第八章 原子物理学 x射线

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1、第八章：X射线X射线的发现及其波性X射线产生的机制康普顿散射X射线的吸收硬X射线0.001nm~0.1nm软X射线0.1nm~1nmX射线的性质1）X射线能使照相底片感光；2）X射线有很大的贯穿本领；3）X射线能使某些物质的原子、分子电离；4）X射线是不可见光，它能使某些物质发出可见光的荧光；5）X射线本质上是一种电磁波，同此它具有反射、折射、衍射、偏振等性质。1836年，英国科学家迈克尔.法拉第（MichaelFaraday，1791-1867）发现，在稀薄气体中放电时会产生一种绚丽的辉光。后来，物理学家把这种辉光称为“阴极射线”，因为它是由阴极发出的。1861年，英国科学家威廉.克鲁克斯（

2、WilliamCrookes，1832-1919）（右图）发现通电的阴极射线管在放电时会产生亮光，于是就把它拍下来，可是显影后发现整张干版上什么也没照上，一片模糊。他以为干版旧了，又用新干版连续照了三次，依然如此。克鲁克斯的实验室非常简陋，他认为是干版有毛病，退给了厂家。他也曾发现抽屉里保存在暗盒里的胶卷莫名其妙地感光报废了，他找到胶片厂商，指斥其产品低劣。一个伟大的发现与他失之交臂，直到伦琴发现了X光，克鲁克斯才恍然大悟。在伦琴发现X光的五年前，美国科学家古德斯柏德在实验室里偶然洗出了一张X射线的透视底片。但他归因于照片的冲洗药水或冲洗技术，便把这一“偶然”弃之于垃圾堆中。伦琴出生在德国伦内

3、普(Lennep；现在属于雷姆沙伊德的一部分)的一个纺织商人家庭.1865年，伦琴进入乌得勒支大学读书，随后在苏黎世联邦理工学院学习机械工程。1869年获苏黎世大学物理学博士学位。1874年伦琴任斯特拉斯堡大学讲师。1875年成为霍恩海姆(Hohenheim)农业学院教授。1876年他返回斯特拉斯堡大学做物理学教授，1879年任吉森大学物理系主任。1888年他就任维尔茨堡大学物理系主任。1900年，在巴伐利亚政府一再请求下担任慕尼黑大学物理系主任。1901年，首届诺贝尔奖颁发，伦琴获得诺贝尔物理学奖。伦琴的发现不仅对医学诊断有重大影响，同时也影响了20世纪许多重大科学成就的出现。受伦琴的影响，

4、1896年亨利·贝克勒尔在发光材料的试验中偶然发现了一种新射线的穿透性。这样伦琴的发现间接地影响了放射性的发现。因为该发现1903年贝克勒尔和居里夫人被共同授予诺贝尔奖。为了纪念伦琴的成就，X射线在许多国家被称为伦琴射线。另外第111号化学元素錀（Roentgenium(Rg)）也以伦琴命名。在伦琴的祖国，德国有许多以伦琴命名为学校，街道和广场。由于伦琴在物理学的杰出成就，在德国的吉森市，柏林市和伦琴的出生地伦内普(Lennep）（雷姆沙伊德）都建有伦琴纪念碑。X射线管A是阳极（金属），K是阴极，阴极和阳极电压为几万~十几万伏管内压强10-6mmHg~10-8mmHgX射线的波性查尔斯·格洛弗

5、·巴克拉（1877年6月27日－1944年10月26日），英国物理学家。任教于剑桥大学、爱丁堡大学的他，致力于基础物理研究。1917年，他因发现元素的次级X射线标识谱而获奖获得了诺贝尔物理学奖的殊荣。马克斯·冯·劳厄（MaxvonLaue，1879年10月9日科布伦茨—1960年4月24日柏林），德国物理学家，因发现晶体中X射线的衍射现象而获得1914年诺贝尔物理学奖。X射线是电磁波，故它一定是横波。巴克拉用如图所示的双散射体实验证明了X射线的横波性。X射线的偏振实际上，该实验是将“自然”X光通过一个用作起偏器的散射体成线偏振的X光，然后再用另一个散射体作检偏器，检验其偏振性。具体地说，若X射

6、线是横波，当它沿z方向传播并经第一个散射体散射后，沿z方向不会有振动；沿x方向传播的X光再经第二个散射体后，则只有y方向的振动。因此在xz平面可观察到y方向的线偏振光。在y方向观察不到X射线。X射线的衍射X射线究竟是微小的质点束，还是像光一样的波状辐射，一直悬而未决。有一种鉴定方法就是看X射线能否借助含有一系列细线的衍射光栅而衍射（即改变射线方向）。要想得到适当的衍射，这些细线的间距必须大致与辐射线的波长大小相等。由X射线的穿透力得知，若X射线像波一样，则其波长要短得多——可能只有可见光波长的千分之一。制作如此精细的光栅完全是不可能的。德国物理学家劳厄想到，如果人工做不出这样的光栅，自然界中的

7、晶体也许能行。晶体是一种几何形状整齐的固体，而在固体平面之间有特定的角度，并且有特定的对称性。这种规律是构成晶体结构的原子有次序地排列的结果。一层原子和另一层原子之间的距离大约是X射线波长的大小。如果这样，晶体应能使X射线衍射。把一束Ｘ光射向硫化锌晶体，在感光版上捕捉到了散射现象，即后来所称的劳厄相片。感光版冲洗出来之后，他们发现了圆形排列的亮点和暗点—衍射图。劳厄证明了Ｘ光具有波的性质。《自然》