原子物理X射线.

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1、6.1 X射线的发现及其波动性6.3 康普顿效应X射线的产生机制6.2教学内容教学内容6.4 X射线的吸收第六章第六章 X射线射线教学要求 （1）了解了解X射线发现的实验事实、产生方法，掌握射线发现的实验事实、产生方法，掌握X射线射线的连续谱与标识谱的特征和产生的机制，解释同的连续谱与标识谱的特征和产生的机制，解释同X射线有射线有关的原子能级产生的原因。关的原子能级产生的原因。（2）了解）了解X射线的吸收的规律，掌握康普顿散射，理解光射线的吸收的规律，掌握康普顿散射，理解光子与物质的相互作用，了解子与物质的相互作用，了解同步辐射装置的原理与应同步辐射装置的原理与应用。用。（3）了解）了解X射线

2、在晶体中的衍射的规律。射线在晶体中的衍射的规律。 重点重点 X射线连续谱与标识谱及产生机制射线连续谱与标识谱及产生机制 莫色勒定律莫色勒定律 康普顿散射康普顿散射 难点难点 X射线的连续谱与标识谱产生机制射线的连续谱与标识谱产生机制 莫色勒定律莫色勒定律 康普顿散射康普顿散射 6.1 X射线的发现及其波动性射线的发现及其波动性电磁波谱电磁波谱X X射线的发现射线的发现X X射线的衍射射线的衍射X X射线的偏振射线的偏振760nm400nm 可见光可见光 电电 磁磁 波波 谱谱红外线红外线 紫外线紫外线 射射 线线X射线射线长波无线电波长波无线电波610101014101810221021041

3、08101210161020102410010频率频率Hz1610810波长波长m4104100108101210短波无线电波短波无线电波无线电波无线电波cm1 . 0m1034760nmnm1065nm400nm760可见光可见光红外线红外线5nmnm4000.04nmnm5nm04. 0紫外光紫外光X射线射线 射线射线 十九世纪末的三大发现，揭开了近代物理的序幕：十九世纪末的三大发现，揭开了近代物理的序幕： （1）1895年德国的年德国的Rontgen（伦琴）发现（伦琴）发现X射线；射线； （2）1896年，法国的年，法国的Becguerel（贝克勒尔）发现了放射性；（贝克勒尔）发现了放射

4、性； （3）1897年，英国的年，英国的Thomson（汤姆逊）发现了电子（汤姆逊）发现了电子。 在在1895年以前，由阴极射线管产生的年以前，由阴极射线管产生的X射线在实验里射线在实验里已经存在了已经存在了30多年，在射线发现前，不断有人抱怨，放在多年，在射线发现前，不断有人抱怨，放在阴极射线管附近的照相底片模糊或感光。阴极射线管附近的照相底片模糊或感光。 如如1879年的克鲁克斯，年的克鲁克斯，1890年的古德斯比德等人，但年的古德斯比德等人，但发现发现 X 射线的却是伦琴。射线的却是伦琴。 伦琴，伦琴，1845年出生于德国的一个商人家庭，年出生于德国的一个商人家庭，1869年在年在苏黎世

5、大学获博士学位。苏黎世大学获博士学位。1879年，在物理学大师亥姆霍兹年，在物理学大师亥姆霍兹和基尔霍夫等人的推荐下，伦琴担任吉森大学物理学教授和基尔霍夫等人的推荐下，伦琴担任吉森大学物理学教授和物理研究所所长。于和物理研究所所长。于1894年任该校校长。在其就职演说年任该校校长。在其就职演说中指出中指出：“实验是最有力可靠的手段，能使我们揭开自然实验是最有力可靠的手段，能使我们揭开自然界的奥秘；实验也是判断假说应当保留还是应当放弃的最界的奥秘；实验也是判断假说应当保留还是应当放弃的最后鉴定。后鉴定。” 1895年年11月月8日傍晚，伦琴在研究阴日傍晚，伦琴在研究阴极射线管中气体放电实验时，为

6、了避免极射线管中气体放电实验时，为了避免杂光对实验的影响，他用黑纸板将管子杂光对实验的影响，他用黑纸板将管子包起来，却发现距阴极管一段距离外包起来，却发现距阴极管一段距离外的一块涂有铂氰酸钡的一块涂有铂氰酸钡(BaPt(CN)6)结晶物结晶物质的屏幕发出了荧光。质的屏幕发出了荧光。 令人惊奇的是令人惊奇的是当用木头等不透明物质当用木头等不透明物质挡住这种射线时，荧光屏仍然发光，挡住这种射线时，荧光屏仍然发光，而且这种射线能使黑纸包住的照相而且这种射线能使黑纸包住的照相底片感光，不被电磁场偏转。底片感光，不被电磁场偏转。一、一、X射线的发现射线的发现 经过一个多月的研究，他未能搞清这经过一个多月

7、的研究，他未能搞清这种射线的本质，因此赋予它一个神秘的种射线的本质，因此赋予它一个神秘的名字名字-X射线。射线。1895年年12月月28日，伦琴向日，伦琴向德国物理学医学会递交了第一篇关于德国物理学医学会递交了第一篇关于X射线的论文，射线的论文，论新的射线论新的射线，并公布，并公布了他夫人的了他夫人的X射线手骨照片。射线手骨照片。 伦琴的发现引起了极大的轰动，以致于在全世界范围伦琴的发现引起了极大的轰动，以致于在全世界范围内掀起了内掀起了X射线研究热，射线研究热，1896年关于年关于X射线的研究论文高射线的研究论文高达达1000多篇。多篇。 W.K.伦琴，德（伦琴，德（1845-1923）第一

8、张诺贝尔物理学奖奖状（第一张诺贝尔物理学奖奖状（1901）伦琴无条件地把伦琴无条件地把X射线的发现奉献给人类，没有申请专利。射线的发现奉献给人类，没有申请专利。(a)第一第一张张X光相片光相片 伦伦琴夫人的左手琴夫人的左手 (b)现现代的代的X光照片光照片 0.01 1 10()硬硬X射线软射线软X射线射线X射线波长范围及其大致分类射线波长范围及其大致分类 硬硬X射线：波长较短，能量较高，穿透力较强，适用射线：波长较短，能量较高，穿透力较强，适用于金属的无损探伤及相关分析。于金属的无损探伤及相关分析。二、二、X射线的分类射线的分类 1、X射线能使照相底片感光；射线能使照相底片感光； 2、X射线

9、有很大的贯穿本领；射线有很大的贯穿本领； 3、X射线能使某些物质的原子、分子电离；射线能使某些物质的原子、分子电离； 4、X射线是不可见光，它能使某些物质发出可见射线是不可见光，它能使某些物质发出可见光的荧光；光的荧光； 5、X射线本质上是一种电磁波，同此它具有反射、射线本质上是一种电磁波，同此它具有反射、折射、衍射、偏振等性质。折射、衍射、偏振等性质。三、三、X射线的性质射线的性质X射线管射线管mmHg751010 X射线管的结构射线管的结构示意图示意图玻璃玻璃铍窗口铍窗口钨丝钨丝接变压器接变压器金属聚灯罩金属聚灯罩金属靶金属靶X X射线射线X X射线射线电子流电子流冷却水冷却水“X射线管剖

10、面示意图射线管剖面示意图” 演示：演示： （1）阴极阴极发射热电子。一般由钨丝制成。发射热电子。一般由钨丝制成。 （2）阳极阳极靶，使电子突然减速并发出靶，使电子突然减速并发出X射线。射线。 （3）窗口窗口X射线出射通道。既能让射线出射通道。既能让X射线出射，射线出射，又能使管密封。窗口材料用金属铍或硼酸铍锂构成的林德又能使管密封。窗口材料用金属铍或硼酸铍锂构成的林德曼玻璃。窗口与靶面常成曼玻璃。窗口与靶面常成3-6的斜角，以减少靶面对出的斜角，以减少靶面对出射射X射线的阻碍。射线的阻碍。 （4）高速电子转换成）高速电子转换成X射线的效率只有射线的效率只有1%，其余，其余99%都作为热而散发了

11、。所以都作为热而散发了。所以靶靶材料要导热性能好，常用材料要导热性能好，常用黄铜或紫铜制作，还需要循环水冷却。因此黄铜或紫铜制作，还需要循环水冷却。因此X射线管的功射线管的功率有限，大功率需要用旋转阳极。率有限，大功率需要用旋转阳极。X射线管的结构射线管的结构五、五、X射线的波动性射线的波动性六、六、X射线的衍射射线的衍射(提供提供X射线波长测量方法射线波长测量方法) X射线的波长数量级为射线的波长数量级为，要分辩，要分辩X射线的光栅也要在射线的光栅也要在的数量级才行。的数量级才行。晶体有规范的原子排列，且原子间距也在晶体有规范的原子排列，且原子间距也在的数量级，是的数量级，是天然的三维光栅天