原子物理学褚圣麟第八章节X射线课件

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1、§8.1X射线的发现及其波性§8.3康普顿效应X射线的发射谱§8.2教学内容§8.4X射线的吸收§8.5X射线的应用第八章X射线教学要求（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，了解—同步辐射装置的原理与应用。（3）了解X射线在晶体中的衍射的规律。3．重点X射线连续谱与标识谱及产生机制莫色勒定律康普顿散射4．难点X射线的连续谱与标识谱产生机制莫色勒定律康普顿散射§8.1X射线的发现及其波性一、电磁波

2、谱二、X射线的发现三、X射线的衍射四、X射线的偏振光学光谱: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）一、电磁波谱:原子光谱X射线光谱：原子内壳层电子跃迁所获得的谱。二、X射线的发现克鲁克斯设计了高真空的阴极射线管，后人称克鲁克斯管。1879年他证明了阴极射线是带电的粒子流（后汤姆孙进一步确认为是电子）。他还同时抱怨阴极射线管附近使照片发生莫名其妙的感光一事。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。经过一个多月的研究，他未能搞清这

3、种射线的本质，因此赋予它一个神秘的名字--X射线。1.X射线的发现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：X射线具有光所具有的一切性质：反射，折射，偏振等，所以X射线从本质上来说是一种电磁波但其波长比通常的光波要短的多。X射线的波长范围在0.001nm到1nm或更长一点。当称硬X射线；称软X射线。使气体电离；使照相底片爆光；４·X射线的产生:X射线由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

4、的衍射直到1912年，劳厄指出X射线是波长很短的电磁波。他借助晶体－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，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的倾角与入射线的倾角相等的X射线，满足布拉格公式n=2dsinn=1、2、…..出射线就会加强。已知晶格常数d，测出值及其对应的n值，代入布拉格公式，求出。在方向衍射的X光将得到加强。该式称布喇格公式。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

5、射线的波长。晶体可形成许多不同取向的晶面。X射线经晶面距为d的晶面反射时，凡光程满足测定强度：由谱线的深浅程度可以测出相对强度。Na离子Cl离子NaCl晶体结构例如1(g)的NaCl(A=58.5)，其密度ρ=2.163(g/cm3)，所以分子数密度为d原子间距由给出，d=0.282nm。从而在给定θ下可确定X射线的波长λ。S1S2AA1OCPX射线摄谱仪示意图X射线在晶体中的衍射结果1）.劳厄相片法劳厄等人，1912年使用连续波长的X射线对单晶做了衍射实验。劳厄斑点对应晶面，位置反应晶面的方向。2）.多晶粉末法德拜等人，1916年发明了多晶粉末法

6、。一个同心圆环对应一组晶面，环的强弱反映晶面上原子的密度。X射线的发射谱§8.2一、X射线发射光谱的测量二、X射线连续光谱三、X射线的特征谱(标识谱)五、关于x射线的原子能级和能级跃迁图四、莫塞莱定律一、X射线发射光谱的测量X射线发射光谱X射线谱由两部分组成：波长连续变化的连续谱和由分立谱组成的特征谱或称标识谱。X射线连续光谱两类X射线的特征谱(标识谱)X射线发射谱（a）钨靶，不同的外加电压；（b）钨靶和钼靶，固定的外加电压3.产生机制:快速电子射到阳极上,受到阳极中原子核的库仑场作用就会骤然减速;由此伴随产生的辐射称之为轫致辐射。二、X射线连续

7、谱1.产生条件:仅当电子的能量不超过某一限度时,才只发射连续谱。2.特征:强度随波长变化,在某一波长处,强度有极值在长波方面强度降落缓慢,在短波方面强度降落较快,且有明显的极值，最短波长极小。极小与材料无关,只与加速电压有关,当加速电压增高时极小减小。由于电子速度连续变化，所以产生连续谱。连续谱的能量来自电子动能,因而极小与阳极材料无关。由能量守恒:1/2mv2=eV=hc/+消耗在靶上的热能通常:eV=h=hc/（为转化为光子能量的比例系数)当=1,eV=hc/极小=0,eV=h=00<<1eV=hc/连续变

8、化是连续变化它是加速电子全部动能转换成辐射能所对应的波长。电子离子光子图轫致辐射三、X射线