[工学]大学物理第五册清华大学dxwl603.ppt

四. X 射线的应用 透视、衍射、CT、X 射线荧光分析…… ▲ X 射线连续谱的应用—透视（医学上、工业上） 左图为心脏起搏器的 X 光照片（假彩色） 起搏器 心脏 电线 同方威视集装箱检测系统用高能X射线对某写集装箱进行透视： 上集装箱申报为毛毯，检测表明实为小汽车。 申报为柚木 藏有象牙 组合系统 车载系统 集装箱检测系统 ▲ X 射线特征谱的应用 — 粒子激发X射线荧光分析（PIXE） （Particle Induced X— ray Emission） 原理： p 、 、 a g 轰击样品产生特征 X 射线 特点：以质子激发为例 (1) 灵敏度高，1— 0.1?g /g ，样品 ? 10?g (2) 进行微区分析 mm ? ?m (3) 无损，多元素同时分析，是表面分析 由能量定成分（Z）， 由谱线强度定含量。 能量 出的X射线的能量和数量决定元素性质和含量。 与电子荧光分析（ e ─ X）比较，其优点是： (1) 韧致辐射小（I?1/m2） (2) 探测灵敏度高 10 2—10 4 倍 (3) 可在大气或氦气环境下分析 应用举例： 越王勾践剑的分析； 人发分析； 大气污染分析。 适合对珍贵的、大型的和生物的样品进行分析 质子荧光分析（ p ─ X） 用质子使样品中的元素产生空穴， 靠由此发 ★ 越王勾践剑的质子荧光分析 勾践剑1965年湖北江陵望山一号墓出土。 同时出土的还有辅剑（花纹同、无铭文）。 古剑宝库中的珍品，举世闻名。 在地下埋藏了大约2500年（春秋战国时）， 至今光华四射，锋利无比。 剑长64.1cm，分析面积大，要求精度高， 这两柄剑是我国 要确保无损。 用质子荧光分析最合适。 Si (Li)探测器 放大 多道分析器 样品 目的是分析剑上的黑色和黄色花纹各部分的成分和含量。 质子静电加速器 质子X荧光非真空分析实验装置示意图 质子束直径 ：2 mm X射线 越王勾践剑黄花纹处的PIXE能谱 （质子能量1.7MeV，束流强度约5nA，测量时间10分钟） ◆ Fe远低于Cu矿中含量， 加之表面硫化处理， 起到了很好的防锈作用。 ◆ Cu、Sn、Pb合金硬度大、 ◆主要成分是Cu和Sn。 ◆ Ar是表面附着的大气所含。 锋利， 冶炼水平的高超。 反映了我国古代 越王勾践剑饰物——琉璃处的PIXE能谱 （质子能量1.7MeV，束流强度约5nA，测量时间10分钟） 剑柄上的琉璃属K 、 Ca玻璃，是我国发现的最早的K 、 Ca玻璃。 用质子激发X射线分析各部分成份： Cu Sn Pb Fe S As 剑刃 80.3 18.8 0.4 0.4 微 黑花纹 73.9 22.8 1.4 1.8 微 微 剑格 41.5 42.6 6.1 3.7 5.9 微 铬化处理： 德1937，美国1950才申请专利。 ★ 秦始皇兵马俑坑中箭头的 p ─ X分析： Cu—Sn—Pb 表面有Cr， 断面无Cr。 含砷头发的PIXE能谱 质子能量2MeV， 束流强度约20nA， 测量时间30分钟。 PIXE法只需几根头发，而且不破坏样品。 ★ 人发分析 上海杨蒲区某处 拉萨市某处 上海市和拉萨市空气采样的PIXE能谱比较 ★大气污染分析 上海市大气中的Pb含量较拉萨市高得多 *§3.7 分子光谱简介 一. 分子的带状光谱 分子激发 →分子光谱 光谱特点 — 带状（发射谱、吸收谱） a b c … a b c A 组 B 组 空气中碳电弧的C2和CN分子的带状光谱 图中1 ? 0、0 ? 0、0 ? 1等是各类谱带的标记， 每一个这样的符号与一个光谱带相对应。 二. 分子光谱的产生 ▲ 不考虑核内部运动（设不发生核能级跃迁） ▲ 不考虑整个分子的平动（∵能量连续） ▲ 忽略运动间的相互作用 以下讨论的前提是： 1. 电子能级 Ee 内层电子在形成分子时状态不变， 外层电子受各原子核的作用， 不再守恒， （主要在可见光和紫外区） 不能用n，l 等量子数描写，情况较复杂。 仍可用 原子中的四个量子数描写。 设最低能级（基态）E0 = 0， 要求当T ? 0K时，? N0 0，则有? 0。 任意激发态a ： 则有 上式表明，0K时玻色气体全部粒子都集中 在动量空间形成了一个“凝聚体”， 称为玻色 —爱因斯坦凝聚（ BEC ）。 到基态上， T TC T = TC T TC v = 0 原子速度分布逐渐达到BEC的三维示意图 1995年实现了超冷原子的BEC， 的原子处于同一量子态（2001，Nob）。 了原子的相干，可做成原子干涉仪和量子频标等。 达到了宏观数量