年的克魯克斯，18901890年的古德斯比年的古德斯比德等人，德等人，但發(fā)現(xiàn)但發(fā)現(xiàn) X X 射線的卻是倫琴。射線的卻是倫琴。18691869年在蘇黎世大學獲博士學位。年在蘇黎世大

4、學獲博士學位。18451845年出生于德國的一個商人家庭，年出生于德國的一個商人家庭，X X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)倫琴倫琴第一節(jié)：第一節(jié)：X X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)第第六六章章 :X射射線線X X射線的射線的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X X射線的射線的產生產生上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件518951895年年1111月月8 8日傍晚，倫琴在研究陰極射日傍晚，倫琴在研究陰極射線管中氣體放電實驗時，為了避免雜光對實線管中氣體放電實驗時，為了避免雜光對實驗的影響，驗的影響，他用黑紙板將管子包起來，他用黑紙板將管子包起來，卻發(fā)現(xiàn)距陰極管一段距離外的一塊涂有鉑氰卻發(fā)現(xiàn)距陰極管一段距離外的一塊涂有鉑氰酸鋇酸鋇 結

5、晶物質的屏幕發(fā)出了熒光結晶物質的屏幕發(fā)出了熒光倫琴馬上意識到倫琴馬上意識到, ,這可能是一種前所未有的新這可能是一種前所未有的新射線，射線，經檢查發(fā)現(xiàn)經檢查發(fā)現(xiàn), ,射線來自陰極射線管管壁。射線來自陰極射線管管壁。6() )BaPt CN第一節(jié)：第一節(jié)：X X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)第第六六章章 :X射射線線X X射線的射線的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X X射線的射線的產生產生上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件6令人驚奇的是令人驚奇的是當用木頭等不透明物質擋住這種射線時，當用木頭等不透明物質擋住這種射線時，熒光屏仍然發(fā)光，熒光屏仍然發(fā)光，而且這種射線能使黑紙包住的照相底片感光，而且這種射線能使黑紙包住的照相底

6、片感光，不被電磁場偏轉。不被電磁場偏轉。經過一個多月的研究，他未能搞清這種射線經過一個多月的研究，他未能搞清這種射線的本質，的本質，因此賦予它一個神秘的名字因此賦予它一個神秘的名字-X-X射線。射線。18951895年年1212月月2828日，倫琴向德國物理學醫(yī)學日，倫琴向德國物理學醫(yī)學會遞交了第一篇關于會遞交了第一篇關于X X射線的論文，射線的論文，論新的射論新的射線線，并公布了他夫人的，并公布了他夫人的X X射線手骨照片。射線手骨照片。第一節(jié)：第一節(jié)：X X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)第第六六章章 :X射射線線X X射線的射線的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X X射線的射線的產生產生上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯

7、課件7第一節(jié)：第一節(jié)：X X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)第第六六章章 :X射射線線X X射線的射線的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X X射線的射線的產生產生上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件8放射線的發(fā)現(xiàn)看似偶然，但正如楊振寧先放射線的發(fā)現(xiàn)看似偶然，但正如楊振寧先生在評價這一故事時所說的那樣，生在評價這一故事時所說的那樣，“科學家的科學家的靈感靈感對科學家的發(fā)現(xiàn)對科學家的發(fā)現(xiàn)非常重要非常重要；這種；這種靈感必源于他的豐富的實踐和經驗。靈感必源于他的豐富的實踐和經驗?！钡谝还?jié)：第一節(jié)：X X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)第第六六章章 :X射射線線X X射線的射線的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X X射線的射線的產生產生上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁

8、編輯課件9如圖，在真空管如圖，在真空管 兩陰極和陽兩陰極和陽極之間加高壓，陽極選用不同的重金屬材料極之間加高壓，陽極選用不同的重金屬材料制成，電子打在陽極上便可得到制成，電子打在陽極上便可得到X X射線，其射線，其波長因高太的不同而異。波長因高太的不同而異。當當稱稱硬硬X X射線；射線；稱稱軟軟X X射線。射線。68(1010)mmHg0.11nmA0.11nmA當當X X射線的射線的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X X射線的射線的產生產生第一節(jié)：第一節(jié)：X X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)第第六六章章 :X射射線線上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件10X X射線的性質射線的性質1 1）X X射線能使照相底片感光；射線

9、能使照相底片感光； 2 2）X X射線有很大的貫穿本領；射線有很大的貫穿本領； 3 3）X X射線能使某些物質的原子、分子電離；射線能使某些物質的原子、分子電離； 4 4）X X射線是不可見光，它能使某些物質發(fā)出射線是不可見光，它能使某些物質發(fā)出可見光的熒光；可見光的熒光；5 5）X X射線本質上是一種電磁波，同此它具有射線本質上是一種電磁波，同此它具有反射、折射、衍射、偏振等性質。反射、折射、衍射、偏振等性質。第一節(jié)：第一節(jié)：X X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)第第六六章章 :X射射線線X X射線的射線的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X X射線的射線的產生產生上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件11第二節(jié)：第二節(jié)：X射

10、線的產生機制射線的產生機制 另一部分波長是分立的，與靶材料有關，成另一部分波長是分立的，與靶材料有關，成為某種材料的標識，所以稱為為某種材料的標識，所以稱為標識譜標識譜，又叫，又叫特特征譜征譜-它迭加在連續(xù)譜上。它迭加在連續(xù)譜上。 實驗表明，實驗表明，X射線由兩部分構成，一部分射線由兩部分構成，一部分波長連續(xù)變化，稱為波長連續(xù)變化，稱為連續(xù)譜連續(xù)譜；連續(xù)譜連續(xù)譜標示譜標示譜第第六六章章 :X射射線線上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件12連續(xù)譜連續(xù)譜軔致輻射軔致輻射1 1、連續(xù)譜的特征、連續(xù)譜的特征在上述產生在上述產生X X射線的裝置中，電子打到陽極射線的裝置中，電子打到陽極材料后，有波長

11、連續(xù)變化的光輻射產生，下面材料后，有波長連續(xù)變化的光輻射產生，下面分兩點研究輻射的特性。分兩點研究輻射的特性。1 1）連續(xù)譜與管壓的關系（）連續(xù)譜與管壓的關系（靶不變靶不變）前圖表示以鎢作陽極材料加不同電前圖表示以鎢作陽極材料加不同電壓壓時，時，以以為橫軸，輻射強度為縱軸；在不同管壓下得為橫軸，輻射強度為縱軸；在不同管壓下得到的波長到的波長強度分布曲線。強度分布曲線。由圖可見，當陽極材料不變時，由圖可見，當陽極材料不變時， 和和 隨管壓隨管壓V V的升高都向短波方向移動。的升高都向短波方向移動。minmaxI第二節(jié)：第二節(jié)：X射線的產生機制射線的產生機制第第六六章章 :X射射線線連續(xù)譜連續(xù)譜標

12、示譜標示譜上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件13min2 2）連續(xù)譜與陽極材料的關系（）連續(xù)譜與陽極材料的關系（電壓不變電壓不變）前圖表示管壓為前圖表示管壓為35KV35KV時，用鉬和鎢作靶材時，用鉬和鎢作靶材料時的料時的I I曲線。由圖可見曲線。由圖可見 與靶無關。是與靶無關。是由由管壓管壓V V決定的。決定的。連續(xù)譜產生的微觀機制連續(xù)譜產生的微觀機制（1 1）連續(xù)譜不應該是原子光譜，而應該是連續(xù)譜不應該是原子光譜，而應該是 電子在靶上減速而產生的。電子在靶上減速而產生的。第二節(jié)：第二節(jié)：X射線的產生機制射線的產生機制第第六六章章 :X射射線線連續(xù)譜連續(xù)譜標示譜標示譜上一頁上一頁下一頁

13、下一頁首頁首頁編輯課件142012hvmvE損0E損2max012hvmv設電子入射速度設電子入射速度 ，在靶上減速而損失的能，在靶上減速而損失的能量為量為 ；減速過程中的能量差為；減速過程中的能量差為 ，則則根據(jù)上面的分析，根據(jù)上面的分析， 將以光子的形式向外輻射；將以光子的形式向外輻射；由于由于 是連續(xù)變化的，而是連續(xù)變化的，而 是一定的，是一定的，所以所以 連續(xù)變化連續(xù)變化. .E損0vE212EmvE損EE損0vE即式中，即式中，v v是連續(xù)的，作為極限情況，是連續(xù)的，作為極限情況，則則從而得到從而得到max，第二節(jié)：第二節(jié)：X射線的產生機制射線的產生機制第第六六章章 :X射射線線連續(xù)

14、譜連續(xù)譜標示譜標示譜= ev(1)上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件15212hvmvW逸min上式表明，電子在電壓上式表明，電子在電壓V V下加速而獲得能量下加速而獲得能量并全部轉化為輻射時并全部轉化為輻射時 由此得：由此得：（1 1）式最早是在實驗工作中，從實驗數(shù)據(jù)）式最早是在實驗工作中，從實驗數(shù)據(jù)的總結得到的。需要指出的是，解釋光電效的總結得到的。需要指出的是，解釋光電效應的應的EinsteinEinstein方程是：方程是： 當金屬的逸出功能很小時，近似的有：當金屬的逸出功能很小時，近似的有： 這與（這與（1 1）式在形式上是完全相同的。）式在形式上是完全相同的。 因此，因此，X

15、 X射線連續(xù)譜可稱為光電效應的射線連續(xù)譜可稱為光電效應的逆效應逆效應。212hvmv第二節(jié)：第二節(jié)：X射線的產生機制射線的產生機制第第六六章章 :X射射線線連續(xù)譜連續(xù)譜標示譜標示譜(2)m inh c1.24()nmV KV上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件161標識輻射標識輻射線狀譜線狀譜它是迭加在連續(xù)譜上的分立譜線它是迭加在連續(xù)譜上的分立譜線線狀譜的特征線狀譜的特征,K K K,LLL不同元素線狀譜的波長是不同的，從而成為我不同元素線狀譜的波長是不同的，從而成為我們識別某種元素的標準，故得名為標識譜，但是們識別某種元素的標準，故得名為標識譜，但是他們的線系結構是相似的，都分為他們的線

16、系結構是相似的，都分為K,L,M,K,L,M,等等線系；且譜線具有精細結構，線系；且譜線具有精細結構，K K系分為系分為；L L系分為系分為等；等；改變靶物質時，隨改變靶物質時，隨Z Z的增大，同一線系的線狀的增大，同一線系的線狀譜波長向短波方向移動，但沒有周期性變化；譜波長向短波方向移動，但沒有周期性變化；2連續(xù)譜連續(xù)譜標示譜標示譜第二節(jié)：第二節(jié)：X射線的產生機制射線的產生機制第第六六章章 :X射射線線上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件173某元素的標識譜與的化合狀態(tài)無關；某元素的標識譜與的化合狀態(tài)無關；對一定的陽極靶材料，產生標識譜的對一定的陽極靶材料，產生標識譜的外界電壓有一個臨界

17、值。外界電壓有一個臨界值。42 2. .線狀譜產生的機制線狀譜產生的機制 通過對上述特點的分析、歸納、總結、我們可通過對上述特點的分析、歸納、總結、我們可得到如下幾點結論：得到如下幾點結論：1 1）線狀譜產生于原子內層電子的躍遷。線狀譜產生于原子內層電子的躍遷。2 2）產生線狀譜的條件是：產生線狀譜的條件是：a a. .在原子的內層能級上有電子空位；在原子的內層能級上有電子空位；b b. .其他殼層上電子向空位躍遷。其他殼層上電子向空位躍遷。第二節(jié)：第二節(jié)：X射線的產生機制射線的產生機制第第六六章章 :X射射線線連續(xù)譜連續(xù)譜標示譜標示譜上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件18 事實上，當外

18、界提供足夠大的能量時，使事實上，當外界提供足夠大的能量時，使原子內層電子電離，原子內層電子電離， 從而使原子內層出現(xiàn)空從而使原子內層出現(xiàn)空位，外層電子向內層補充，放出的能量便形成位，外層電子向內層補充，放出的能量便形成了了X X射線的標識譜。射線的標識譜。3 3. .定律定律-線狀譜的定量計算線狀譜的定量計算 1913 1913年，英國物理學家年，英國物理學家MoseleyMoseley通過對不同通過對不同元素（不同元素（不同Z Z）的）的X X射線標識譜加以分析（共分射線標識譜加以分析（共分析了從鈷到金的析了從鈷到金的3838種元素）種元素）, ,發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律：發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律： 對同一線系的某

19、條譜線來說，不同元素的對同一線系的某條譜線來說，不同元素的X X射線射線頻率的平方根與原子序數(shù)頻率的平方根與原子序數(shù)Z Z成線性關系，變即成線性關系，變即vkZb，比喻對，比喻對K線，線，MoseleyMoseley得到一個經驗公式得到一個經驗公式1620.248 10 (1) ()KvZHz （1）第二節(jié)：第二節(jié)：X射線的產生機制射線的產生機制第第六六章章 :X射射線線連續(xù)譜連續(xù)譜標示譜標示譜上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件1922()nZERhcn Khv21EE 事實上，這個公式可以從玻爾理論得到，根事實上，這個公式可以從玻爾理論得到，根據(jù)玻爾理論，內殼層中缺一個電子的狀態(tài)與堿金

20、據(jù)玻爾理論，內殼層中缺一個電子的狀態(tài)與堿金屬原子中屬原子中n n能級的狀態(tài)相似，所以能級的狀態(tài)相似，所以n n能級的狀態(tài)能能級的狀態(tài)能近似用堿金屬原子能級公式表示：近似用堿金屬原子能級公式表示： 式中式中反映了躍遷電子之外的電子對核的總屏蔽反映了躍遷電子之外的電子對核的總屏蔽效應，即躍遷電子感受到的有效電荷是效應，即躍遷電子感受到的有效電荷是Z-Z-，這，這樣當樣當n=2n=2上的電子向上的電子向n=1n=1躍遷產生躍遷產生K線時，我們有線時，我們有 實驗表明實驗表明1，將其余常數(shù)代入得，將其余常數(shù)代入得Kv（2）（3）第二節(jié)：第二節(jié)：X射線的產生機制射線的產生機制第第六六章章 :X射射線線連

21、續(xù)譜連續(xù)譜標示譜標示譜22211() ()12Rhc Z1620.246 10 (1) ()ZHz上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件204 4. .線狀譜的標記方法線狀譜的標記方法前面提到，前面提到，X X射線標識譜分為射線標識譜分為K,L,M,K,L,M,等線等線系，每一系的譜線也分系，每一系的譜線也分:,:,等。但是，能級并不只與主量子數(shù)等。但是，能級并不只與主量子數(shù)n n有關。還有關。還與與l,jl,j有關，所以譜線被標記為有關，所以譜線被標記為,(1,2,)iiKKi等。等。第二節(jié)：第二節(jié)：X射線的產生機制射線的產生機制第第六六章章 :X射射線線連續(xù)譜連續(xù)譜標示譜標示譜上一頁上一

22、頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件21klM5 5、標識譜產生的其它效應、標識譜產生的其它效應1 1）俄歇俄歇(Auger)(Auger)電子電子 當內殼層有空穴時，外層電子向內層躍遷當內殼層有空穴時，外層電子向內層躍遷發(fā)出的能量不產生發(fā)出的能量不產生X X射線，而是將另一層電子電射線，而是將另一層電子電離，這樣產生的電子稱離，這樣產生的電子稱Auger LAuger L電子。電子。 比如，比如，L L電子向電子向K K層躍遷所產生能量將層躍遷所產生能量將M M電子電子kE kL電離，則相應的俄歇電子動能為：電離，則相應的俄歇電子動能為：第二節(jié)：第二節(jié)：X射線的產生機制射線的產生機制第第六六章章

23、:X射射線線連續(xù)譜連續(xù)譜標示譜標示譜kME上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件22其中其中 分別是分別是K K、L L、M M殼層中殼層中電子的結合能，而這些能電子的結合能，而這些能量是由元素本性決定的，量是由元素本性決定的，所以所以也是由元素本性決定的，它可以作為元素的也是由元素本性決定的，它可以作為元素的標識。標識。 因此因此AugerAuger電子測量可作為分析元素的手段之一；電子測量可作為分析元素的手段之一；kLMkE、第二節(jié)：第二節(jié)：X射線的產生機制射線的產生機制第第六六章章 :X射射線線連續(xù)譜連續(xù)譜標示譜標示譜上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件232 2）核激發(fā)效應：內層

24、電子間的躍遷，將能量核激發(fā)效應：內層電子間的躍遷，將能量傳給原子核，使原子核躍遷到激發(fā)態(tài)。傳給原子核，使原子核躍遷到激發(fā)態(tài)。以上兩個效應，分別是法國物理學家以上兩個效應，分別是法國物理學家AugerAuger和和日本物理學家森田正一提出的，并分別被實驗日本物理學家森田正一提出的，并分別被實驗所證實。所證實。 電子在同步回旋加速器中，作圓周運動時產電子在同步回旋加速器中，作圓周運動時產生的輻射。稱同步輻射，這實質上是帶電粒子加生的輻射。稱同步輻射，這實質上是帶電粒子加速運動時輻射電磁波的一種表現(xiàn)。速運動時輻射電磁波的一種表現(xiàn)。同步輻射同步輻射第二節(jié)：第二節(jié)：X射線的產生機制射線的產生機制第第六六

25、章章 :X射射線線連續(xù)譜連續(xù)譜標示譜標示譜上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件24第三節(jié)：第三節(jié)：ComptonCompton散射散射 前面我們討論了前面我們討論了X X射線波的一面，事實上，射線波的一面，事實上，X X射線還有粒子性的一面，下面射線還有粒子性的一面，下面1 1. .我們將要討論的是我們將要討論的是X X射線的粒子性。射線的粒子性。 按照經典理論，光在介質表面反射后按照經典理論，光在介質表面反射后, ,其頻率是其頻率是不會改變的。不會改變的。 然而然而ComptonCompton在在X X射線與物質散射的實驗里卻射線與物質散射的實驗里卻發(fā)現(xiàn)，被散射的發(fā)現(xiàn)，被散射的X X射線

26、中，除了與入射射線中，除了與入射X X射線具有射線具有相同波長成分外，還有波長增加的部分出現(xiàn)，且相同波長成分外，還有波長增加的部分出現(xiàn)，且這部分這部分X X射線的波長因散射角的不同而異。射線的波長因散射角的不同而異。 這被稱作這被稱作ComptonCompton 效應。效應。 它是經典理論所無法解釋的。而量子理論可給予它是經典理論所無法解釋的。而量子理論可給予圓滿的解釋。圓滿的解釋。 光子的描光子的描述述量子的解量子的解釋釋有關的討有關的討論論第第六六章章 :X射射線線上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件25Ehv2E p 光子的能量的動量：光子的能量的動量： 按照按照EinsteinEi

27、nstein的光子理論，光子的能量為的光子理論，光子的能量為 按相對論的能量關系按相對論的能量關系 對于光子對于光子00m 所以光子動量所以光子動量 第三節(jié)：第三節(jié)：ComptonCompton散射散射第第六六章章 :X射射線線光子的描光子的描述述量子的解量子的解釋釋有關的討有關的討論論24220m cc pEcpEch上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件26epppCompton Compton 認為，認為，X X射線射線在物質表面的散射實際在物質表面的散射實際上是光子與電子的碰撞上是光子與電子的碰撞過程。碰撞中能量和動過程。碰撞中能量和動量守恒。量守恒。Compton Compton

28、散射散射設入射光子能量為設入射光子能量為hvhv，動量，動量 ，散射光子，散射光子能量為能量為 動量動量 ；初時電子靜止，散射后質；初時電子靜止，散射后質量量m m，動量，動量則守恒關系為：則守恒關系為：其中其中寫成標量式后，上式化為：寫成標量式后，上式化為：phvpep220hv mchvmcm光子的描光子的描述述量子的解量子的解釋釋有關的討有關的討論論第三節(jié)：第三節(jié)：ComptonCompton散射散射第第六六章章 :X射射線線0221/mvc上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件2720221/m chvvc022coscos1/m vhvc022sinsin1/m vhvc由這組方程

29、可解得由這組方程可解得 此式可變?yōu)榇耸娇勺優(yōu)?ComptonCompton解釋是否正確，就要看它的結論是否解釋是否正確，就要看它的結論是否與實驗吻合。下面我們將對此進行討論。與實驗吻合。下面我們將對此進行討論。 20hvm ch0 11hvhv （1）（2）第三節(jié)：第三節(jié)：ComptonCompton散射散射第第六六章章 :X射射線線光子的描光子的描述述量子的解量子的解釋釋有關的討有關的討論論0(1 cos )hm c201(1 cos )m c上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件281 1. .在（在（1 1）式中，令）式中，令90得得00.002426hnmm c，稱為，稱為Compt

30、onCompton波長，波長，的表達式可見的表達式可見與與無關，不論無關，不論多少，多少，對實際對實際 ；在給定方向測；在給定方向測量，量，一定，一定，一定；所以一定；所以越小，越小，才越大；才越大；(0.1)nm的的X X射線，射線， 而對可見光，而對可見光，很很大大 ，經典理論與實驗符合的很好。經典理論與實驗符合的很好。ComptonCompton解釋的討論解釋的討論很小，很小， 所以通常情況下，觀察不到這種波長的改變，所以通常情況下，觀察不到這種波長的改變， 由由 是一定的；是一定的；測量來說，有意義的測量是測量來說，有意義的測量是所以只對波長較短的所以只對波長較短的才大到足以被觀察的程

31、度。才大到足以被觀察的程度。光子的描光子的描述述量子的解量子的解釋釋有關的討有關的討論論第三節(jié)：第三節(jié)：ComptonCompton散射散射第第六六章章 :X射射線線上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件292 2. .散射光的能量與入射光波長密切相關散射光的能量與入射光波長密切相關（2 2）式可改寫為）式可改寫為20111(1 cos )EEm c（3 3）由此可見由此可見EE ；除；除0之外，之外，E隨隨E E 的增大程度是受到一定限制的，的增大程度是受到一定限制的，90，20Em c例如例如3 3. .在任一方向，相干散射和非相干散射同時存在任一方向，相干散射和非相干散射同時存在在,

32、,通常定義通常定義0的散射為的散射為相干散射相干散射， 否則為否則為非相干散射非相干散射。 第三節(jié)：第三節(jié)：ComptonCompton散射散射第第六六章章 :X射射線線光子的描光子的描述述量子的解量子的解釋釋有關的討有關的討論論上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件300 事實上，大量光子打向原子時，有些光子同內事實上，大量光子打向原子時，有些光子同內層束縛電子發(fā)生作用，卻不能使其電離，總的效層束縛電子發(fā)生作用，卻不能使其電離，總的效果是同整個原子發(fā)生彈性散射，此時果是同整個原子發(fā)生彈性散射，此時表達式變?yōu)楸磉_式變?yōu)?1cos)hMc，由于，由于0Mm，故，故0這便出現(xiàn)了相干散射。這便出現(xiàn)

33、了相干散射。的微觀機制是什么呢？的微觀機制是什么呢？4 4. . ComptonCompton波長的測量，為我們提供了另一種測量波長的測量，為我們提供了另一種測量PlanckPlanck常數(shù)的方法。常數(shù)的方法。，第三節(jié)：第三節(jié)：ComptonCompton散射散射第第六六章章 :X射射線線光子的描光子的描述述量子的解量子的解釋釋有關的討有關的討論論上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件31第四節(jié)：第四節(jié)：X X射線的吸收射線的吸收 X X射線通過物質時，我們將射線通過物質時，我們將X X射線稱為光子，射線稱為光子，則根據(jù)光子能量（則根據(jù)光子能量（hvhv）的不同，它們物質的相互）的不同，它們

34、物質的相互作用有以下三種情況：作用有以下三種情況： 1、 X射線的光子打在吸收物上，打出電子來，射線的光子打在吸收物上，打出電子來，而光子本身消失了，此即光電效應。對光子來而光子本身消失了，此即光電效應。對光子來說，這是真實吸收。說，這是真實吸收。“光電效應光電效應”的電子可以是的電子可以是自由電子，也可以是束縛電子。光子能量自由電子，也可以是束縛電子。光子能量hv不不太大是發(fā)生這種相互作用；太大是發(fā)生這種相互作用； 2、 X射線通過物質后，波長和能量發(fā)生改變，射線通過物質后，波長和能量發(fā)生改變，此稱此稱compton效應；當效應；當hv增大時，發(fā)生增大時，發(fā)生compton效應；效應；X射線

35、與射線與物質的作物質的作用用定量計算定量計算吸收限吸收限第第六六章章 :X射射線線上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件32以上三種效應不光與光子的以上三種效應不光與光子的能量能量有關，還與靶有關，還與靶的的原子序數(shù)原子序數(shù)有關。有關。 光子能光子能hvhv大于電子靜止質量的兩倍時（大于電子靜止質量的兩倍時（1.02Mev1.02Mev），光子在原子核場附近將轉化為一對），光子在原子核場附近將轉化為一對正、負電子。這被稱作正、負電子。這被稱作電子偶效應電子偶效應；3、第四節(jié)：第四節(jié)：X X射線的吸收射線的吸收第第六六章章 :X射射線線X射線與射線與物質的作物質的作用用定量計算定量計算吸收限吸

36、收限上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件331 1. .強度表達式強度表達式0I0( )xI xI e可見強度可見強度I(x)I(x)隨隨厚度厚度x x指數(shù)衰減指數(shù)衰減。設一束設一束X X射線，射向吸收體前強度是射線，射向吸收體前強度是，通過厚度為通過厚度為dxdx的吸收體后，強度增量為的吸收體后，強度增量為dIdI，減少量減少量-dI-dI將正比于將正比于dxdx和通過和通過dxdx時的強度時的強度I I，若取比例系數(shù)為若取比例系數(shù)為，則則-dI=I-dI=I（x x）dxdx兩邊積分得兩邊積分得(1)X射線與射線與物質的作物質的作用用定量計算定量計算吸收限吸收限第四節(jié)：第四節(jié)：X X射

37、線的吸收射線的吸收第第六六章章 :X射射線線上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件34（1 1）線性吸收系數(shù)）線性吸收系數(shù)1cm稱其為線性吸收系數(shù)。通常定義稱其為線性吸收系數(shù)。通常定義1x時的時的x x為吸收長度，即吸收長度為吸收長度，即吸收長度1它表示透射粒子占入射粒子它表示透射粒子占入射粒子70%70%時吸收體的厚度。時吸收體的厚度。2 2. .關于吸收系數(shù)的討論關于吸收系數(shù)的討論(1)式中，式中，x單位單位:cm，單位：單位：；，第四節(jié)：第四節(jié)：X X射線的吸收射線的吸收第第六六章章 :X射射線線X射線與射線與物質的作物質的作用用定量計算定量計算吸收限吸收限上一頁上一頁下一頁下一頁首頁

38、首頁編輯課件35為了使吸收系數(shù)的數(shù)值不依賴于吸收體的物為了使吸收系數(shù)的數(shù)值不依賴于吸收體的物理狀態(tài)（汽、液、固），定義質量吸收系數(shù)理狀態(tài)（汽、液、固），定義質量吸收系數(shù), ,其中其中是吸收體密度。是吸收體密度。( )()0( )xI xI e 式中式中稱為質量厚度，單位是稱為質量厚度，單位是2/cmmg，稱為質量吸收系數(shù)，單位為稱為質量吸收系數(shù)，單位為mgcm /2（2）質量吸收系數(shù)質量吸收系數(shù)則（則（1 1）式化為：）式化為：第四節(jié)：第四節(jié)：X X射線的吸收射線的吸收第第六六章章 :X射射線線X射線與射線與物質的作物質的作用用定量計算定量計算吸收限吸收限上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課

39、件36 由前面的討論可知，由前面的討論可知，X X射線同物質的作用有三射線同物質的作用有三種，有些情況下，三種效應都是存在的。所以定種，有些情況下，三種效應都是存在的。所以定義一個總吸收系數(shù)，它是三種效應的迭加，即：義一個總吸收系數(shù)，它是三種效應的迭加，即：光電康對偶 描繪出描繪出 隨隨X X射線能量的變化曲線是分析吸收體射線能量的變化曲線是分析吸收體的常用方法。的常用方法。（3 3）總吸收系數(shù)）總吸收系數(shù)第四節(jié)：第四節(jié)：X X射線的吸收射線的吸收第第六六章章 :X射射線線X射線與射線與物質的作物質的作用用定量計算定量計算吸收限吸收限上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件37 在在EE圖中，

40、在某一個能量圖中，在某一個能量E E處，處，發(fā)聲突發(fā)聲突變，稱之為吸收限。變，稱之為吸收限。2.2.吸收限的應用吸收限的應用1.1.吸收限吸收限 產生吸收限的原因是：產生吸收限的原因是： 當當X射線的能量恰能將吸收體某一內層電子射線的能量恰能將吸收體某一內層電子電離，從而引起原子的共振吸收。電離，從而引起原子的共振吸收。X射線與射線與物質的作物質的作用用定量計算定量計算吸收限吸收限第四節(jié)：第四節(jié)：X X射線的吸收射線的吸收第第六六章章 :X射射線線上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件38 應用應用1 1：運用：運用“通帶通帶”過濾片，選通某些光過濾片，選通某些光強的強的X X射線射線. .

41、 原理：我們知道，產生原理：我們知道，產生KX射線的閾能總要射線的閾能總要大于該元素本身大于該元素本身KX射線的能量。而某物質的射線的能量。而某物質的KX線的閾能正是該物質線的閾能正是該物質E圖上圖上K吸收限的能量吸收限的能量。 因此因此 ，該物質的，該物質的KXKX射線的能量位置，必定在射線的能量位置，必定在K K吸收限的左邊，并且靠近吸收限的附近。吸收限的左邊，并且靠近吸收限的附近。第四節(jié)：第四節(jié)：X X射線的吸收射線的吸收第第六六章章 :X射射線線X射線與射線與物質的作物質的作用用定量計算定量計算吸收限吸收限上一頁上一頁下一頁下一頁首頁首頁編輯課件39K 根據(jù)這個原理，我們用該根據(jù)這個原理，我們用該 元素成一個薄片，元素成一個薄片， 放在放在x x射線射線的光路上，就可以使的光路上，就可以使kxkx線順利線順利通過，而其它頻率成分被大量通過，而其它頻率成分被大量吸收，從而起到選通某些頻率吸收，從而起到選通某些頻率x x射線的作用。射線的作用。 比如黃銅是銅和鋅的混合物，當射線打到黃比如黃銅是銅和鋅的混合物，當射線打到黃