《原子物理学》第8章X射线.ppt

* * 射线减弱的原因 吸收 散射 三、吸收限 原子各壳层有一个电子电离时需要吸收的能量 K吸收限 电离能(ev) 26.712 4.019 3.727 3.533 0.781 0.666 0.632 0.423 0 0.420 n l j 1 0 1/2 2 0 1/2 2 1 1/2 2 1 3/2 3 0 1/2 3 1 1/2 3 1 3/2 3 2 3/2 3 2 5/2 基态 M L K L吸收限 M吸收限 Cd的电离态能级 * * * * 从上图不难看出，吸收系数随X光子能量增加而下降，这是由于X光子能量越高，其穿透性越强。仔细观察会发现，图中μ有几处突变。它们对应K、L、M…吸收线。 K、L、M…吸收限是X光子分别使K层、 L层、M层一个电子电离发生共振吸收的能量。 μ 的突变即吸收限的出现，再证明原子内部电子的壳层结构。 * * 第五节 康普顿效应 一、康普顿效应（散射） 当X射线通过一些较轻元素的物质时，散射光中除了与后来波长相同的X射线以外，还有波长变长的X射线，这种效应叫康普顿效应。 实验结果： ①对同一散射物质 且随 φ的增加，新谱线增强 * * ②对不同的散射物，只要φ 相同， △λ相同，但波长变长的射线强度 随Z的增加而减少。（P239图8.15) * * 二、散射公式的推导 * * 能量守恒： 动量守恒： 相对论关系： ， * * 意义：用光子概念成功地解释了X光的散射实验，这是继光电效应之后，再次证明光的粒子性。并指出像光子、电子这样的微观粒子也服从守恒律。康普顿散射是X光与物质相互作用的一种形式。 教学要求 （1）了解X射线发现的实验事实、产生方法，掌握X射线的连续谱与标识谱的特征和产生的机制，解释同X射线有关的原子能级产生的原因。 （2）了解X射线的吸收的规律，掌握康普顿散射，理解光子与物质的相互作用。 （3）了解X射线在晶体中的衍射的规律。 第8章X射线 * * 第一节：X射线的产生和波长的测定 一、电磁波谱 原子光谱 光学光谱:原子受激发,价电子跃迁所获得的谱。 ( 从红外线---可见光---紫外线： 10-3~10-9米） X射线光谱：原子内壳层电子跃迁所获 得的谱。 电 磁 波 谱 二、X射线的发现 1895年，伦琴用黑纸把阴极射线管包起来，发现1m远处的荧光屏上发出微弱的荧光，甚至将屏移出2m之外还有荧光出现。这种射线走直线，不反射、不折射，也不受磁场偏折。所以他称未知的射线为X射线。但它的穿透性很强，可穿透他夫人的手显示出手骨骼图象。 1.X射线的发现 1879年,克鲁克斯证明了阴极射线是带电的粒子流。 该照片在医学上具有划时代意义。1895年12月28日，伦琴宣读了“论新的射线”；1901年获第一个诺贝尔物理奖。 ２．性质：穿透性很强； 对动植物组织有刺激作用。 ３．本质：是波长很短的电磁波（0.001nm~1nm) 使气体电离； 使照相底片爆光； ４· X射线的产生 : 一般由高速电子打在物体上产生。  在实验室由X射线管产生。 使荧光屏发出荧光； 阴极 电子 真空管 X射线 图 X 射线管示意图 三、 X射线波长的测定 1912年，劳厄指出X射线是波长很短的电磁波。他借助晶体这－天然光栅观察X射线的衍射，证明了X光的波动性。劳厄因研究晶体的X射线获1941年诺贝尔物理奖。 原理：利用X射线在晶体的衍射可以测定它的波长 从任何一晶面上，那些出射方向对平面的倾角与入射线的倾角相等的X射线，满足布拉格公式： ? ? ? ? ? ? d A B ? ? 出射线就会加强。 用布喇格公式可以计算晶面距，反之，若已知d，还可以确定X射线的波长。 从而在给定θ下可确定X射线的波长λ。 晶体可形成许多不同取向的晶面。在θ方向衍射的X光将得到加强，出现了劳厄光斑。 原子间距由 , 给出，d=0.282nm。 四、测定强度：由谱线的深浅程度可以测出相对强度P223。 例如 1(g)的NaCl(A=58.5)， 其密度：ρ=2.163(g/cm3)，所以分子数密度为 S1 S2 A A1 O C P ? ? x射线摄谱仪示意图 OA/r=2? ? =OA/2 r 已知晶格常数d，测出? 值及其对应的n