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原子的壳层结构和X射线
* X射线 X射线是德国物理学家伦琴发现的。1845年出生于德国的一个商人家庭,1869年在苏黎世大学获博士学位。1895年11月8日傍晚,伦琴在研究阴极射线管中气体放电实验时,为了避免杂光对实验的影响,他用黑纸板将管子包起来,却发现距阴极管一段距离外的一块涂有铂氰酸钡结晶物质的屏幕发出了荧光,伦琴马上意识到,这可能是一种前所未有的新射线,经检查发现,射线来自阴极射线管管壁。 令人惊奇的是,当用木头等不透明物质挡住这种射线时,荧光屏仍然发光,而且这种射线能使黑纸包住的照相底片感光,不被电磁场偏转。经过一个多月的研究,他未能搞清这种射线的本质,因此赋予它一个神秘的名字--X射线。1895年12月28日,伦琴向德国物理学医学会递交了第一篇关于X射线的论文,《论新的射线》,并公布了他夫人的X射线手骨照片。1901年,他成为诺贝尔物理学奖第一人。 其实,在1895年以前,由阴极射线管产生的X射线在实验里已经存在了30多年,在射线发现前,不断有人抱怨,放在阴极射线管附近的照相底片模糊或感光。如1879年的克鲁克斯,1890年的古德斯比德等人,但他们都是“当真理碰到鼻尖上还让其溜走了”的人。 伦琴的发现引起了极大的轰动,以致于在全世界范围内掀起了X射线研究热,1896年关于X射线的研究论文高达1000多篇.之后十几年,主要工作有: 1922-23年间,康普顿证实X射线的粒子性,1927年诺奖。 1912年,劳厄证实X射线干涉、衍射波动性,1914年诺贝尔奖; 1912-1913年间,布喇格父子用晶体衍射测出X射线波长,1915年诺奖。 1906年,巴克拉通过偏振现象证实X射线是电磁波;1917年因特征X射线获诺奖; 1979年,科马克、洪斯菲尔德因X射线层析图像技术获诺贝尔生理医学奖。 7.3 X射线的产生与波性 一.X射线的产生 二.X射线的性质 1)X射线能使照相底片感光; 2)X射线有很大的贯穿本领; 3)X射线能使某些物质的原子、分子电离; 4)X射线是不可见光,它能使某些物质发出可见的荧光; 5)X射线本质上是一种(波长极短0.01-1nm 的)电磁波,具有反射、折射、衍射、偏振等波动性质。 ?0.1nm:硬X射线,?0.1nm:软X射线。 1.X射线是电磁波(横波) 2.X射线的衍射(波长测量) 波动性- X射线在晶体的衍射 利用X射线在晶体的衍射可以测定它的波长, 晶体作为立体光栅,一束X射线射入晶体,发生衍射时,从任何一晶面上,那些出射方向对平面的倾角与入射线的倾角相等的X射线,满足布拉格公式 n?=2dsin? n=1、2、….. 出射线就会加强。 晶体可形成许多不同取向的晶面。X射线经不同晶面反射时,凡光程满足布喇格公式,在 方向衍射的X光将得到加强,出现了劳厄光斑。 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. 劳厄单晶照像 德拜-谢乐多晶粉末法照像 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。 7.4 X射线的发射谱 单一元素制成的靶,受到能量足够高的电子轰击,所产生的 X射线发射谱图示: 两部分构成: 连续谱:波长连续变化的部分; 标识谱(特征谱):叠加在连续谱上的线状谱。 一、X射线的连续谱 1.连续谱产生机制—轫致辐射 连续谱上存在一短波限(最短波长)。与加在射线管上的电压有关,而与靶材无关。 轫致辐射的强度正比于靶核电荷平方。通常用钨作靶(阳极)。 医学和工业上使用的X射线主要是连续谱部分。 2.连续谱的短波限 当高速电子击中靶,与靶原子相互作用(碰撞)而速度骤减。电子的速度(动能)减小是连续的,与之伴随的电磁辐射因而是连续的。常称为轫致辐射。 短波限 与加在射线管上的电压V的关系: 短波限的物理意义:快速电子的动能全部转成电磁辐射能。 二、X射线的标识(特征)谱 当电子的能量(加速电压) 超过某一临界值时,在连续谱的背景上迭加一些线状谱。 1.标识谱 Rh(铑)K系标识谱精细结构 2.标识谱的特点 ☆对一定的阳极靶材料,产生标识谱的外加电压有一个临界值。 ☆改变靶物质时,随Z的增大,同一线系的线状谱波长向短波方向移动,但没有周期性变化; ☆标识谱线的位置与外加电压无关,而只与靶材元素有关,因而这些线状谱可作为元素的标识。但是他们的线系结构是相似的,都分为K,L,M,……等线系;且谱线具有精细结构,K系分为 ;L系分为 等; 3.莫塞莱定律--标识谱的定量化 1912-13年,英国物理学家Moseley通过对不同元素(不同Z)的X射线标识谱加以分析(
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