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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢您,8,X,射线,在观察领域中，机遇只偏爱那种有准备头脑,巴斯德,我们已知原子能级和光谱都由原子外层电子决定，那么内层电子是否能发生跃迁而产生光谱呢？,1807,年，英国物理学家道尔顿依据试验提出：“气体，液体和固体都是由该物质不可分割原子组成。”他还认为，“同种元素原子，其大小、质量及各种性质都是相同。”从而把哲学意义上原子论推广到科学原子论。那么,线度大约在,10,-10,m,原子是否真不可再分割了？十九世纪末，连续三年三大发觉，首开了人们向微观世界进军先河。它们是：,（,1,）,1895,年德国,Rontgen,（伦琴）发觉,X,射线；,（,2,）,1896,年，法国,Becguerel,（贝克勒尔）发觉了放射性；,（,3,）,1897,年，英国,Thomson,（汤姆逊）发觉了电子。,第1页,一、,X,射线发觉,在,1895,年以前，由阴极射线管产生,X,射线在试验里已经存在了,30,多年，在,X,射线发觉前，不停有些人埋怨，放在阴极射线管附近摄影底片含糊或感光。如,1879,年克鲁克斯，,1890,年古德斯比德等人，但发觉,X,射线却是伦琴。,伦琴，,1845,年出生于德国一个商人家庭，,1869,年在苏黎世大学获博士学位。,1895,年,11,月,8,日黄昏，伦琴在研究阴极射线管中气体放电试验时，为了防止杂光对试验影响，他用黑纸板将管子包起来，却发觉距阴极管一段距离外一块涂有铂氰酸钡 结晶物质屏幕发出了荧光，伦琴马上意识到,这可能是一个前所未有新射线，经检验发觉,射线来自阴极射线管管壁。,8.1,X,射线产生及其波长强度测量,第2页,令人惊奇是，当用木头等不透明物质挡住这种射线时，荧光屏依然发光，而且这种射线能使黑纸包住摄影底片感光，不被电磁场偏转。经过一个多月研究，他未能搞清这种射线本质，所以赋予它一个神秘名字,-X,射线。,1895,年,12,月,28,日，伦琴向德国物理学医学会递交了第一篇关于,X,射线论文，,论新射线,，并公布了他夫人,X,射线手骨照片。,伦琴发觉引发了极大轰动，以致于在全世界范围内掀起了,X,射线研究热，,1896,年关于,X,射线研究论文高达,1000,多篇。对,X,射线公布，促使法国物理学家贝克勒尔也投入到这一研究领域之中，为了搞清,X,射线产生机制。他想，假如把荧光物质放在强光下照时，是否在发荧光同时，也能放出,X,射线呢？,第3页,于是他把一块荧光物质（铀化合物,-,钾铀酰硫酸盐晶体）放在用黑纸包住摄影底片上，然后放在太阳下晒，结果在底片上果然发觉了与荧光物质形状相同“像”。一次偶然机会使他发觉，未经太阳曝晒底片冲出来后，出现了很深感光黑影，这使他非常吃惊。是什么使底片感光呢？跟荧光物质是否相关呢？他深入用不发荧光铀化合物进行试验，一样使底片感光；可见铀化合物能发出一个肉眼看不见射线，与荧光无关。,1896,年,3,月,2,日，他向法国科学院汇报了这一惊人发觉，从此打开了一个新研究领域。放射线发觉看似偶然，但正如杨振宁先生在评价这一故事时所说那样，“科学家灵感对科学家发觉非常主要；这种灵感必源于他丰富实践和经验。”,第4页,第5页,第6页,使荧光屏发出荧光；,二,X,射线产生,发觉,：,1895,年德国大学教授伦琴在做气体放电实 验时首先发觉。,性质：穿透性很强；,对动植物组织有刺激作用。,本质：,X,射线含有光所含有一切性质：反射，折射，偏振等，所以,X,射线从本质上来说是,波长极短电磁波。,0.1nm,：软,X,射线,使气体电离；,使摄影底片爆光；,X,射线产生,:,X,射线由,X,射线管,产生。,第7页,阴极,电子,真空管,X,射线,图,5.6 X,射线管示意图,第8页,三、,X,射线波长和强度测定,1,、原理,：,利用,X,射线在晶体衍射能够测定它波长，晶体作为立体光栅，一束,X,射线射入晶体，发生衍射时，从任何一晶面上，那些出射方向对平面倾角与入射线倾角相等,X,射线，满足布拉格公式,:,n,=2dsin n=1,、,2,、,.,出射线就会加强。如图5.7,第9页,层,d,A,B,图,5.7,布拉格公式推导,第10页,2,、测量方法,测量波长：,OA/r=2 =OA/2 r,已知晶格常数,d,，测出,值及其对应,n,值，代入,布拉格公式，求出。,（测量,d,方法见教材）,测定强度：,由谱线深浅程度能够测出相对强度。,S,1,S,2,A,A,1,C,P,图,5,.8,O,第11页,每个亮点为劳厄斑点,对应于一组晶面,.,斑点位置反应了对应晶面方向,.,由这么一张照片就能够推断晶体结构,(,连续谱,X,射线,),第12页,3,晶体粉末法,(,单波长射线,),每一同心园对应一组晶面,不一样园环代表不一样晶面阵,环强弱反应了晶面上原子密度大小,第13页,4,(1),X,射线衍射是研究晶体结构有效方法,晶体衍射图就能够确定晶体内部原子（或分子）间距离和排列,-1915,年布拉格父子所以获诺贝尔物理奖,(2)X,射线分析可用来研究高分子结构,(a)Eu(DBM),3,Phen,PMMA,广角,X,射线衍射图,(b)Eu(DBM),3,PhenX,射线衍射图,第14页,试验表明，,X,射线谱由两部分组成，一部分波长连续改变，称为连续谱，,它最小波长只与外加电压相关；,另一部分波长是分立，与靶材料相关，成为某种材料标识，所以称为标识谱，又叫特征谱，它迭加在连续谱上形成,X,射线发射谱。下面对这两部分谱线特点和产生机制进行详细分析。,8.2,X,射线发射谱,连续谱：钨靶，不一样电压,标识谱：钨靶和钼靶，相同电压,第15页,一、连续谱,轫致辐射（杀车辐射）,1,、连续谱特征,在上述产生,X,射线装置中，电子打到阳极材料后，有波长连续改变光辐射产生，下面分两点研究辐射特征。,1,）连续谱与管压关系（靶不变）,前图表示以钨作阳极材料加不一样电压时，以,为横轴，辐射强度为纵轴；在不一样管压下得到波长,强度分布曲线。由图可见，当阳极材料不变时，,min,和,max,随管压,V,升高都向短波方向移动。,2,）连续谱与阳极材料关系（电压不变）,前图表示管压为,35KV,时，用钼和钨作靶材料时,I,曲线。由图可见,min,与靶无关。是由管压,V,决定。,第16页,电子,离子,光子,图,轫致辐射,第17页,2,、连续谱产生微观机制,经过上面对连续谱特征分析，我们很轻易想到，连续谱不应该是原子光谱，而应该是电子在靶上减速而产生。能够想象到，被高压加速后电子进入靶内，能够抵达不一样深度，其速率从 骤减为,0,，有很大加速度，而伴伴随带电粒子加速运动，必定有电磁辐射产生，这便是产生,X,射线连续谱原因，用光子概念能够对连续谱产生给出定量分析。,设电子入射速度 ，在靶上减速而损失能量为 ；减速过程中能量差为 ，则,依据上面分析，将以光子形式向外辐射；因为 是连续改变，而 是一定，所以 连续改变,.,第18页,v,是连续，作为极限情况，,，则,从而得,上式表明，电子在电压,V,下加速而取得能量并全部转化为辐射时,，由此得,需要指出是，解释光电效应,Einstein,方程是：,当金属逸出功效很小时，近似有：,这与上式在形式上是完全相同。所以，,X,射线连续谱可称为光电效应逆效应。,第19页,二、标识谱,线状谱（内壳层电子跃迁）,1,、线状谱特征,a,、不一样元素线状谱波长是不一样，从而成为我们识别某种,元素标准，如同人指纹，故得名为标识谱，不过他们线,系结构是相同，都分为,K,L,M,等线系；且谱线含有精细,结构，,K,系分为,b,、改变靶物质时，随,Z,增大，同一线系线状谱波长向短波方,向移动，但没有周期性改变；,c,、某元素标识谱与其化合状态无关；,d,、对一定阳极靶材料，产生标识谱外界电压有一个临界值,.,L,系分为,等；,2,、,产生根源：是原子内层电子跃迁产生，它反应了原子内层结构情况。谱线波长代表能级间隔。,第20页,图,X,射线各线系产生,K,K,K,系线,M,M,M,系线,L,L,L,系线,M,（,n=3,）,L,（,n=2,）,K,（,n=1,）,第21页,3.,产生机制,:,从阴极发出电子经高压加速成高速电子打到阳极上,因为电子能量很高,它能深入到原子内层,将内壳层电子之一击出原子之外,使原子电离,并在内壳层出现一个空穴,当邻近内壳层电子跃迁到这个空穴时,就发射出波长很短,X,射线，因为内壳层能级分立，所以产生,X,射线线状谱，原子序数较大元素，内壳层能级间隔就越大，发出,X,射线光子能量高，波长就短，,所以波长依次改变，不含有周期性。,第22页,普通形式,:,四 莫塞莱定律,莫塞莱研究了一系列元素,K,线系,发觉各元素,K,线系满足下面规律：,K,线,:,L,线,:,作业,:P,248,1,、,4,、,5,第23页,As 33,Se 34,Br 35,Rb 37,Sr 38,Nb 41,Rh 45,图,8.8,几个元素线系谱，按原子序数次序上下排列,直进射线,第24页,90,80,70,60,50,40,30,20,10,0,X,射线,K,线系莫塞莱图,2,1,10 20 30 40 50 60 70 80 90,Z,第25页,8.3,同,X,射线相关原子能级,一、,X,射线标识谱产生（内壳层电子跃迁）,1,、内壳层电子跃迁前提：,必须有空穴,2,、产生电子,空穴,方法：,a,、用高速电子轰击靶核，与原子发生非弹性碰撞；,b,、内壳层电子吸收高能光子使内层电子电离。,3,、标识谱产生原因：深能级（内壳层）电子电离形成电子空位，内壳层电子自发重新排列，发出光子，产生,X,射线标识谱。,二、内壳层中电离态能级和跃迁,1,、电离能高低,a,、基态时，最内壳层电子最稳定，,n,越小，,E,n,也越小。,b,、内壳层电子电离能：,n,越小，,E,n,就越大。,c,、内壳层电子电离态能级：,n,越小，电离态能级,E,n,就越大。,第26页,2,、电离态对应原子能级,(,内壳层,),由电子组态互补定则知，满壳层缺乏,1,个电子所形成原子态等价于单电子组态形成原子态,.,3,、能级跃迁选择定则：,L=1,，,J=0,、,1,(,结合,P,231,能级图,),第27页,X,射线经过物质时，我们将,X,射线称为光子，则依据光子能量（,hv,）不一样，它们与物质相互作用有以下三种情况：,a,、,X,射线光子打在吸收物上，打出电子来，而光子本身消失了，此即光电效应。对光子来说，这是真实吸收。“光电效应”电子能够是自由电子，也能够是束缚电子。光子能量,hv,不太大时，发生这种相互作用；,b,、,X,射线经过物质后，波长和能量发生改变，此称,compton,效应；当,hv,增大时，发生,compton,效应；,c,、,光子能量,hv,大于电子静止质量两倍时,(1.02Mev),，光子在原子核场附近将转化为一对正、负电子。这被称作电子偶效应；,以上三种效应不但与光子能量相关，还与靶原子序数相关。,第四节：,X,射线吸收,第28页,1,、强度表示式,设一束,X,射线，射向吸收体前强度是,经过厚度为,dx,吸收体后，强度增量为,dI,，降低许,-dI,将正,比于,dx,和经过,dx,时强度,I,，若取百分比系数为,，则,-dI=I(x)dx,两边积分得,:,可见强度,I(x),随厚度,x,按指数衰减,(,朗伯,-,比耳定律,),。,I,o,I,x,=-dI/,（,I(x)dx,）,.(2),衰减系数，单位是,cm,-1,，表示射线经过单位厚度减弱百分数。,第29页,2,、吸收和散射,X,射线强度减弱包含两个过程：吸收和散射，所以,是两种过程联合效果，即,（,1,）衰减常数,第30页,3,、吸收系数与波长、吸收物原子序数关系：,4,、,X,射线吸收过程应用：,5,、吸收限与原子能级：,P231,图,.,第31页,从微观上看,吸收是原子过程,用单位面积中原子数和单位厚度除各系数可得,:,作业：,p248 5,、,6,第32页,试验结果,-,除原来谱线外,出现波长变长另一条线,.,波长改变数值与散射角相关,随角度增加而增强,;,且伴随散射角增大,新谱线增强,原谱线减弱,.,8.4,康普顿效应,(,Compton)-,粒子性,(1927,诺贝尔奖,),第33页,量子力学解释,:,按照经典理论，光在介质表面反射后,其频率是不会改变。然而,Compton,在,X,射线与物质散射试验里却发觉，被散射,X,射线中，除了与入射,X,射线含有相同波长成份外，还有波长增加部分出现，且这部分,X,射线波长因散射角不一样而异。这被称作,Compton,效应。它是经典理论所无法解释。而量子理论可给予圆满解释。光子能量和动量：,按照,Einstein,光子理论，光子能量为,:,按相对论能量关系,:,对于光子 ，所以光子动量,第34页,定量推导,:,X,射线光子同电子碰撞结果,.,康普顿散射公式,-,康普顿散射中射线波长改变与原波长无关,只与散射角相关。,入射光子初动量,碰后电子动量,碰后光子动量,Compton,解释是否正确，就要看它结论是否与试验吻合。,下面我们将对此进行讨论,经整理后,第35页,Compton,效应讨论：,在上式中，令 ，得,称为,Compton,波长。,由 表示式可见,与,无关，不论,多少，,对实际测量来说，有意义测量是,在给定方向测量，,一定，,一定，所以,越小，,才越大；所以只对波长较短,X,射线，,才大到足以被观察程度。而对可见光，,很大，,很小，所以通常情况下，观察不到这种波长改变，经典理,论与试验符合很好。,是一定；,第36页,
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