原子物理杨家富 第六章答案.ppt

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1、第六章1第六章X射线§6.1X射线的发现及其波性§6.3康普顿效应§6.４X射线的吸收X射线的产生和X射线的发射谱§6.22§6.1X射线的发现及其波性X射线的发现2.X射线的衍射3.X射线的偏振31.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。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

2、性很强，可穿透他夫人的手显示出手骨骼图象。4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。562.X射线的衍射直到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。789原子间距由,给出，d=0.282nm。在方向衍射的X光将得到加强，出现了劳厄光斑。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射线的波长。例如1(g)的NaCl(A=58.5)，其密度，所以分子数密度为从而在给定下可确定X射线

3、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103.X射线的偏振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。11实际上，该试验是将“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。12§6.2X射线的产生和发射谱X射线的连续谱2.X射线的特征（标识）谱莫塞莱定律

4、3.关于X射线的原子能级和能级跃迁图实验发现，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。131.X射线的连续谱它是加速电子全部动能转换成辐射能所对应的波长。带电粒子在加(减)速运动时，将伴随有电磁波辐射。当带电粒子(电子)进入靶内，在靶核的库仑场作用下，骤然减速，速度连续减小，发射出波长连续的X射线，形成连续谱。这种辐射又称轫致辐射。其强度与加速度有关。因而与入射带电粒子质量平方成反比；与靶核电荷平方成正比。所以为产生强X射线常用电子轰击钨靶来实现。连续谱的形状与靶材(Z)无关，连续谱有一个最小波长，它仅与加速电压有关：14152.X射线的特征（标识）谱

5、莫塞莱定律X射线特征谱是巴拉克于1906年发现的。他观察到连续谱上出现一系列分立谱线，并用K、L、M…字母标识，因特征谱的发现使他获1917年的诺贝尔物理奖。1913年莫塞莱测量了从Al到Au共38种元素的X射线，发现各元素发射X射线频率的平方根与原子序数Z成线性关系。16例如射线的频率可写成莫塞莱公式与如下类氢光谱公式相一致，这表明射线是内层电子从n＝2到n=1跃迁产生的。因子（Z-1）理解为当n=1(K)壳层中一个电子波电离后，n=2(L)壳层电子感受到（Z-1）核电荷库仑作用。它也指出要发射射线，必须从n=1壳层事先电离出一个电子成电离状态，其电离能或阈能是从n=1移去一个电子所需

6、的能量。而射线的能量是电子从n＝1到n＝2层的能量差值。17如果将K线系的波数表示为那么将L壳层一个电子电离后，产生的L线系的波数可表示为原子光谱是原子最外层电子跃迁的结果，外层电子组态的周期性决定了元素性质的周期性。X射线是内层电子的跃迁的结果。随Z呈线性关系(见图)。说明它受外层电子影响很小，只受原子核的影响。莫塞莱图提供了从实验测定原子序数Z的一种有效方法。历史上正是他首次纠正了27Co，28Ni在周期表的次序。18给出由莫塞莱线公式早期元素周期表是按原子量大小顺序排列的。如K(A=39.1)在Ar(A=39.9)前；Ni(A=58.7)在Co(A=58.9)前。由莫塞莱图给出射线

7、波长是Ar:4.19；K:3.74；Co:1.79；Ni:1.66。19当内层(如K层)电子被电离出现空穴后，上层电子向下跃迁时，除以辐射X射线形式外，还可以将跃迁释放的能量电离更高层的电子－发射俄歇电子，或者将跃迁释放的能量传给原子核，使原子核处于激发态。若用分别表示K、L、M层电子的结合能(对应电离能；吸收限)。当L层电子向K层(空穴)跃迁时，使M层电子电离，发射的俄歇电子的动能为一般轻元素发射俄歇电子几率较大，重元素发射X射线