射线与物质相互作用.pdf

第三节 X射线与物质相互作用 我们前面讲过当X射线穿透物质时，与物质发生各种作用有吸收、散射、透 射光电效应等 一、X射线的散射 X 射线是一种电磁波，当它穿透物质时，物质的原子中的电子，可能使 X 射线光子偏离原射线方向，即发生散射。X射线的散射现象可分为相干散射和非 相干散射。 1、相干散射及散射强度 当X射线通过物质时，在入射电场作用下，物质原子中的电子将被 迫围绕其平衡位置振动，同时向四周辐射出与入射X射线波长相同的散 射X射线，称为经典散射。由于散射波与入射波的频率或波长相同，位 相差恒定，在同一方向上各散射波符合相干条件，又称为相干散射。 按动力学理论，一个质量为m 的电子，在与入射线呈2θ角度方向 上距离为R处的某点，对一束非偏振X射线的散射波强度为： e4 1cos 22  I=I ( ) e 0 2 2 4 R m C 2 2 2 它表示一个电子散射 X 射线的强度，式中 f=e/mC 称为电子散射 e 1cos 22  因子。 称为极化因子或偏振因子。它是由入射波非偏振化引起的 2 26 2  7.910 1cos 2 I=I ( ) e 0 R2 2 从上式可见（书P5） 相干散射波之间产生相互干涉，就可获得衍射。可见相干散射是 X 射线衍射技术的基础。 2、非相干散射 当入射X射线光子与原子中束缚较弱的电子或自由电子发生非弹性 碰撞时，光子消耗一部分能量作为电子的动能，于是电子被撞出离子外 （即反冲电子）同时发出波长变长，能量降低的非相干散射，或康普顿 散射 这种散射分布在各方向上，波长变长，相位与入射线之间也没有固 定的关系，故不产生相互干涉，不能产生衍射，只会称为衍射谱的背底， 给衍射分析工作带来干扰和不利的影响。 二、X射线的透射 X 射线射线透过物质后强度的减弱是X 射线射线光子数的减少，而不是 X 射线能量的减少。所以，透射X射线能量和传播方向基本与入射线相同。 X 射线与物质相互作用，实质上是 X 射线与原子的相互作用，其基本原理 是原子中受束缚电子被X射线电磁波的振荡电场加速，短波长的X射线易穿过 物质，长波长X射线易被物质吸收。 三、X射线的吸收 长波长 X 射线被物质吸收时，能量向其他形式转变。X 射线能量除转变为 热量之外，，还可以转变为电子电离，荧光产生，俄歇电子形成等光电效应。 1、光电效应 电离是指当入射光子能量大于物质中原子核对电子的束缚能时，电子将吸 收光子的全部能量而脱离原子核的束缚，成为自由电子。被激出的电子称 为光电子。这种因为入射线光子的能量被吸收而产生光电子的现象称为光 电效应。 ① 荧光效应①② 指当高能X 射线光子激发出被照射物质原子的内层电子后，较外 层电子填其空穴而产生了次生特征X 射线（或称为二次特征辐射）的 现象。 因其本质上属于光致发光的荧光现象，即与短波射线激发物质产 生次生辐射的荧光现象本质相同，故也称为荧光效应或荧光辐射。