原子物理学第六章精要.pptx

第六章 X射线 X射线的波长范围： 0.001nm~1nm 硬X射线：0.001nm~0.1nm, 0.01埃-1埃 波长较短的硬X射线能量较高，穿透性较强 适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。 软X射线：0.1nm~1nm, 1埃-10埃 波长较长的软X射线能量较低，穿透性弱， 用于分析非金属的分析。 6.1 X射线的发现及其波性 阴极射线管产生未知射线，有极强的穿透性，可以使荧光屏产生荧光，使胶片感光。因此称之为X光。 1895年11月8日 1 X射线的发现 1895年，年底R?ntgen 《论新的射线》，及照片。 1896年，维也纳医院在外科手术过程中采用该射线 2. X射线管 K阴极，A阳极（钨、钼、铂等重金属） 两极之间加上高压（几个103V~105V） 1895年R?ntgen产生的 软X射线 图1 X射线管示意图 3. X射线的波性 经典电动力学指出带电粒子做变速运动要辐射电磁波， X射线为一种电磁波。 当时观测不到折射、衍射、反射等波的特性， 1906年Barkla实验显示了 X射线的偏振 1912年，Laue提出X射线衍射设想， Friedrich和 Knipping实验证实Laue设想 机械横波与纵波的区别 机械波穿过狭缝 4. X射线的偏振 图2 双散射实验示意图 5. X射线的衍射 Laue建议用晶体作光栅 图3 岩盐晶体中钠离子和氯离子的排列 Bragg公式 图4 布拉格公式的推导 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) 图5 劳厄相片法的实验示意图 图6 蓝宝石单晶的劳厄照相 蛋白质的Laue衍射图 Bragg公式可以正确解释Laue的实验结果。 Bragg发明晶体反射式X射线谱仪，并用于晶体结构分析。实验证实NaCl晶体中只有Na+和Cl- Debye和Scherrer提出多晶粉末法 图7 多晶粉末法实验示意图 图8 X射线在多晶上的衍射 6.2 X射线产生的机制 1. X射线的发射谱 测量X射线发射谱的装置示意图 X射线发生器 分光计 记录仪 X射线的发射谱 连续谱：波长连续变化 最小波长只与外加电压有关 2. 连续谱-------轫致辐射 连续谱产生的原因：带电粒子做变速运动，带电粒子速度在靶核库伦场中连续变化 轫致辐射：带电粒子与原子或原子核相碰撞，发生骤然减速时，由此伴随产生的辐射，也叫刹车辐射。 X射线管内的阳极靶多用钨靶 74W184 实验发现：连续谱形状与靶子材料无关 Duane 和 Hunt 分析实验结果给出经验公式 （*）式给出实验上精确测量Planck常数的一个方法 1915年Duane和Hunt 测量Planck 常数，与光电效应试验得出 的一致 X射线的产生可视为逆光电效应 特征谱：具有分离波长 （标识谱） 谱峰所对应的波长完全 由靶材料决定 3. 特征辐射-------电子内壳层的跃迁 特征谱线完全由靶材料决定 特征X射线用来作为元素的标识 特征谱线由Barkla 在1906年首先发现 每个元素发出若干系列特征谱线， 按贯穿能力分为 1913年Moseley测定Al-Au 38种元素X射线的特征谱线 画出特征谱线频率的平方根—-原子序数Z Moseley的发现标志X射线光谱学诞生 经验公式 图9 X射线的莫塞莱标会 1913年Bohr理论发表，Moseley的经验公式可由Bohr理论导出。 K L M N Moseley实验提供了精确测量Z的方法 元素标识谱作为元素的指纹 Moseley实验：更正27Co与28Ni在周期表上的位置，指出了43、61、75号元素的位置 产生特征谱线的先决条件：K层电离一个电子，也就是产生一个相应的空穴 X射线分析的种类： I) e-X，用电子束产生空穴，称之电子X荧光分析 II) p-X，用质子束产生空穴，称之质子X荧光分析 III) I-X，用离子束产生空穴，称之离子X荧光分析 VI) X-X，用X射线产生空穴，称之X荧光分析 4. 特征辐射的标记方法 n→1 K-X射线 n→2 L-X射线 n→3 M-X射线 n→4 N-X射线 2→1 Kα 3→1 Kβ 4→1 Kγ 图10 产生X射线的能级示意图 考虑轨道角动量量子数 4. 特征辐射的标记方法 图10 产生X射线的能级示意图 X射线的标记方法 X射线的标记方法 5. 俄歇(Auger)电子 原子壳层中产生空穴后 原子能级升高 产生X射线 产生Auger电子：K层中有一个空穴，L层电子跃迁到K层， 释放的能量使得另一层的一个电子，使其