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第八章X射线 一 X射线的发现及特性 一 X射线的发现 1895年11月8日 伦琴发现 X射线是波长极短的电磁波 它不会被磁场偏转 具有很强的穿透力 而且波长越短 穿透力越强 0 1nm 软X射线 二 若X射线的波动性和粒子性 波动性 X射线在晶体的衍射 布喇格公式 2 劳厄照片 每个亮点为劳厄斑点 对应于一组晶面 斑点的位置反映了对应晶面的方向 由这样一张照片就可以推断晶体的结构 连续谱的X射线 3 晶体粉末法 单波长的射线 每一同心园对应一组晶面 不同的园环代表不同的晶面阵 环的强弱反映了晶面上原子的密度大小 4 1 X射线的衍射是研究晶体结构有效方法 晶体衍射图就可以确定晶体内部的原子 或分子 间的距离和排列 1915年布拉格父子因此获诺贝尔物理奖 2 X射线分析可用来研究高分子的结构 a Eu DBM 3Phen PMMA的广角X 射线衍射图 b Eu DBM 3Phen的X 射线衍射图 粒子性 康普顿效应 1927诺贝尔奖 实验结果 除原来谱线外 出现波长变长的另一条线 波长改变的数值与散射角有关 随角度的增加而增强 且随着散射角的增大 新谱线增强 原谱线减弱 理论解释 X射线的光子同电子碰撞的结果 康普顿散射公式 康普顿散射中射线波长的改变与原波长无关 只与散射角有关 二 X射线的产生机制 一 X射线的产生 X射线由高速电子打在物体上产生 X射线由两部分构成 一是波长连续变化的连续谱 它的最小波长只与外加电压有关 另一部分是具有分立波长的线状谱 波长取决于靶材料 称为标识谱 特征谱 连续谱 钨靶 不同的电压 标识谱 钨靶和钼靶 相同的电压 二 X射线的产生机制 一 X射线连续谱 波长连续变化的连续谱 它的最小波长只与外加电压有关 轫致辐射 高速电子打到靶上 受靶的作用而突然减速 其一部分动能转化为辐射能放出射线 最小波长只依赖于外加电压V V越大 越小 与靶材料无关 二 X射线的标识谱 1 特点 K线系 K L K K M K K N K L线系 L M L L N L L O L X射线由内层电子的跃迁所产生 2 同X射线有关的原子能级 3 产生X射线标识谱的跃迁的选择定则 3 莫塞莱定律及原子序数的测定 根据元素X射线在图上的位置 就可定出该元素的原子序数 三 X射线的吸收 小 则吸收小 贯穿能力强 Z大则吸收强 8 5康普顿效应 X射线被散射后 除波长不改变的部分外 还有波长变长的情况出现 这种现象称康普顿效应 实验及结果 康普顿实验装置图 图1康普顿散射与角度的关系 随角度的增加 新谱线的强度增强 原谱线减弱 波长改变的数值与散射角有关 即随角度的增加而增加 1 同一波长的射线在不同散射角被同一物质散射 图2康普顿散射与原子序数的关系 散射物的原子序数增加 移动的新谱线的强度减弱 原谱线的强度增加 新谱线的移动与散射物的性质无关 2 同一波长的射线在不同散射角被同一物质散射 图2康普顿散射与原子序数的关系 图2康普顿散射与原子序数的关系 图2康普顿散射与原子序数的关系 散射物的原子序数增加 移动的新谱线的强度减弱 原谱线的强度增加 图2康普顿散射与原子序数的关系 理论解释 康普顿视X射线为光子流 把X射线与自由电子间的作用看作是两种粒子相互碰撞发生散射的过程 因此应满足能量守恒和动量守恒 c称为电子的康普顿波长 具有长度的量纲 几点说明 3 实验表明 随 增加 波长改变的谱线强度逐渐减弱 而波长不变的谱线强度逐渐增强 这是由于 大 电子数目多 但真正能看成自由电子的只是最外层几个 占电子总数的比例减少了 而光子同结合牢固的电子碰撞 就如同质量较大的原子碰撞 即便波长改变也是很小 不能观察 所以波长改变的部分随 增大而增强 而与少数几个自由电子碰撞 由于相对数目较少 故波长不变的部分随 增加而减弱 这也就是前面讲的相干散射 4 实验结果中 波长改变的有一较宽的强度分布 这是由于电子不是静止的 5 在光子能量低时 吸收是主要的