第六章__X射線

1、1第六章第六章 X射線射線 228 X射線的發(fā)現(xiàn)及其特性（包含射線的發(fā)現(xiàn)及其特性（包含3030）X射線產(chǎn)生機制射線產(chǎn)生機制 29教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容31 X射線的吸收射線的吸收3教學(xué)要求教學(xué)要求 （1）了解了解X射線發(fā)現(xiàn)的實驗事實、產(chǎn)生方法，射線發(fā)現(xiàn)的實驗事實、產(chǎn)生方法，掌握掌握X射線的連續(xù)譜與標識譜的特征和產(chǎn)射線的連續(xù)譜與標識譜的特征和產(chǎn)生的機制，解釋同生的機制，解釋同X射線有關(guān)的原子能級射線有關(guān)的原子能級產(chǎn)生的原因。產(chǎn)生的原因。（2）了解了解X射線的吸收的規(guī)律，掌握康普頓射線的吸收的規(guī)律，掌握康普頓散射，理解光子與物質(zhì)的相互作用。散射，理解光子與物質(zhì)的相互作用。（3）了解了解X射線在晶體中的衍

2、射的規(guī)律。射線在晶體中的衍射的規(guī)律。 43重點重點v X射線連續(xù)譜與標識譜及產(chǎn)生機射線連續(xù)譜與標識譜及產(chǎn)生機制制v莫塞萊定律莫塞萊定律v康普頓散射康普頓散射 4難點難點v X射線的連續(xù)譜與標識譜產(chǎn)射線的連續(xù)譜與標識譜產(chǎn)生機制生機制v莫塞萊定律莫塞萊定律5 28 X射線的發(fā)現(xiàn)及其特性射線的發(fā)現(xiàn)及其特性一、一、X X射線的發(fā)現(xiàn)及特性射線的發(fā)現(xiàn)及特性二、二、X X射線的衍射射線的衍射6 一、一、X射線的發(fā)現(xiàn)及特性射線的發(fā)現(xiàn)及特性1. X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)1895年年11月月8日，倫琴發(fā)現(xiàn)日，倫琴發(fā)現(xiàn)受高受高速電子撞擊的金屬會發(fā)射一種速電子撞擊的金屬會發(fā)射一種穿透性很強的射線稱穿透性很強的射線稱射線

3、射線 X 射線是波長極短的電磁波，射線是波長極短的電磁波，它不會被磁場偏轉(zhuǎn)，具有很強它不會被磁場偏轉(zhuǎn)，具有很強的穿透力，而且波長越短，穿的穿透力，而且波長越短，穿透力越強。透力越強。 0.1nm：軟：軟X射線。射線。7電電 磁磁 波波 譜譜8 該照片在醫(yī)學(xué)上具有劃時代意義。該照片在醫(yī)學(xué)上具有劃時代意義。1895年年12月月28日，倫琴宣讀了日，倫琴宣讀了“論新的射線論新的射線”；1901年獲第年獲第一個諾貝爾物理獎。一個諾貝爾物理獎。910112. X射線的波動性和粒子性射線的波動性和粒子性波動性波動性 X射線在晶體中的衍射射線在晶體中的衍射 1913年英國年英國布拉布拉格父子格父子提出了一種

4、解提出了一種解釋射線衍射的方法，釋射線衍射的方法，給出了定量結(jié)果，并給出了定量結(jié)果，并于于1915年榮獲物理學(xué)年榮獲物理學(xué)諾貝爾獎諾貝爾獎布布 拉拉 格格 反反 射射d入射波入射波散射波散射波oCAB() 布喇格公式布喇格公式12布布 拉拉 格格 反反 射射d入射波入射波散射波散射波oCAB掠射角掠射角d晶格常數(shù)晶格常數(shù) 相鄰兩個晶面反射的相鄰兩個晶面反射的兩兩X射線干涉射線干涉加強的條件加強的條件 布拉格公式布拉格公式,2, 1 ,0kkdsin2CBACsin2d13(2) 勞厄照片勞厄照片141,2,32nndsin在在 方向衍射的方向衍射的X光將得到加強，出現(xiàn)勞厄光斑。光將得到加強，出

5、現(xiàn)勞厄光斑。用布喇格公式可以計算晶面距。反之，若已知用布喇格公式可以計算晶面距。反之，若已知d，還可以確定還可以確定X射線的波長。射線的波長。從而在給定從而在給定下可確定下可確定X射線的波長射線的波長。 晶體可形成許多不同取向的晶面。晶體可形成許多不同取向的晶面。 X射線經(jīng)射線經(jīng)晶面距為晶面距為d的晶面反射時，凡光程滿足的晶面反射時，凡光程滿足v測定強度：由譜線的深淺程度可以測出相對強度。測定強度：由譜線的深淺程度可以測出相對強度。1516(3) (3) 晶體粉末法晶體粉末法(單波長的射線單波長的射線) 每一同心園對應(yīng)一組晶面每一同心園對應(yīng)一組晶面,不同的園環(huán)代表不同的園環(huán)代表不同的晶面陣不同

6、的晶面陣,環(huán)的強弱反映了晶面上原子的環(huán)的強弱反映了晶面上原子的密度大小密度大小2 sin ,12ndn， ， ， 17 例如對大分子例如對大分子 DNADNA 晶體的成千晶體的成千張的張的X X射線衍射照片的分析，顯示出射線衍射照片的分析，顯示出DNADNA分子的分子的雙螺旋雙螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu). .DNA DNA 晶體的晶體的X衍射照片衍射照片DNA DNA 分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)(4) X射線的衍射是研究晶體結(jié)構(gòu)有效方法射線的衍射是研究晶體結(jié)構(gòu)有效方法-晶體衍射晶體衍射圖可以確定晶體內(nèi)部的原子（或分子）間的距離和排圖可以確定晶體內(nèi)部的原子（或分子）間的距離和排列列. . 可用來研究高分

7、子的結(jié)構(gòu)可用來研究高分子的結(jié)構(gòu) 18 1920 1920年，美國物理學(xué)家康普頓在觀察年，美國物理學(xué)家康普頓在觀察X X射線被物質(zhì)射線被物質(zhì)散射時，發(fā)現(xiàn)散射時，發(fā)現(xiàn)散射散射線中含有線中含有波長波長發(fā)生發(fā)生變化變化了的成分了的成分. .實驗裝置實驗裝置（5） X射線的粒子性射線的粒子性- 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)(1927諾貝爾獎諾貝爾獎)19 經(jīng)典電磁理論預(yù)言，經(jīng)典電磁理論預(yù)言，散射輻射具有和入射輻射散射輻射具有和入射輻射一樣的頻率一樣的頻率 . 經(jīng)典理論無經(jīng)典理論無法解釋波長變化法解釋波長變化 .實驗結(jié)果實驗結(jié)果04590135（相對強度）（相對強度）（波長）波長）I00 在散射在散射X X 射線

8、中除有射線中除有與入射波長相同的射線外，與入射波長相同的射線外，還有波長比入射波長更長還有波長比入射波長更長的射線的射線 .經(jīng)典理論的困難經(jīng)典理論的困難2021000vxy光子光子電子電子 電子反沖速度很大，需用電子反沖速度很大，需用相對論力學(xué)相對論力學(xué)來處理來處理. .物理模型物理模型 入射光子（入射光子（ X 射線或射線或 射線）能量大射線）能量大 . . 固體表面電子束縛較弱，可視為固體表面電子束縛較弱，可視為近自由電子近自由電子. . 量子解釋量子解釋xy電子電子光子光子 電子熱運動能量電子熱運動能量 ，可近似為，可近似為靜止電子靜止電子. . heV101054hE 范圍為：范圍為：

9、22cos2202222220222chchchmv理論分析理論分析xy00echechvme0e2200mchcmhv能量守恒能量守恒vmechech00動量守恒動量守恒)(2)cos1 (2)1 (020024202242hcmhcmccmv23 康普頓波長康普頓波長 nm1043. 2m1043. 23120Ccmh)cos1 (00cmhcc)(2)cos1 (2)1 (020024202242hcmhcmccmv2/ 1220)/1 (cmmv2sin2)cos1 (200cmhcmh 康普頓公式康普頓公式024 散射光波長的改變量散射光波長的改變量 僅與僅與 有關(guān)有關(guān)0, 0Cma

10、x2)(, 散射光子能量減小散射光子能量減小00,)cos1 ()cos1 (C0cmh康普頓公式康普頓公式結(jié)論結(jié)論xy00echechvme0e25討論討論物理意義物理意義 若若 則則 ,可見光觀察可見光觀察不不到康普頓效應(yīng)到康普頓效應(yīng).C00 光子假設(shè)的正確性，狹義相對論力學(xué)的正確性光子假設(shè)的正確性，狹義相對論力學(xué)的正確性 . 微觀粒子也遵守微觀粒子也遵守能量守恒能量守恒和和動量守恒動量守恒定律定律. 與與 的關(guān)系的關(guān)系與物質(zhì)無關(guān)與物質(zhì)無關(guān)，是光子與近自由電子，是光子與近自由電子間的相互作用間的相互作用. 散射中散射中 的散射光是因的散射光是因光子光子與金屬中的與金屬中的緊束縛緊束縛0電子

11、電子（原子核）的作用（原子核）的作用.)cos1 ()cos1 (C0cmh康普頓公式康普頓公式26 康普頓康普頓（A. H.Compton)美國人美國人(1892-1962）康普頓康普頓在做康普頓散射實驗在做康普頓散射實驗27解（解（1）)cos1 (CCC)90cos1 (eV295)1 (000202khchchccmmcEm101.00-100 例例 波長波長 的的X射線與靜止的自由射線與靜止的自由電子作彈性碰撞電子作彈性碰撞, 在與入射角成在與入射角成 角的方向上觀察角的方向上觀察, 問問90（2）反沖電子得到多少動能？反沖電子得到多少動能？（1）散射波長的改變量散射波長的改變量 為

12、多少？為多少？（3）在碰撞中，光子的能量損失了多少？在碰撞中，光子的能量損失了多少？m1043. 212（2） 反沖電子的動能反沖電子的動能 （3） 光子損失的能量反沖電子的動能光子損失的能量反沖電子的動能28X射線產(chǎn)生的機制射線產(chǎn)生的機制 29一、一、 X射線的產(chǎn)生及發(fā)射光譜的測量射線的產(chǎn)生及發(fā)射光譜的測量二、二、 X射線的發(fā)射譜及特征射線的發(fā)射譜及特征四、關(guān)于四、關(guān)于x射線的原子能級和能級躍遷圖射線的原子能級和能級躍遷圖三、莫塞萊定律三、莫塞萊定律29一、一、 X射線的產(chǎn)生及發(fā)射光譜的測量射線的產(chǎn)生及發(fā)射光譜的測量 1、X射線射線的產(chǎn)生的產(chǎn)生X射線由高速電子打在物體上產(chǎn)生。射線由高速電子打

13、在物體上產(chǎn)生。陰極陰極電子電子真空管真空管X射線射線圖圖 X 射線管示意圖射線管示意圖302 、 X射線射線波長和強度的測量波長和強度的測量S1S2AA1OCPX射線攝譜儀射線攝譜儀31X射線測譜計射線測譜計32 X射線發(fā)射譜由兩部分構(gòu)成，一是波長連續(xù)射線發(fā)射譜由兩部分構(gòu)成，一是波長連續(xù)變化的連續(xù)譜，它的最小波長只與外加電壓有關(guān)；變化的連續(xù)譜，它的最小波長只與外加電壓有關(guān)；另一部分是具有分立波長的線狀譜，波長取決于另一部分是具有分立波長的線狀譜，波長取決于靶材料，稱為標識譜、特征譜。靶材料，稱為標識譜、特征譜。 1、X射線發(fā)射光譜射線發(fā)射光譜二、二、X射線的發(fā)射譜及特征射線的發(fā)射譜及特征 X射

14、線連續(xù)光譜射線連續(xù)光譜 兩類兩類 X射線的特征譜射線的特征譜 (標識譜標識譜)3334（2）產(chǎn)生機制產(chǎn)生機制: 快速電子射到陽極上快速電子射到陽極上,受到陽極受到陽極中原子核的庫侖場作用就會驟然減速中原子核的庫侖場作用就會驟然減速;由此伴隨由此伴隨產(chǎn)生的輻射稱產(chǎn)生的輻射稱之為之為軔致輻射。軔致輻射。（1） 產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件: 當電子的能量不超過某一限當電子的能量不超過某一限度時度時, 只發(fā)射連續(xù)譜只發(fā)射連續(xù)譜 。 2、X射線連續(xù)譜射線連續(xù)譜軔致輻射軔致輻射由于電子速度連續(xù)變化，由于電子速度連續(xù)變化，所以產(chǎn)生連續(xù)譜。所以產(chǎn)生連續(xù)譜。35電子電子離子離子光子光子 軔致輻射示意圖軔致輻射示意圖36

15、強度隨波長變化強度隨波長變化,在某一波長處在某一波長處,強度有強度有極值在長波方面強度降落緩慢極值在長波方面強度降落緩慢,在短波方面強度降在短波方面強度降落較快落較快,且有明顯的極值，有最短波長且有明顯的極值，有最短波長 極小極小 。 極小極小 與材料無關(guān)與材料無關(guān),只與加速電壓有關(guān)只與加速電壓有關(guān),當加速電壓增當加速電壓增高時高時 極小極小減小。減小。（3） 特征特征:nm(kV)1.24minVeVhc它是加速電子全部動能轉(zhuǎn)換它是加速電子全部動能轉(zhuǎn)換成輻射能所對應(yīng)的波長。成輻射能所對應(yīng)的波長。37 X射線特征譜是巴拉克于射線特征譜是巴拉克于1906年發(fā)現(xiàn)的。他年發(fā)現(xiàn)的。他觀察到連續(xù)譜上出現(xiàn)

16、一系列分立譜線，并用觀察到連續(xù)譜上出現(xiàn)一系列分立譜線，并用K、L、M字母標識，因特征譜的發(fā)現(xiàn)使他獲字母標識，因特征譜的發(fā)現(xiàn)使他獲1917年的諾貝爾物理獎。年的諾貝爾物理獎。3、X射線標識譜及特征射線標識譜及特征38 每種元素都有一每種元素都有一 特定波長的線狀光譜特定波長的線狀光譜,即特即特征征X射線譜成為這種元素的標志射線譜成為這種元素的標志。 （1）產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件: 當電子的能量當電子的能量(加速電壓加速電壓) 超過某一臨超過某一臨 界值時界值時,除有連續(xù)譜外除有連續(xù)譜外,還在連續(xù)譜的背景上迭加還在連續(xù)譜的背景上迭加 一些線狀譜。一些線狀譜。（2）特特 征征: 線狀譜的位置和結(jié)構(gòu)與陽極材

17、料有關(guān)線狀譜的位置和結(jié)構(gòu)與陽極材料有關(guān), 即不同元素的陽極材料發(fā)射的線狀光譜雖有相即不同元素的陽極材料發(fā)射的線狀光譜雖有相 似結(jié)構(gòu)似結(jié)構(gòu),但波長不同但波長不同,按原子序數(shù)順序排列時按原子序數(shù)順序排列時,波長波長 依次變化依次變化,不顯示周期性變化。不顯示周期性變化。39直進射線直進射線As 33Se 34Br 35Rb 37Sr 38Nb 41Rh 45圖圖 幾種元素的幾種元素的X射射 線系譜，按原子序數(shù)線系譜，按原子序數(shù) 的次序上下排列的次序上下排列4041 由于按原子序數(shù)順序排列時由于按原子序數(shù)順序排列時, X射線波長射線波長 依次依次變化變化,不顯示周期性變化。且與元素的化合狀態(tài)基不顯示

18、周期性變化。且與元素的化合狀態(tài)基本無關(guān)。這表明本無關(guān)。這表明 X 射線標識譜是原子中內(nèi)層電子射線標識譜是原子中內(nèi)層電子的躍遷所產(chǎn)生。的躍遷所產(chǎn)生。現(xiàn)已知：現(xiàn)已知： K線系是最內(nèi)層線系是最內(nèi)層n=1以外的各殼層電子躍遷到以外的各殼層電子躍遷到 最內(nèi)層而產(chǎn)生最內(nèi)層而產(chǎn)生L線系是線系是n=2以外的各殼層電子躍遷到以外的各殼層電子躍遷到n=2殼層殼層而產(chǎn)生而產(chǎn)生M線系是線系是n=3以外的各殼層電子躍遷到以外的各殼層電子躍遷到n=3殼層殼層而產(chǎn)生而產(chǎn)生42 標識譜反應(yīng)了原子內(nèi)層結(jié)構(gòu)的情況，譜線的標識譜反應(yīng)了原子內(nèi)層結(jié)構(gòu)的情況，譜線的波長代表能級間的間隔，譜線的精細結(jié)構(gòu)顯示能波長代表能級間的間隔，譜線的精

19、細結(jié)構(gòu)顯示能級的精細結(jié)構(gòu)，是研究原子結(jié)構(gòu)問題的有力武器。級的精細結(jié)構(gòu)，是研究原子結(jié)構(gòu)問題的有力武器。(3) X 射線標識譜線系的劃分射線標識譜線系的劃分任何元素的標識譜都包含若干個線系，任何元素的標識譜都包含若干個線系，位置與外加電壓無關(guān)按波長排列為位置與外加電壓無關(guān)按波長排列為K、L、M、N、隨電壓隨電壓V的增加依次出現(xiàn)的增加依次出現(xiàn)43（4 4） 莫塞萊定律莫塞萊定律及原子序數(shù)的測定及原子序數(shù)的測定1913年莫塞萊測量了從年莫塞萊測量了從Al到到Au共共38種元素的種元素的X射線的射線的K線系，發(fā)線系，發(fā)現(xiàn)各元素發(fā)射的現(xiàn)各元素發(fā)射的K線系波數(shù)的平線系波數(shù)的平方根方根 與原子序數(shù)與原子序數(shù)Z

20、成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。)2111()1(222ZRK)3121()4 .7(222ZRL44)11()(222nmbZRmn 原子光譜是原子最外層電子原子光譜是原子最外層電子躍遷的結(jié)果，外層電子組態(tài)的周躍遷的結(jié)果，外層電子組態(tài)的周期性決定了元素性質(zhì)的周期性。期性決定了元素性質(zhì)的周期性。 X射線是內(nèi)層電子躍遷的結(jié)果。射線是內(nèi)層電子躍遷的結(jié)果。 隨隨Z呈線性關(guān)系呈線性關(guān)系(見圖見圖)。說明它受外層電子影。說明它受外層電子影響很小，只受原子核的影響。莫塞萊圖提供了從響很小，只受原子核的影響。莫塞萊圖提供了從實驗測定原子序數(shù)實驗測定原子序數(shù)Z的一種有效方法。歷史上正是的一種有效方法。歷史上正是他首次

21、糾正了他首次糾正了27Co，28Ni在周期表的次序。在周期表的次序。45 根據(jù)元素根據(jù)元素X X射線在圖射線在圖上的位置上的位置, ,就可定出該就可定出該元素的原子序數(shù)元素的原子序數(shù) 早期元素周期表是按原子量大小順序排列的。早期元素周期表是按原子量大小順序排列的。如如K(A=39.1)在在Ar(A=39.9)前前 ； Ni(A=58.7)在在Co(A=58.9)前。由莫塞萊圖給出前。由莫塞萊圖給出 KX射線波長射線波長是是Ar:4.19 ；K:3.74 ； Co:1.79 ； Ni:1.66 。A。A。A。A46可算出可算出由莫塞萊由莫塞萊 線公式線公式K2221)-)(Z21-11(RKA1

22、.66Ni28A1.79Co72A3.74K19A4.194Ar181121.6Z47例例1、某些元素的某些元素的 K 線的波長分別是線的波長分別是1.935、1.787、1.656和和1.434, 試確定試確定這是些什么元素？在這個系列中缺少哪這是些什么元素？在這個系列中缺少哪種元素？試算出它的種元素？試算出它的K 線的波長。線的波長。4829 X射線產(chǎn)生的機制射線產(chǎn)生的機制三、產(chǎn)生標識輻射的先決條件三、產(chǎn)生標識輻射的先決條件 X射線標識輻射來源于內(nèi)層電子的躍遷但射線標識輻射來源于內(nèi)層電子的躍遷但內(nèi)層電子是填滿的，據(jù)泡利不相容原理，不可內(nèi)層電子是填滿的，據(jù)泡利不相容原理，不可能再加電子，所以

23、要產(chǎn)生標識譜線，內(nèi)殼層必能再加電子，所以要產(chǎn)生標識譜線，內(nèi)殼層必須要產(chǎn)生空穴。須要產(chǎn)生空穴。四、四、X射線標識譜產(chǎn)生機制和標識譜的標記方法射線標識譜產(chǎn)生機制和標識譜的標記方法49 從陰極發(fā)出的高速電子打到陽極上從陰極發(fā)出的高速電子打到陽極上, 由于電子由于電子能量很高能量很高,它能深入到原子的內(nèi)層它能深入到原子的內(nèi)層,將內(nèi)殼層電子電將內(nèi)殼層電子電離離, 并在內(nèi)殼層出現(xiàn)一個空穴并在內(nèi)殼層出現(xiàn)一個空穴,當鄰近內(nèi)殼層的電子當鄰近內(nèi)殼層的電子躍遷到這個空穴時躍遷到這個空穴時,就發(fā)射出波長很短的就發(fā)射出波長很短的 X 射線，射線，由于內(nèi)殼層能級分立，所以產(chǎn)生由于內(nèi)殼層能級分立，所以產(chǎn)生X 射線的線狀譜。

24、射線的線狀譜。 原子序數(shù)較大的元素，內(nèi)殼層能級間隔就越原子序數(shù)較大的元素，內(nèi)殼層能級間隔就越大，發(fā)出的大，發(fā)出的X 射線的光子能量高，波長就短，所射線的光子能量高，波長就短，所以波長依次變化，不具有周期性。以波長依次變化，不具有周期性。產(chǎn)生機制產(chǎn)生機制:50 同同X射線有關(guān)射線有關(guān)的原子能級。的原子能級。各內(nèi)層電子各內(nèi)層電子電離所形成電離所形成的原子能級的原子能級如圖如圖51 不難看出，其能級結(jié)構(gòu)十分類同堿金屬能級結(jié)不難看出，其能級結(jié)構(gòu)十分類同堿金屬能級結(jié)構(gòu)，這是由于滿殼層少一個電子的原子態(tài)（即電離構(gòu)，這是由于滿殼層少一個電子的原子態(tài)（即電離態(tài)）與只有一個電子（堿金屬）的原子態(tài)相同。態(tài)）與只有

25、一個電子（堿金屬）的原子態(tài)相同。 當當K殼層的一個電子被電離后，原子處于電離殼層的一個電子被電離后，原子處于電離態(tài)，電離態(tài)的能級與中性原子未電離的基態(tài)能態(tài)，電離態(tài)的能級與中性原子未電離的基態(tài)能相比為最高。相比為最高。L層的電離態(tài)能級次之，形成電離層的電離態(tài)能級次之，形成電離態(tài)能級如圖所示。態(tài)能級如圖所示。 電離能是使某殼層一個電子被電離所需的電離能是使某殼層一個電子被電離所需的能量；也是該殼層電子的結(jié)合能。能量；也是該殼層電子的結(jié)合能。52由量子力學(xué)可證各電離態(tài)的譜項公式為：由量子力學(xué)可證各電離態(tài)的譜項公式為：.)8523434()()43()()(223366444222knknknnszR

26、knnszRnzRTn式中式中k=J+1/2，J是總角動量量子數(shù)。修正值是總角動量量子數(shù)。修正值和和s可可由實驗的能級數(shù)值推算由實驗的能級數(shù)值推算 53為了描述內(nèi)層電子向為了描述內(nèi)層電子向“下下”的躍遷，需將上圖倒的躍遷，需將上圖倒轉(zhuǎn)。電子躍遷后的末態(tài)為轉(zhuǎn)。電子躍遷后的末態(tài)為K、L、M時，對應(yīng)的時，對應(yīng)的X射線分別稱射線分別稱K線系，線系，L線系，線系，M線系線系，同一個，同一個線系中用線系中用，表示不同的上能級向同一下表示不同的上能級向同一下能級躍遷的譜線。例如從能級躍遷的譜線。例如從L、M、N層向?qū)酉騅層躍遷層躍遷的的K線系，依次表示為線系，依次表示為 ， 。在。在K線中線中還有兩條還有兩

27、條K1，K2線對應(yīng)線對應(yīng) 2P3/2和和2P1/2向下的躍遷。向下的躍遷。X射線特征譜的躍遷選擇定則也與堿金屬光譜相同射線特征譜的躍遷選擇定則也與堿金屬光譜相同11;,0jl54關(guān)于關(guān)于x x射線的原子能級和能級躍遷圖射線的原子能級和能級躍遷圖55256五、俄歇電子五、俄歇電子 當內(nèi)層當內(nèi)層(如如K層層)電子被電離出現(xiàn)空穴后，上層電電子被電離出現(xiàn)空穴后，上層電子向下躍遷時，除以輻射子向下躍遷時，除以輻射X射線形式外，還可以射線形式外，還可以將躍遷釋放的能量電離更高層的電子使之電離，將躍遷釋放的能量電離更高層的電子使之電離，稱為俄歇電子，或者將躍遷釋放的能量傳給原稱為俄歇電子，或者將躍遷釋放的能

28、量傳給原子核，使原子核處于激發(fā)態(tài)。若用子核，使原子核處于激發(fā)態(tài)。若用K K、L L、M M分分別表示別表示K、L、M層電子的結(jié)合能層電子的結(jié)合能(對應(yīng)電離能；對應(yīng)電離能；吸收限吸收限)。當。當L層電子向?qū)与娮酉騅層層(空穴空穴)躍遷時，使躍遷時，使M層層電子電離，發(fā)射的俄歇電子的動能為電子電離，發(fā)射的俄歇電子的動能為MLKAKE 57 一般輕元素發(fā)射俄一般輕元素發(fā)射俄歇電子幾率較大，重歇電子幾率較大，重元素發(fā)射元素發(fā)射X射線的幾射線的幾率較大。率較大。MLKAKE 58 31 X射線的吸收一、一、X X射線的吸收律射線的吸收律二、光與物質(zhì)相互作用二、光與物質(zhì)相互作用X X射線射線 吸收的幾種方

29、式吸收的幾種方式三、吸收限及其應(yīng)用三、吸收限及其應(yīng)用59 是吸收長度，即通過是吸收長度，即通過xo厚度的吸收體后，厚度的吸收體后，強度為入射強度的強度為入射強度的e1 ( 37)；是線性吸收系數(shù)，是線性吸收系數(shù)，dxxIdI)(000)(xxeIeIxIx一、一、 X X射線的吸收律射線的吸收律 當一束強度為當一束強度為Io的的X光通過厚度為光通過厚度為dx的吸收體后，的吸收體后，強度減少量強度減少量dI正比于正比于dx和強度和強度I(x)之乘積，引入之乘積，引入吸收系數(shù)吸收系數(shù)，有，有1ox積分給出積分給出表示射線經(jīng)過單位厚度的吸收體強度減弱的百分比。表示射線經(jīng)過單位厚度的吸收體強度減弱的百

30、分比。60改寫因子改寫因子 是吸收體密度是吸收體密度, 稱質(zhì)量厚度，稱質(zhì)量厚度， 稱質(zhì)量吸收系數(shù)。稱質(zhì)量吸收系數(shù)。上式還可寫成上式還可寫成xx xeII0)/(/2cmmg)/(2cmmgx表示射線經(jīng)過單位厚度的吸收體強度減弱的百分比。表示射線經(jīng)過單位厚度的吸收體強度減弱的百分比。61對偶康光電 二、二、光與物質(zhì)相互作用光與物質(zhì)相互作用-X-X射線吸收的幾種方式射線吸收的幾種方式1、光電效應(yīng)光子與束縛電子作用，光子被完全吸收光電效應(yīng)光子與束縛電子作用，光子被完全吸收2、康普頓效應(yīng)光子與自由電子的散射；康普頓效應(yīng)光子與自由電子的散射；3、電子偶效應(yīng)當光子的能量大于電子的靜止能量的電子偶效應(yīng)當光子

31、的能量大于電子的靜止能量的兩倍時兩倍時(即即1.02MeV)，光子在原子核場附近可將全部能，光子在原子核場附近可將全部能量轉(zhuǎn)化為正、負電子對。這三種作用對應(yīng)的吸收系數(shù)分量轉(zhuǎn)化為正、負電子對。這三種作用對應(yīng)的吸收系數(shù)分別為別為 光電光電,康康,對偶對偶，總的吸收系數(shù)是，總的吸收系數(shù)是62 當當X射線由低能光子組成射線由低能光子組成(一般不超過一般不超過150Kev)時，時，這時不會發(fā)生電子偶效應(yīng)。這時不會發(fā)生電子偶效應(yīng)?？倒怆妀jjw 假若吸收體由假若吸收體由 j 種不同純元素均勻混合而成，種不同純元素均勻混合而成，那么該吸收體的質(zhì)量吸收系數(shù)為那么該吸收體的質(zhì)量吸收系數(shù)為 其中其中 代表吸收體內(nèi)

32、第代表吸收體內(nèi)第 j 元素的質(zhì)量吸收系元素的質(zhì)量吸收系數(shù)，數(shù)，wj是它所占重量百分比（是它所占重量百分比（ ）。）。1jwj63三三.吸收限（又稱吸收邊緣）及應(yīng)用吸收限（又稱吸收邊緣）及應(yīng)用 實驗表明，吸收系數(shù)隨實驗表明，吸收系數(shù)隨X光子能量增加而下降，光子能量增加而下降，這是由于這是由于X光子能量越高，其穿透性越強。光子能量越高，其穿透性越強。 仔細觀察會發(fā)現(xiàn)，隨仔細觀察會發(fā)現(xiàn)，隨X光子能量的變化光子能量的變化有突有突變。變。吸收限。吸收限。K、L、M吸收限。吸收限。 K、L、M吸收限是吸收限是X光子分別使光子分別使K層、層、 L層層、M層一個電子電離發(fā)生共振吸收的能量。層一個電子電離發(fā)生共

33、振吸收的能量。 的突變即吸收限的出現(xiàn)，再證明原子內(nèi)部電的突變即吸收限的出現(xiàn)，再證明原子內(nèi)部電子的殼層結(jié)構(gòu)。子的殼層結(jié)構(gòu)。646566吸收限在測量中的應(yīng)用之一吸收限在測量中的應(yīng)用之一過濾片過濾片 元素的吸收系數(shù)元素的吸收系數(shù) 隨隨E的下降曲線突變處分別稱的下降曲線突變處分別稱K、L、M吸收線限。在吸收限的兩側(cè)吸收系數(shù)吸收線限。在吸收限的兩側(cè)吸收系數(shù) 值十分懸殊，因此可用作值十分懸殊，因此可用作“濾波器濾波器”。 例如黃銅是銅鋅的混合物，它們發(fā)射的例如黃銅是銅鋅的混合物，它們發(fā)射的K射線射線波長分別為波長分別為0.1539nm和和0.1434nm，相差極微。用，相差極微。用鎳片作過濾片，可以濾出其

34、一進行成分分析。鎳片作過濾片，可以濾出其一進行成分分析。 鎳的吸收限為鎳的吸收限為0.1489nm，正位于其中間（見，正位于其中間（見圖）。不難看出銅的質(zhì)量吸收系數(shù)小圖）。不難看出銅的質(zhì)量吸收系數(shù)小,而鋅的質(zhì)量而鋅的質(zhì)量吸收系數(shù)大吸收系數(shù)大./gcm482Cu/gcm3252Zn6768 當通過當通過9.4m的鎳片（對應(yīng)的質(zhì)量厚度為的鎳片（對應(yīng)的質(zhì)量厚度為N Nx=8.366mg/cmx=8.366mg/cm2 2) )，Cu和和Zn兩種兩種K線透過強度比線透過強度比為為10:1 銅的銅的K線大部分通過，而鋅的被吸收。線大部分通過，而鋅的被吸收。/gcm482Cu1)10e:(e25310-8

35、.3664810-8.366-3-3：/gcm3252Zn69另一個在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用心血管造影術(shù)另一個在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用心血管造影術(shù) 為了觀察局域心血管病變，常將足夠濃度的碘為了觀察局域心血管病變，常將足夠濃度的碘用導(dǎo)管直插入其中（十分痛苦?。玫鈱τ脤?dǎo)管直插入其中（十分痛苦?。玫鈱射線強吸收（遠比肌肉、骨骼高得多）形成造影。射線強吸收（遠比肌肉、骨骼高得多）形成造影。 現(xiàn)在人們發(fā)明了一種雙色數(shù)值減除造影術(shù)，只現(xiàn)在人們發(fā)明了一種雙色數(shù)值減除造影術(shù)，只將少量碘靜脈注射血管內(nèi)，就可以達到造影目的。將少量碘靜脈注射血管內(nèi)，就可以達到造影目的。其原理很簡單：用兩種不同能量的其原理很簡單：用兩種不

36、同能量的X射線進行兩射線進行兩次造影。其中一個次造影。其中一個X射線的能量（射線的能量（E1）略低于碘）略低于碘的的K吸收邊吸收系數(shù)小；另一能量（吸收邊吸收系數(shù)?。涣硪荒芰浚‥2）略高）略高于于K吸收邊吸收系數(shù)大（見圖）。吸收邊吸收系數(shù)大（見圖）。7071 （結(jié)束） 但這兩種能量的光對人體肌肉、骨骼的但這兩種能量的光對人體肌肉、骨骼的吸收系數(shù)差不多；通過兩次造影相減，將肌吸收系數(shù)差不多；通過兩次造影相減，將肌肉、骨骼的影響幾乎全部消除，留下碘對肉、骨骼的影響幾乎全部消除，留下碘對X射線吸收差的影像。該法對碘吸收特別靈敏，射線吸收差的影像。該法對碘吸收特別靈敏，故用碘量很少，大大減少了病人的痛苦

37、。故用碘量很少，大大減少了病人的痛苦。727374 8.4 X 射線的應(yīng)用vX 射線探傷vX 光機對人體透視v研究固體結(jié)構(gòu)v固溶體的成分比例v相變研究X 射線的應(yīng)用幻燈片75本章小結(jié)本章小結(jié)1 X射線的發(fā)現(xiàn)及其波性射線的發(fā)現(xiàn)及其波性3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜 24 X射線的吸收射線的吸收5 X射線的應(yīng)用射線的應(yīng)用76思考題思考題 （1）簡述康普頓散射實驗原理、裝置、過程和結(jié)果分析，該實驗說明了X射線的什么物理實質(zhì)？（吉林大學(xué)2001）（2）簡述X射線連續(xù)譜的特點、產(chǎn)生機制。 什么是軔致輻射？（3）簡述X射線標識譜的特點、產(chǎn)生機制。 寫出K線系的莫色萊定律。什么是特征輻射？（4）X射線標識譜是如何反映原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的？（5）如何用康普頓散射實驗來測定普朗克常數(shù)？ 77作業(yè)題作業(yè)題 （ 1 ） 在 康 普 頓 散 射 中 ， 入 射 光 子 的 波 長 為0.0030nm，反沖電子的速度為光速的0.6倍，求散射光子的波長和散射角。（1998中山大學(xué)） （2）求在康普頓散射中反沖電子的動能和入射光子的能量比。（2000中山大學(xué)）（3）求鋁原子被2.5keV電子束轟擊而產(chǎn)生的連續(xù)X射線的最短波長，問這