第2节 X射线的发射谱.ppt

8.2X射线的发射谱,装置包括三部分：1、X射线发生器（X射线管）；2、分光计（晶体，相当于栅）；3、记录仪。,X射线波谱仪,一、X射线的发射光谱,将结果按照展开，每一个代表一个波长，照片上的黑度表示X射线的强度。可以得到X射线的发射谱。,X射线谱由两部分组成：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。,钨靶，不同外加电压,钨靶和钼靶，固定外加电压,【问题】连续谱和特征谱分别是如何产生的？都是原子能级的跃迁吗？,二、X射线的连续谱,【产生条件】仅当电子能量不超过某一限度时，才只发射连续谱。,【特征】,强度随波长变化，有明显的极值（min）.min与材料无关，只与加速电压有关，当加速电压增高时min减小。,【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。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min与阳极材料无关。,连续变化连续变化,由能量守恒:,由于V和min均可以由实验测定，因此可以用这个公式来测定普朗克常数。1915年，杜安和亨特用这个方法测量普朗克常数与用光电效应的方法测量的h值完全一致，进一步说明普朗克常数的普适性。称之为量子极限，是量子论正确性的又一证明。,特征X射线谱是由英国的巴克拉首先发现的。他观察到：从任何给定元素中发出的特征谱包含若干系列，按辐射的硬度（贯穿能力）递减次序可以标以K、L、等，K系列包含K、K、K，其中K最强，实际上是由两根谱线构成的（1和2）。L系列包含L、L、L，因特征谱的发现使他获1917年的诺贝尔物理奖。,三、X射线的特征（标识）谱,30keV电子撞击银靶产生的X射线特征谱,特征X射线也被用来作为元素的标识，也称为标识谱。,【莫塞莱定律】,1913年，莫塞莱研究了一系列元素的K线系，发现各元素的K线系有相似的结构，只是波长不同。如果把各元素的射线谱的相片按原子序数的次序排列起来，把相同波长上下对齐，就会看到谱系依次移动.,莫塞莱发现：如果把各元素X射线的波数除于R的平方根对原子序数Z作标绘，得到线性关系。,莫塞莱为K线列出一个公式如下：,X射线的特征谱是靶中原子发出的。X射线的特征谱不显周期变化，同化学成分无关和光子能量很大来看，可以知道是原子内层电子跃起引起的。,【问题】X射线是原子中哪些电子的跃迁？,K线系：内层电子从n1跃迁到n=1的结果。K波长最长，强度最大，是n=2跃迁到n=1的结果；K是n=3跃迁到n=1的结果。L线系：内层电子从n2跃迁到n=2的结果。M线系：内层电子从n3跃迁到n=3的结果。,【X射线的跃迁】,【X射线的能级】,X射线特征谱来源于原子内层电子的跃迁，但是内层的电子是填满的，根据泡利原理，不可能再增加电子。要产生X射线特征谱，就需要把原子内层电子电离出去，使原子处于电离态。,由于满壳层的轨道角动量、自旋角动量和总角动量都为零，所以少一个电子的壳层的上述角动量分别与该壳层只有一个电子的角动量相同（方向相反）。由此推知，少一个电子的原子态（电离态）与只有一个电子（碱金属）的原子态相同。,K吸收限,K线系,镉：1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s2,O