X射线波长.PPT

第6章 X射线 原理： 利用X射线在晶体的衍射可以测定它的波长，  晶体作为立体光栅，一束X射线射入晶体，  发生衍射时，从任何一晶面上，那些出射方  向对平面的倾角与入射线的倾角相等的X射 线，满足布拉格公式 n?=2dsin? n=1、2、….. 出射线就会加强。 一、 X射线发射光谱的测量 X射线发射光谱 X射线谱由两部分组成：波长连续变化的连续谱和由分立谱组成的特征谱或称标识谱。 X射线连续光谱 两类  X射线的特征谱 (标识谱) 本章小结 关于x射线的原子能级和能级跃迁图 当内层(如K层)电子被电离出现空穴后，上层电子向下跃迁时，除以辐射X射线形式外，还可以将跃迁释放的能量电离更高层的电子－发射俄歇电子，或者将跃迁释放的能量传给原子核，使原子核处于激发态。若用ΦKΦLΦM分别表示K、L、M层电子的结合能(对应电离能；吸收限)。当L层电子向K层(空穴)跃迁时，使M层电子电离，发射的俄歇电子的动能为 一般轻元素发射俄歇电子几率较大，重元素发射X射线的几率较大。 五、俄歇电子 产生空穴 产生空穴后产生X射线 产生空穴后产生X射线 一般形式: 六、莫塞莱定律 莫塞莱研究了一系列元素的K线系,发现各元素的K线系的光谱项的平方根， K?线: L ?线: 例如Kα－X射线的频率可写成 莫塞莱公式(上式)与如下类氢光谱公式相一致， 这表明Kα－X射线是内层电子从n＝2到n=1跃迁产生的。因子（Z-1）理解为当n=1(K)壳层中一个电子被电离后， n=2(L)壳层电子感受到（Z-1）核电荷库仑作用。它也指出要发射Kα－X射线，必须从n=1壳层事先电离出一个电子成电离状态，其电离能或阈能是从n=1移去一个电子所需的能量。而Kα－X射线的能量是电子从n＝1到n＝2层的能量差值。 如果将K线系的波数表示为 那么将L壳层一个电子电离后，产生的L线系的波数可表示为 原子光谱是原子最外层电子跃迁的结果，外层电子组态的周期性决定了元素性质的周期性。 X射线是内层电子的跃迁的结果。 随Z呈线性关系(见图)。说明它受外层电子影响很小，只受原子核的影响。莫塞莱图提供了从实验测定原子序数Z的一种有效方法。历史上正是他首次纠正了27Co，28Ni在周期表的次序。 给出 由莫塞莱 线公式 早期元素周期表是按原子量大小顺序排列的。如K(A=39.1)在Ar(A=39.9)前 ； Ni(A=58.7)在Co(A=58.9)前。由莫塞莱图给出 Kα－X射线波长是Ar:4.19 ；K:3.74 ； Co:1.79 ； Ni:1.66 。 用莫塞莱定律确定原子顺序 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 a 2 g b a 1 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 X射线K线系 莫塞莱定律 a 2 g b a 1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 32 28 24 20 16 12 8 4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 莫 塞 莱 图 K L M 1923年，康普顿在研究X射线经物质的散射实验中发现，散射的X光除有原入射波长成分外，还有波长较长的部分，其波长差随散射角θ而变。 一、康普顿效应 § 6.3 康普顿效应 经典瑞利散射不能解释散射波长随θ的变化，康普顿应用了爱因斯坦的光子概念，认为X射线经物质的散射是光子与外层电子（可视为自由电子）的碰撞过程。在碰撞中遵从能量和动量守恒（见右图） 二、康普顿散射公式 康普顿散射公式 康普顿散射公式 康普顿波长 康普顿波长是在90°散射角三测出的波长改变量 讨论： （3）如何解释散射光中波长不变的成分？ X射线光子和内层原子的电子碰撞时，由于结合力很大, 光子是和整个原子层而不是单个电子发生碰撞，此时电子的等效质量非常大，波长改变量很小。 （4）相干散射： 康普顿散射中，波长不变成分称的散射为相干散射； 非相干散射： 康普顿散射中，波长改变成分称为非相干散射 （5）意义： 用光子概念成功地解释了X光的散射实验，这是继光电效应之后，再次证明光的粒子性。并指出像光子、电子这样的微观粒子也服从守恒律。康普顿