X射线与物质相互作用.ppt

Compton散射证实X射线的粒子性，它是奠定量子力学理论的重要实验基础之一。 Compton散射可用于研究固体中电子的能量、动量关系。 （Compton轮廓） * 2) Raman散射 本质上与可见光的Raman散射一样， 为原子从基态到一激发态跃迁所需方程 * 3) Plasmon散射 X射线在金属薄膜中激发等离子体振荡产生的不相干散射。 ?p 为某等离子体振荡效率。 * (a) (b) C对Cu K?的散射 Be对Cu K?的散射 * 4.光电吸收及其二次效应 1)光电效应的实验规律 X射线波长为λ：对某一元素Z，当λ下降，达到 时，产生光电吸收。 最大 λ下降 减少 光电子数（光电流）∝入射X射线强度 光电子速度： 与光强无关，与λ，电子在原子中的结合能 有关。 P为界面逸出能。 光电子的方向性， 光电流的强度 , 为光电子发射方向与X射线入射方向的夹角。 * 采用偶极跃迁近似，原子吸收X射线光子的几率为 初态，X射线的光电吸收中，一般为1S，2S，2P态， 终态，自由电子的连续态， 终态处的未占有的能态密度， 2）光电效应的量子力学的解释 * 以X射线波矢 为轴，计算得出的结果为： 当 时， 光电子能量为 光电子波矢为 动量 ，方向 原子的微分吸收截面（即吸收光子后在方向 上发射光电子的几率） 与实验规律完全一致。 如入射X射线为单色平面波 ， ，初态 为K层电子， 终态 为平面波（ ,方向 ）， * 3)光电子吸收的二次效应：荧光与俄歇电子 光电吸收——光电子发射，原子处于激发态（内壳层，例K层，出现空位） 原子退激发过程——二次效应：荧光与俄歇电子 Auger * ⑴ 荧光：由光子激发的光辐射称为荧光辐射，因而荧光谱也称为次级光谱。 荧光辐射的本质及其产生的机制，与原级（由高速电子来激发）特征光谱是完全一样的： 发射机制：原子内电子能级跃迁 方向：各向同性 波长：由原子能级确定，与特征谱波长相同。 强度： 入射X射线强度， 物质对X射线的吸收系数， 为q系荧光产额。 q能级受原级X射线激发的原子数 发生q级次级光辐射的原子数 * 荧光产额由物质的原子能级决定。随着原子序数Z和不同谱线的变化，轻重元素及不同谱线的荧光产额相差是很大的。对K系谱线， 另， ， ，对 （ 时， ), 随Z呈指数下降，例Mg，Al仅为0.01。 X射线荧光元素成分分析：可检测浓度很小的元素含量 * * (2) 俄歇（Auger）效应 X射线激发的原子存在着另外一种退激发过程，当次外层的一个电子跃入内层填空时所释放的能量在该原子内部被吸收而逐出次外层的另一个电子，这个被迸出的次外层电子称为俄歇电子。这种效应也称为次级光电效应，内转换或无辐射跃迁。在这种过程中，次级光电子（俄歇电子）的发射代替了荧光辐射。 * * * 1.概述 X射线与物质相互作用的宏观效应： （波） 相干散射、衍射，界面的反射、折射，衰减 （粒子）不相干散射，光电吸收及其二次效应(荧光,俄歇) 电子对的产生(Ex1.022MeV) 物质的变化：热效应 改性 辐射损伤(结构变化) 微观本质 ：X射线与物质中电子的相互作用 理论处理方法：经典电磁理论，量子力学 * 2.X射线的相干散射 相干散射 (λ不变,远场光学) 弹性散射(Ex不变) Ryleigh散射 不相干散射（λ改变） 非弹性散射(Ex改变) Compton散射 Raman散射 * 1)自由电子的相干散射 电子在入射X射线的交变电场作用下作受迫振动，成为具有交变电矩的电偶极子。 电偶极子辐射出次级辐射，即散射X射线。