X射线与物质的相互关系（参考）.pptVIP

X射线与物质的相互关系 本节我们将一起探讨： X射线基本概念及特征 X射线的散射和吸收 生活中的X射线 定义：x射线是一种波长极短，能量极大，穿透力极强的电磁波。 于1895年被德国物理学家伦琴发现。 X射线的特点：x射线人眼无法看见，能使气体电离，能使照相底片感光，能透过不透明物体，能使荧光物质发出荧光，还可以杀伤生物细胞。 3,、x射线的产生： x射线的产生须具备三个条件： （1）、以某种方式得到一定量的自由电子； （2）、高真空状态下，在高压电场作用下迫使这些电子做定向运动； （3）、在电子运动的路径上设置障碍物，以急剧改变电子的运动速度。 从x射线的产生过程我们可以看出： x射线是物质与物质之间的相互作用而产生的，想象一下当这种相互作用的条件或形式发生变化时产生的x射线是否会有一定的差别？ 4、X射线谱 定义：产生的x射线的强度随波长变化的曲线就是x射线谱。 X射线谱由射线性质的不同可分为: (1)连续x射线谱:由波长连续变化的x射线组成的x射线谱。 (2)特征x射线谱:由波长一定的若干x射线叠加在连续x射线谱上构成的x射线谱 X射线的散射 1.相干散射  当x射线通过物质时，物质原子的电子在磁场的作用下将做受迫振动，其振动频率与入射x射线的振动频率相同，任何带电粒子作受迫振动时都将交变磁场，从而向四周辐射电磁波，其频率与带电粒子的振动频率一致，以至于散射x射线与入射x射线频率一致。称为x射线的相干散射。X射线的衍射现象正是基于相干散射之上的。 2.非相干散射 当每个光子与一个束缚较松的电子发生弹性碰撞时，电子被碰到一边，成为反冲电子，同时在α角度下产生一个新光子，由于入射光子一部分能量转化成为电子的动能，因此新光子的能量必然较碰撞前的能量hυ要小。散射位相与入射波位相之间不存在固定关系，故这种散射是不相干的，称之为非相干散射。 这种现象又称为：康普顿散射 X射线的吸收 物质对X射线的吸收，是指X射线通过物质时光子的能量变成了其他形式的能量. X射线的几种吸收方式： 1、光电效应 2、荧光x射线 3、俄歇电子 1、光电效应 作用对象：X-射线与物质原子的内层电子或束缚电子相互作用。 条件：如果入射光子的能量大于轨道电子与原子核的结合能，入射光子与原子的轨道电子相互作用时，光子把全部能量传递给轨道电子，使之发射出去，而光子本身消失。 能量关系：EK= hv-A EK ：光电子的动能 hv ：光子的能量 A ：逸出功 光电效应的过程 电子被光子击出：“光电子”产生。光子本身消失了， 物质的原子被电离，原壳层处留下空位。 “光电子”继续撞击物质中的其它原子，它的动能以热的形式消耗在附近晶格中； 空位为外层电子(自由电子)所填充，产生辐射：发出标识X-射线。 光电效应示意图 光电效应特征 光子激发原子内层电子并击出电子(光电子)，原子在发射光电子的同时内层出现空位，此时原子(实际是离子)处于激发态，将发生较外层电子向空位跃迁以降低原子能量的过程，此过程可称为退激发或去激发过程。退激发过程有两种互相竞争的方式，即发射特征X射线或发射俄歇电子。 发射特征X射线 原子内层(例如K层)出现空位，较外层(例如L层)电子向内层辐射跃迁，发射的辐射即X射线，其光子频率取决于电子跃迁前(电子在L层)与跃迁后(电子在K层)的能级差(hv=?E=EL-Ek)，也可说取决于初态(跃迁前，K层空位)与终态(跃迁后，L层空位)电子结合能之差(hv=?Eb=EbK－EbL)，故称为特征X射线(表征元素的特征信息)。由于是光激发(光致电离)，故发射的X射线为荧光(二次)X射线。 俄歇效应 实质是较高能级的轨道电子填充空位时所释放的能量，可以激发外层轨道电子，使外层电子从原子中发射出来，这种电子称为俄歇电子。(轻元素更易发生) 尽管X射线会在穿透时削弱，但是其 强穿透力仍广泛应用于生活之中 （1）人体器官及骨骼透视，医学诊断与治疗： （2）、机械检查与探伤 （3）对物质组织形貌分析和研究等方面： X射线X--ray 晶体 crystal 劳厄斑 spots Laue