射线检测技术1-1 原子与原子结构2.ppt

第一章 射线检测的物理基础 原子结构的由来 原子理论——道尔顿(美) 观点：原子是物质存在的最小单元，是不可分割的。 电子的发现 1897年汤姆逊(英,1906年获诺贝尔物理奖)发现电子，宣告了原子是可分的。 1897年前后，科学家们逐渐确定了电子的各种基本特性，并确立了电子是各种原子的共同组成部分。通常，原子是电中性的，而既然一切原子中都有带负电的电子，那么原子中就必然有带正电的物质。 钢球模型--汤姆逊模型 1903年，汤姆逊提出原子中正电荷以均匀的体密度分布在一个大小等于整个原子的球体内，而带负电的电子则一粒粒地分布在球内的不同位置上，分别以某种频率振动着，从而发出电磁辐射。 解决原子大小（10-8厘米） 原子质量问题 困难：原子光谱解释 卢瑟福的a粒子散射实验 实验观察到了散射的α粒子(2-3度)，而且观察到了被金箔反射回来的α粒子(1/8000)。对着卷烟纸射出一颗15英寸的炮弹，却被反射回来的炮弹击中一样地不可思议。 D F R a粒子 铅准直器 金箔 盖革计数器 行星模型--卢瑟福模型 1911年卢瑟福(英)的粒子散射实验否定了汤姆逊原子模型， 提出原子的中心是一个重的带正电的核，与整个原子的大小相比，核很小。电子围绕核转动，类似大行星绕太阳转动。这种模型叫做原子的核模型，又称行星模型。 行星模型示意图 两种模型的α散射受力分析 汤氏模型 卢氏模型 高斯定律 行星模型的不足 解决的问题 α散射实验结果：发现粒子有大约1/8000的几率被反射回来了。 困难： 无法解释原子的稳定性、同一性、再生性 无法解释原子光谱 玻尔原子理论模型 量子假设的提出： 量子假设根据之一：黑体辐射 量子假设根据之二：光电效应 量子假设根据之三：光谱 黑体辐射 黑体辐射：热辐射及光辐射都是电磁辐射，黑体与热辐射达到平衡时，辐射能量密度 随频率 变化的曲线 维恩经验公式 除了低频部分外，公式与实验曲线符合 瑞利——金斯公式 是发散的 -----紫外光灾难 黑体辐射 普朗克经验公式： 此公式趋于维恩公式 与瑞利——斯公式相似 普朗克公式是猜出来的，普朗克后来在理论上找 到解释：电磁辐射能量交换是量子化的 光电效应 赫兹1887年在用莱顿瓶放电的实验中发现光电效应。光电效应特点： 存在临界频率，只有入射光的频率大于临界频率，才会有光电子逸出。 每个光电子的能量只与照射光的频率有关。 入射光频率大于临界频率时，只要光一照上，几乎立刻观测到光电子。 光电效应 汤姆逊通过气体放电现象及阴极射线的研究(1897)发现电子 ， 爱因斯坦用光量子说解释了光电效应 光电方程 爱因斯坦因此于1921年获诺贝尔奖 光谱 1885年，巴耳末对观察到的氢光谱线研究后提出了一个经验公式 1889年，里德伯提出了一个普遍的方程： RH——里德伯常数，经验常数（109677.58cm-1） 光谱 n=1,2,3… 对每一个n, n’=n+1，n+2，n+3… 对于n=1， n’= 2，3，…，谱线在紫外区：赖曼线系 n=2， n’= 3，4，…，可见区：巴耳末系 n=3， n’= 4，5，6，…，在红外区：帕邢系 n=4， n’= 5，6，7，…，在红外区：布喇开系 n=5， n’= 6，7，8，…，在红外区：普丰特系 ---原子线状光谱产生机制是什么？ ---为什么凑出来的？ ---它为什么能与实验事实符合得这么好？ 当波尔把量子说引入卢瑟福模型得到了答案。 玻尔原子理论模型 提出了原子轨道和能级概念，解释了原子发光机理 电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动，离核愈远能量愈高；当电子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不吸收能量， 只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或吸收的辐射是单频的， 辐射的频率和能量之间关系由E＝hv给出。 玻尔的理论成功地说明了原子的稳定性和氢原子光谱线规律。 尼尔斯.玻尔 奥格.玻尔 玻尔模型假设 绕核运动的电子只能沿满足一定条件的轨道运动，在这些轨道上原子处于稳态，这些稳态对应的不连续的能量数值组成原子的能级。处于稳定状态的原子不辐射、不吸收能量---定态条件 电子在不同轨道跃迁时，将发射或吸收光子，从能量为En的稳定态跃迁到能量为Em的稳定态时，将辐射或吸收一定频率v的光子，且光子的能量为 hv=En-Em ---频率条件,辐射条件 其中h是普朗克常数，v是辐射频率。 玻尔模型假设 角动量量子化 至此，玻尔模型三步曲完成: 定态条件（量子态概念） 频率条件（量子跃迁） 角动量量子化。 原子模型要点 原子由带正电荷的原子核和绕核运动的电