第八章　 X 射线

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：硬X射线，>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１.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。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

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 K线系：K：LK；K：MK；K：NK； L线系：L：ML；L：NL；L：OL；

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 1.同一波长的射线在不同散射角被同一物质散射: （１）波长改变的数值与散射角有关，即随角度的增加而增加． • （２）随角度的增加，新谱线的强度增强，原谱线减弱．

图2 康普顿散射与原子序数的关系 2.同一波长的射线在不同散射角被同一物质散射: • （１）新谱线的移动与散射物的性质无关．（２）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．（２）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

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。

λc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Ｚ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Ｚ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Ｚ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Ｚ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，散射是次要的，光子能量高时，散射是主要的．

6. 康普顿效应与基本常量

思考题 为什么在X射线的衍射中能观察到康普顿效应?

例题:由康普顿公式求散射光子的能量和反冲电子的最大动能.

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