第六章 X射线.doc

闽 江 学 院 教 案 课 程 名 称 ： 原子物理 课 程 代 码 ： 授课专业班级 ： 2010级物理学（师范类） 授 课 教 师 ： 翁铭华 系 别 ： 电子系 2012年 8 月 30 日 　X射线 教学目的和要求： 1. 掌握两种X射线谱：连续谱、特征辐射 2. 掌握康普顿效应3. 了解吸收规律 教学重点和难点: 1．教学重点：两种X射线谱：连续谱、特征辐射；康普顿效应 2．教学难点：特征辐射；康普顿效应 教学内容：　 1．X射线的发现及其波性2 X射线产生的机制 3．康普顿效应4 X射线的吸收 1895年由伦琴（德）发现,后来被证实是核外电子产生的短波电磁辐射. X射线的波长约为[或表示为],比短的贯穿能力强,称硬X射线；比长的称软X射线. §6-1　X射线的发现及其波性 X射线的发现 1895.11.8,伦琴在暗室中做阴极射线管气体放电实验时,为避免紫外线与可见光的影响,特用黑纸将射线管包住,但偶然发现与之相距一段距离的荧光屏上会发微光.伦琴认定这是一种来自射线管但不是阴极射线的神秘射线.伦琴对此现象的研究发现这一神秘射线的穿透性及以直进性,不被磁场偏斜等性质,因对其本质的不确定性,故称其为X射线. 在伦琴之前有人在操作阴极射线管时发现此特异现象,但未深究.（“当真理碰到鼻尖的时候还是没有得到真理”） X射线特征谱的波长代表原子能级的间隔,谱线的精细结构显示能级的精细结构,所以通过对X射线的研究,可以进一步探索原子的内部结构. X射线产生的机制 1）X射线管:X射线管结构多样,其原理如右图示.阳极（靶）所用金属由X射线的用途决定（熔点较高的金属）.两极间高压一般为几万至几十万伏,调节此加速电压可改变管内电子流的能量.从阴极发出的电子流在电场作用下被加速,撞击到阳极上,就从阳极发出X射线. 2）X射线的发射谱:如右图示,加速电压不太高时,X射线的强度随波长连续变化,为连续谱.加速电压达一定值时,连续谱上叠加着某些尖峰,这些尖峰构成线状谱.开始出现尖峰所对应的加速电压为临界电压.一定材料做的阳极具有确定的临界电压（如钼的临界电压为20.1kV）,可用来识别元素,因此线状谱又称标识谱.（线状谱要么不出现,一旦出现,其峰值所对应的波长位置完全决定于靶材本身,故称为标识谱） 连续谱:由轫致辐射导致连续谱.高速带电粒子射到阳极时,受靶核库仑场作用而速度骤减时产生的辐射,亦称刹车辐射.带电粒子到达靶核时,电子速度连续变化. 连续谱的特点是有一明显的极限（短波波长）: EMBED Equation.3  此实验事实须利用光的量子说才能解释:一个电子在电场中得到的动能为,当它到达靶核时,动能全部转化为辐射能,由此发出的光波长最短,为,代入常数后即得上式.此外,若外加高压已知,则测出就可精确地测出普朗克常数. 特征辐射（标识谱）:由电子内壳的跃迁导致标识谱,其波长极短（约0.1nm左右）.各元素的特征谱有相似的结构,但其能量值不同.故可作为元素的“指纹”,作为分析元素的工具. 3）莫塞莱定律:1913年,莫塞莱（英）发现各元素的标识谱的频率与原子序数呈近似关系. 对于线,莫塞莱经验公式为: EMBED Equation.3  或用能量表示为: EMBED Equation.3  上式的物理意义很明确,表示n=2到n=1的内层跃迁,表示跃迁的电子受到个电荷的作用,b称为屏蔽常数. 莫塞莱实验第一次提供了精确测量Z的方法.历史上就是用莫塞莱公式定出了元素的Z,并纠正了和在周期表的上次序. 4）产生特征辐射的前提条件:必须先使内层电子电离而产生“空穴”. 原子处在正常状态时,内壳层是填满电子的.由于泡利不相容原理的限制,外层电子向内层跃迁的前提是必须先使内层电子电离而产生“空穴”.产生空穴的方法原子有多种,如用高能电子束、质子束、X射线作为轰击原子内层电子的炮弹.当原子内层产生空穴后,较外层电子立即自发地填充空穴,同时以辐射光子的方式释放多余的能量,即发射X射线. X射线的标记方法（详见P.263表29.1） 产生特征X射线的电子跃迁服从的选择定则: X射线因电子跃迁的方式不同而分为几个线系,因电子跃迁的终态为层,故X射线分别称为K线系、L线系和M线系….同一线系中又以初态的不同再用脚码等标注不同的谱线.因能量的精细结构,又分为和. 5）俄歇电子（法,1925年发现）:原子内壳层产生空穴后,释放能量的另一种途径是发射俄歇电子.设K壳层有一个空穴,L层的一个电子跃迁到K层,有可能将其能量传递给K层的另一个电子而使这一电子可以脱