第三章粒子(束)与材料的相互作用

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1、Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 第三章第三章 粒子（束）与材料的相互作用粒子（束）与材料的相互作用 第一节第一节 电子束与材料的相互作用电子束与材料的相互作用 第二节第二节 离子束与材料的相互作用离子束与材料的相互作用 Huaihua University Chemistry and chemical eginee

2、ring DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 第一节第一节 电子束与材料的相互作用电子束与材料的相互作用一、散射一、散射 二、电子与固体作用产生的信号二、电子与固体作用产生的信号 三、电子激发产生的其它现象三、电子激发产生的其它现象Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and c

3、hemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 入射电子入射电子照射固体时，与固体中粒子的相互作用照射固体时，与固体中粒子的相互作用包括：包括： （1）入射电子的散射；）入射电子的散射； （2）入射电子对固体的激发；）入射电子对固体的激发； （3）受激发粒子在固体中的传播。）受激发粒子在固体中的传播。 Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical eginee

4、ring DepartmentMaterial modern analysis method 一、散射一、散射 p当一束聚焦电子沿一定方向射到固体上时，在固体原子当一束聚焦电子沿一定方向射到固体上时，在固体原子的库仑电场作用下，入射电子方向将发生改变，这种现的库仑电场作用下，入射电子方向将发生改变，这种现象称为（象称为（电子电子）散射散射。 p有有散射弹性散射弹性和和非弹性散射非弹性散射之分。之分。 p原子中的原子中的原子核原子核和和核外电子核外电子对入射电子均有散射作用。对入射电子均有散射作用。 对比：物质对对比：物质对X射线的散射射线的散射Huaihua University Chemis

5、try and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 瞄准距离瞄准距离散射角散射角核电荷数或核电荷数或原子序数原子序数注意：电子经注意：电子经过原子核和电过原子核和电子时偏转方向子时偏转方向不同不同!入射方向与入射方向与散射方向之散射方向之间的夹角间的夹角电子入射方向与电子入射方向与原子核或电子之原子核或电子之间的距离间的距离电子衍射及成像的基础电子衍射及成像的基础 电子散射示意图电子

6、散射示意图与原子核作用与原子核作用与核外电子作用与核外电子作用Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 1. 原子核对入射电子的散射原子核对入射电子的散射 p有有弹性散射弹性散射和和非弹性散射。非弹性散射。 p散射损失的能量散射损失的能量 p散射角散射角（2 ）即散射电子运动方向与入射方向之间的夹角。）即散射电子运动方向与入

7、射方向之间的夹角。 p非弹性散射损失的能量非弹性散射损失的能量 E转化为转化为X射线射线，它们之间的关系是，它们之间的关系是 式中，式中，h是普朗克常数，是普朗克常数，c是光速，是光速， 及及 分别是分别是X射线的频率与波长。射线的频率与波长。 此此X射为连续射为连续X射线，没有特征性射线，没有特征性。电子的初始能量电子的初始能量散射基元散射基元(原子核原子核)的的质量数质量数(质质子数与中子数与中子数之和子数之和)半散射角半散射角cEhhHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua Univers

8、ity Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 当入射电子与原子中电子的作用成为主要过程时，由于作用粒子的质量相同，散射后入射电子的能量发生显著变化，这种过程称为非弹性散射。 在非弹性散射过程中，入射电子把部分能量传递给原子，引起原子内部结构的变化，产生各种激发现象。因为这些激发现象都是入射电子作用的结果，所以称为电子激发。电子激发是非电磁辐射激发的一种形式。Huaihua University Chemistry and chemical egineering Department

9、Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 2. 核外电子对入射电子的散射核外电子对入射电子的散射 p原子中核外电子对入射电子的散射作用是一种原子中核外电子对入射电子的散射作用是一种非弹性散射非弹性散射。 p在非弹性散射过程中，入射电子所损失的能量部分转变为热在非弹性散射过程中，入射电子所损失的能量部分转变为热，部分使物质产生各种激发现象，如，部分使物质产生各种激发现象，如原子电离原子电离、自由载流子自由载流子、二次电子二次电子、俄歇电子俄歇电子、特

10、征特征X射线射线、特征能量损失电子特征能量损失电子、阴极发光阴极发光、电子感生电导电子感生电导等。等。 p因为这些激发现象都是入射电子作用的结果，所以称为因为这些激发现象都是入射电子作用的结果，所以称为电子电子激发激发。 Huaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentHuaihua University Chemistry and chemical egineering DepartmentMaterial modern analysis method 3. 散射截面散射截面 p入射入射电子被原子核散射电子被原子核

11、散射时，散射角时，散射角2 的大小与瞄准距离的大小与瞄准距离（电子入射方向与原子核的距离）（电子入射方向与原子核的距离）rn、原子核电荷、原子核电荷Ze以以及入射电子的加速电压及入射电子的加速电压V有关，其关系为有关，其关系为 （3-2） rn2叫做叫做弹性散射截面弹性散射截面，用，用 n表示。表示。 p当当入射电子与核外电子作用入射电子与核外电子作用时，散射角时，散射角2 为为 （3-3） re2为为核外电子的非弹性散射截面核外电子的非弹性散射截面，用，用 e表示。表示。Huaihua University Chemistry and chemical egineering Departme