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1. ??与散射物质无关,仅与散射角有关 曲线表明 2. 轻元素 重元素 吴有训的康普顿效应散射实验曲线 ? 证实了康普顿效应的普遍性 ? 证实了两种散射线的产生机制 ? -外层电子(自由电子)散射 ?0-内层电子(整个原子)散射 在康普顿的一本著作“X-Rays in theory and experiment”(1935)中19处引用了吴的工作。两图并列作为康普顿效应的证据。 意义: 吴有训对康普顿效应最突出的贡献在于测定了x射线散射中变线、不变线的强度比率R随散射物原子序数变化的曲线,证实并发展了康普顿的量子散射理论。 例:波长为 的X射线与静止的自由电子碰撞,现在从和入射方向成 角的方向去观察散射辐射。求: (1) 散射X射线的波长;(2)反冲电子的能量;(3)反冲电子的动量。 x y x y Pe ? h/?0 h/? 解:(1)散射后X射线波长的改变为 所以散射X的波长为 (2) 根据能量守恒,反冲电子获得的能量就是入射光子与散射光子能量的差值,所以 (3) 根据动量守恒,有 所以 §6.4、X射线的吸收 X射线由于具有很短的波长,因此在物质中具有很强的穿透能力。但是,由于X射线与物质相互作用,X射线的强度会因为X射线通过物质而被减弱,这就是X射线的吸收现象。 一、两类相互作用 1、多次小相互作用。 2、全或无相互作用。 粒子散射实验。 光电效应。 设没有加入吸收物之前,测得射线强度为 ,放入吸收物并逐步增加它的厚度x,那么通过吸收物后的射线强度I就会逐步减小 —— 朗伯-比耳定律 其中, 为吸收系数。 可见, 是射线经过单位厚度的吸收物后强度减弱的百分数。它代表吸收物对X射线的衰减作用的大小。 进一步可以把吸收式写为 其中, 为吸收物的密度。这样 表示射线经过在单位面积具有一单位质量的物质后减弱的百分数,称为质量吸收系数。 二、光子与物质相互作用 光电效应—— 光子与束缚电子的相互作用; 康普顿效应—— 光子与自由电子的相互作用; 电子偶效应—— 当光子的能量大于电子的静止质量的两倍时,光子在原子核附近能转化为一对正负电子。 对于X射线来说,对吸收起主要作用的是光电效应和康普顿效应。 吸收后的强度为 而这时的吸收系数将包括三个部分 吸收长度(平均自由程) 三、X射线的吸收限与原子能级 吸收限的产生是不难理解的,吸收物原子中的电子按壳层排列,各个壳层上的电子有不同的电离能。 当入射光子的能量正好等于某壳层上电子的电离能时,射线就会被共振吸收,使吸收系数突然增大,出现吸收限。 K吸收限 射线波长最短 L吸收限 三个相近的吸收限 同理,M壳层有5个吸收限,N壳层有7个吸收限等等。 所以各吸收限分别代表原子各壳层有一个电子电离时所需要吸收的能量。原子吸收了这样的能量,使它从基态跃迁到各层的电离态,因此吸收限对应于基态能级与各电离能级之间的跃迁。 根据这种解释,吸收限波长 和原子中相应壳层能级的电离能E应有如下关系 其中E以eV为单位。这样,在实验上测出某吸收限波长后即可算出相应壳层的电离能。 从上面的分析还可以发现,吸收限应该和标识谱线有密切的关系。一旦出现某个吸收限,即表示相应壳层上的电子已被电离,出现了空位,这时,较外层上的电子会来填充,从而产生相应于该壳层的标识谱线。 实验结果完全证实了这一推论。例如,对于吸收物银来说,当出现L吸收限时,同时就有L线系的标识谱线出现,而当出现K吸收限时,则能同时观察到K线系标识谱的全部谱线。 本章小结 X射线的发现、性质——X射线的机制——康普顿效应——X射线的吸收 一、重要公式 1、轫致辐射: 2、莫塞莱定律: 3、布拉格公式: 4、康普顿散射: 5、X射线吸收: 二、重要概念 1、轫致辐射、X射线标识谱、同步辐射。 2、X射线的偏振、衍射。 3、康普顿散射。 4、X射线的吸收、吸收限。 三、一些物理量的实验测定 四、与研究X射线相关的诺贝尔奖 作业:P288 6-1, 6-2, 6-6 我们还可以看到,前面这些式子与玻尔氢原子的公式非常相似,也可以用玻尔理论来说明, 例如对于 线系,是电子在n=2和n=1之间跃迁所发出的辐射,但不同的是用(Z-1)代替了Z,这是因为对多电子原子的内壳层n=1层出现空位时,考虑到电子的屏蔽效应,在n=2层中的电子感受到的是(Z=1)个正电荷的库仑作用,所以X射线的 线系的波数具有 的形式。 同理,可以
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