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1、原子物理学第6章X射线剖析§6-1x射线的发现及其波性§6-2x射线的产生机制§6-3x射线的吸收§6-4Compton散射紫外红外X射线γ射线可见光毫米波微波长波短波问题:此前我们涉及的原子能级和光谱都由原子的外层电子决定.那么内层电子是否也会发生跃迁而产生光谱呢？2第六章 X射线X射线下…3第六章 X射线二X射线管获得X射线的两种途径：1)用高速电子流轰击阳极靶A而获得；2)由Z＞10的原子内壳层跃迁而产生.在真空管两电极间加上高压,高速电子流与阳极靶相撞便可得到X射线.其波长因电压的不同而不同.电子因受阻失去动能,其中约1%转变为X射线,大部分转变为热能.
2、＿KA+阳极(靶)A靶材由用途决定.7第六章 X射线8第六章 X射线封闭式X射线管实质上是一个大的真空二极管.玻璃铍窗口金属靶钨丝接变压器金属聚灯罩电子流X射线X射线冷却水X射线管的结构示意图9第六章 X射线三X射线的性质0.01110(Å)硬X射线 软X射线λX射线波长范围及其大致分类硬X射线:波长较短,能量较高,穿透力较强,适用于金属的无损探伤及相关分析.软X射线…X射线的性质:具有穿透性及直进性;在电磁场中不偏转;能使照相底片感光,能使某些物质发荧光,能使某些物质的原子和分子电离;是核外电子产生的短波电磁辐射,具有反射,折射,衍射等性质.10第六章
3、 X射线四冯.劳厄：X射线的衍射Lane,德,(1879-1960)劳厄的想法：X射线的波长数量级为Å,要分辩X射线的光栅也要在Å的数量级才行.晶体有规范的原子排列,且原子间距也在Å的数量级.是天然的三维光栅.但普朗克对劳厄的想法不予支持.后来劳厄去找正在攻读博士的索末菲,经两次实验后终于成功进行了X射线的衍射实验.晶体的三维光栅11第六章 X射线劳厄实验(劳厄相片法)(1912)铅板晶片感光胶片单晶光栅X射线感光胶片劳厄斑蓝宝石单晶的劳厄斑衍射束12第六章 X射线Bragg父子对劳厄斑的解释(1913)1913年布喇格父子(英)建立了布喇格公式.不但能解释劳厄
4、斑点,而且能用于对晶体结构的研究.W.H.Bragg(1862-1942)W.L.Bragg(1890-1971)同获1915年度诺贝尔物理学奖Bragg父子的解释：“当能量很高的X射线射到晶体各层面的原子时,原子中的电子将发生强迫振荡,从而向周围发射同频率的电磁波,即产生了电磁波的散射,而每个原子则是散射的子波波源.劳厄斑正是散射的电磁波的叠加.”13第六章 X射线1)同一晶面内子波的叠加如图示,两条衍射线的光程差为:相干叠加的极大值条件是:可证明,一个晶面的高级次的极大,正好相当于另一晶面的零级极大,因而,为简化问题,对每一晶面只取零级极大,得：θ=θ′因此
5、在分析问题时,掠射角可不加脚标,直接用θ表示.14第六章 X射线2)相邻晶面间的子波的叠加不同晶面间距不同.一定波长的入射线,对于不同晶面有不同的掠射角,在满足布喇格晶体衍射公式的方向产生衍射极大.若入射线中有几种波长的射线,则产生的衍射极大就有几个,所有这些衍射极大,在屏上给出各自的亮点形成了劳厄斑.123dhADaa′bb′BC如图示,相邻晶面间两条衍射波之间的光程差为：相干叠加极大值条件(布喇格晶体衍射公式)：据此可测量X射线的波长λ.也可测未知晶体的晶格常数d.15第六章 X射线旋转式X射线的摄谱仪简介因晶体可绕竖直轴转动,所以可得到与不同波长对应的条纹
6、,即不同波长的X射线谱线.由晶体晶格常数与谱线位置(与掠射角对应),可算出各条谱线的波长.而底片的黑度则对应于该波长X射线的强度.经由铝(或铅)制成的狭缝后的X射线束,射到单晶体K上(K可绕竖直轴旋转),以竖直旋转轴为中心的圆弧上置照相底片.当掠射角正好满足布喇格公式时,在反射方向上得到该波长X射线的衍射极大,在底片上形成一条细黑条纹.X射线摄谱仪示意图PK16第六章 X射线多晶粉末法(德拜,晶体粉末…)德拜(荷兰)利用晶体粉末(压成圆柱形)对X射线的衍射作实验.粉末中有大量排列杂乱的微小晶体,总有一些晶体的晶面满足布喇格公式而产生衍射极大.德拜相上每一条圆弧形
7、谱线对应于某一晶面的衍射极大,可确定晶体的晶格常数,从而确定晶体的空间结构.所以这种X射线晶体粉末衍射摄谱仪学用于X射线晶体结构分析中.感光胶片多晶(粉末)X射线德拜相17第六章 X射线1)已知X射线的波长测定晶体的晶格常数.X射线衍射的应用实例原理：2)1953年英国的威尔金斯、沃森和克里克利用X射线的结构分析得到了遗传基因脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构,获1962年诺贝尔生物和医学奖.X射线分析仪18第六章 X射线19第六章 X射线五巴克拉：X射线的偏振X射线双散射实验(1906年,巴克拉,英)示意图zyxo第一散射体“偏振的产生者”第二散射体“偏振的体
8、现者”无偏振的X射线偏振
