第二章X射线与物质的相互作用演示文稿.pptVIP

2)光电效应的量子力学的解释 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， 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 ）， 当前第30页\共有46页\编于星期三\8点 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。 当前第31页\共有46页\编于星期三\8点 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 当前第32页\共有46页\编于星期三\8点 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 当前第33页\共有46页\编于星期三\8点 第二章X射线与物质的相互作用演示文稿 当前第1页\共有46页\编于星期三\8点 第二章X射线与物质的相互作用 当前第2页\共有46页\编于星期三\8点 1.概述 1)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）， 电子对的产生物质的变化 热效应 改性 辐射损伤（结构变化） 2)微观本质 ：X射线与物质中电子的相互作用 3)理论处理方法：经典电磁理论，量子力学 当前第3页\共有46页\编于星期三\8点 2.X射线的相干散射 相干散射 （λ不变、远场光学） 弹性散射 （不变） Ryleigh散射 不相干散射（λ改变） 非弹性散射 （改变） Compton散射, Raman散射 当前第4页\共有46页\编于星期三\8点 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。从这电偶极子辐射出来的次级辐射，即是散射X射线。由于电子受迫振动的频率与入射波的振动频率一致（不考虑阻尼），故散射波的频率与入射波一致，也即散射波的波长与入射波相同。因此，对入射X射线（原级）来说，这种散射只是改变方向而波长不变的一种次级辐射。 当前第5页\共有46页\编于星期三\8点 由电动力学，一个电子作加速运动时，电磁辐射为 式中 为辐射方向，R为观察点与电子之间的距 离， 当前第6页\共有46页\编于星期三\8点 (1)入射X射线为线偏振光 令电场为 ，则 ，设α为 与 的夹角，则 当前第7页\共有46页\编于星期三\8点 式中负号表示在入射波前进方向上，散射波与入射波位相差，散射波的强度为 为电子经典半径， 当前第8页\共有46页\编于星期三\8点 图6 单个电子的X射线相干散射 当前第9页\共有46页\编于星期三\8点 (2)入射波为非偏振情况 令入射方向为 ，P为观察点，散射方向 与 确定的平面为散射面 ,令散射方向与入射方向夹角为θ。 可将任一偏振方向的 的入射波，分解为 、 ， ， 当前第10页\共有46页\编于星期三\8点 分别计算它们的散射波电场 、 ，然后矢量相加求出散射波总的电场及相散射强度。计算可得散射波强度为