1、原子物理學(xué) X X射線射線又名又名倫琴射線倫琴射線，是倫琴在，是倫琴在18951895年發(fā)現(xiàn)的，他年發(fā)現(xiàn)的，他把新發(fā)現(xiàn)的射線命名為把新發(fā)現(xiàn)的射線命名為X X射線，是一種波長(zhǎng)較短的電磁波。射線，是一種波長(zhǎng)較短的電磁波。X X射線譜的某些特性反映了原子內(nèi)部射線譜的某些特性反映了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況。通過結(jié)構(gòu)的情況。通過X X射線可以對(duì)原子射線可以對(duì)原子結(jié)構(gòu)問題進(jìn)一步的探索，本章將以結(jié)構(gòu)問題進(jìn)一步的探索，本章將以這方面的討論為主要內(nèi)容。此外，這方面的討論為主要內(nèi)容。此外，X X射線的衍射和透射在生產(chǎn)事業(yè)和科射線的衍射和透射在生產(chǎn)事業(yè)和科學(xué)研究上有重要應(yīng)用，也將作扼要學(xué)研究上有重要應(yīng)用，也將作扼要的介紹

2、。的介紹。第八章第八章 X射線射線威威.康拉德康拉德.倫琴倫琴第一個(gè)獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量一、一、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生1 1、X X射線射線 由于高能電子減速或原子中內(nèi)層電子躍遷而產(chǎn)生的由于高能電子減速或原子中內(nèi)層電子躍遷而產(chǎn)生的波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)為埃的電磁輻射，稱為波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)為埃的電磁輻射，稱為X X射線。射線。2 2、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生 X X射線一般由高速度的電子打擊在物體上產(chǎn)生。射線一般由高速度的電子打擊在物體上產(chǎn)生。第八章第八章 X射線射線2原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及

3、其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量一、一、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生2 2、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生 產(chǎn)生的工具是一個(gè)真空管，里邊有兩個(gè)電極，如圖產(chǎn)生的工具是一個(gè)真空管，里邊有兩個(gè)電極，如圖8.18.1所示。所示。K K是鎢絲制成的陰極，通電使鎢絲加熱到白熱，是鎢絲制成的陰極，通電使鎢絲加熱到白熱，就會(huì)發(fā)射電子。就會(huì)發(fā)射電子。A A是陽極，所用材料視需要而定。是陽極，所用材料視需要而定。 第八章第八章 X射線射線3原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量一、一、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生2 2、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生 跨

4、這兩個(gè)電極上加高電壓，一般幾萬伏特到十幾萬伏跨這兩個(gè)電極上加高電壓，一般幾萬伏特到十幾萬伏特，也有高到二十幾萬伏特或更高的，這也決定于應(yīng)用特，也有高到二十幾萬伏特或更高的，這也決定于應(yīng)用上的需要。這樣，陰極所發(fā)的電子就被電場(chǎng)加速，打在上的需要。這樣，陰極所發(fā)的電子就被電場(chǎng)加速，打在陽極上，射線就從陽極上發(fā)射出來，陽極又稱為靶子。陽極上，射線就從陽極上發(fā)射出來，陽極又稱為靶子。由于電子打在上面使其溫度升高很大，一般用的射線管由于電子打在上面使其溫度升高很大，一般用的射線管的靶子是熔點(diǎn)高的金屬制成的。的靶子是熔點(diǎn)高的金屬制成的。 第八章第八章 X射線射線4原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)

5、生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量二、二、X X射線的特點(diǎn)射線的特點(diǎn) X X射線的本質(zhì)和光一樣，是一種電磁波，但它的波長(zhǎng)射線的本質(zhì)和光一樣，是一種電磁波，但它的波長(zhǎng)比可見光短得多，大約在比可見光短得多，大約在1 1埃左右，或更短一些，這同加埃左右，或更短一些，這同加在射線管上的電壓有關(guān)。在射線管上的電壓有關(guān)。X X射線也會(huì)發(fā)生反射、折射、干射線也會(huì)發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象。涉、衍射、偏振等現(xiàn)象。主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)是：是： 1 1、人目不能見，但照射在某些物體上會(huì)使這些物體、人目不能見，但照射在某些物體上會(huì)使這些物體發(fā)熒光，有些物體這樣發(fā)出的熒光是很強(qiáng)的。發(fā)熒光，有

6、些物體這樣發(fā)出的熒光是很強(qiáng)的。 2 2、X X射線還能使照相片感光，還能使氣體電離。它射線還能使照相片感光，還能使氣體電離。它能透過一般光線透不過的物體。能透過一般光線透不過的物體。第八章第八章 X射線射線5原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量三、三、X X射線波長(zhǎng)的測(cè)定射線波長(zhǎng)的測(cè)定 利用利用X X射線在晶體中的衍射可以測(cè)定它的波長(zhǎng)。晶體射線在晶體中的衍射可以測(cè)定它的波長(zhǎng)。晶體是原子有規(guī)則排列起來的結(jié)構(gòu)，晶體中二鄰近原子的距是原子有規(guī)則排列起來的結(jié)構(gòu)，晶體中二鄰近原子的距離也在離也在1 1埃的數(shù)量級(jí)，與埃的數(shù)量級(jí)，與X X射線波長(zhǎng)相仿

7、，所以晶體可以射線波長(zhǎng)相仿，所以晶體可以用作用作X X射線很合適的光柵，下面敘述一個(gè)測(cè)量射線很合適的光柵，下面敘述一個(gè)測(cè)量X X射線波長(zhǎng)射線波長(zhǎng)的方法。的方法。第八章第八章 X射線射線6原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量三、三、X X射線波長(zhǎng)的測(cè)定射線波長(zhǎng)的測(cè)定1 1、布喇格（、布喇格（BraggBragg）公式）公式 在晶體中有規(guī)則地排列在晶體中有規(guī)則地排列起來的原子形成各組平面，起來的原子形成各組平面，原子的位置都落在各組幾何原子的位置都落在各組幾何平面上。設(shè)有一晶體，它的平面上。設(shè)有一晶體，它的內(nèi)部原子的排列如圖內(nèi)部原子的排列如

8、圖8.28.2所示。所示。 第八章第八章 X射線射線7原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量三、三、X X射線波長(zhǎng)的測(cè)定射線波長(zhǎng)的測(cè)定1 1、布喇格（、布喇格（BraggBragg）公式）公式 、等是原子構(gòu)成的一組互相平行的平面，它等是原子構(gòu)成的一組互相平行的平面，它們之間的距離是們之間的距離是d d。又設(shè)一束。又設(shè)一束X X射線射在這組平面上，每一射線射在這組平面上，每一個(gè)平面上都會(huì)有原子受到照射?，F(xiàn)在考慮這束射線中兩條個(gè)平面上都會(huì)有原子受到照射?，F(xiàn)在考慮這束射線中兩條射線射線1 1和和2 2，分別落在兩個(gè)鄰近平面的兩個(gè)原子，分別落在兩

9、個(gè)鄰近平面的兩個(gè)原子A A和和B B上。射上。射線會(huì)以線會(huì)以A A和和B B為中心再向四面射出。設(shè)入射的射線和平面之為中心再向四面射出。設(shè)入射的射線和平面之間的夾角是間的夾角是。 第八章第八章 X射線射線8原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量三、三、X X射線波長(zhǎng)的測(cè)定射線波長(zhǎng)的測(cè)定1 1、布喇格（、布喇格（BraggBragg）公式）公式 現(xiàn)在考慮由現(xiàn)在考慮由A A和和B B射出的、也和平面成射出的、也和平面成角的二射線角的二射線11和和22。那么由圖可知。那么由圖可知1A11A1和和2B22B2兩條路徑長(zhǎng)度的差別是兩條路徑長(zhǎng)度的差別

10、是2dsin2dsin。如果這個(gè)差別恰好等于波長(zhǎng)。如果這個(gè)差別恰好等于波長(zhǎng)的整倍數(shù)，的整倍數(shù)，11和和22兩條射線就會(huì)互相加強(qiáng)?？偫ㄆ饋碚f，當(dāng)一束射線射入兩條射線就會(huì)互相加強(qiáng)?？偫ㄆ饋碚f，當(dāng)一束射線射入晶體而發(fā)生衍射時(shí)，從任何一組晶面上，那出射方向?qū)ζ骄w而發(fā)生衍射時(shí)，從任何一組晶面上，那出射方向?qū)ζ矫娴膬A角和入射射線的傾角相等的射線，如果滿足下式，面的傾角和入射射線的傾角相等的射線，如果滿足下式， （1 1）出射射線就會(huì)加強(qiáng)。這個(gè)公式稱為出射射線就會(huì)加強(qiáng)。這個(gè)公式稱為布喇格（布喇格（BraggBragg）公式）公式。第八章第八章 X射線射線2 sin , n=1,2,3,nd9原子物理學(xué) 8

11、.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量三、三、X X射線波長(zhǎng)的測(cè)定射線波長(zhǎng)的測(cè)定1 1、布喇格（、布喇格（BraggBragg）公式）公式 在晶體中，原子構(gòu)成很多組不同方向的平行面。圖在晶體中，原子構(gòu)成很多組不同方向的平行面。圖8.38.3顯示怎樣可以把二維的原子排列聯(lián)成不同方向的平行直線，顯示怎樣可以把二維的原子排列聯(lián)成不同方向的平行直線，這就可以了解怎樣在三維空間中，原子這就可以了解怎樣在三維空間中，原子構(gòu)成不同方向的平面，所以一束射線射構(gòu)成不同方向的平面，所以一束射線射入晶體，有可能從不同方向射出衍射后入晶體，有可能從不同方向射出衍射后的射線。的

12、射線。利用上述原理來測(cè)量射線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度利用上述原理來測(cè)量射線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度。第八章第八章 X射線射線10原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量三、三、X X射線波長(zhǎng)的測(cè)定射線波長(zhǎng)的測(cè)定2 2、X X射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定（1 1）方法一）方法一 儀器的布置一般如圖儀器的布置一般如圖8.48.4所示。所示。 第八章第八章 X射線射線11原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量三、三、X X射線波長(zhǎng)的測(cè)定射線波長(zhǎng)的測(cè)定2 2、X X射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定

13、（1 1）方法一）方法一 圖中的O是射線直射在相片上的位置。量出OA弧線距離，把它用相片到晶體的距離除就得到角度2的數(shù)值。但由于直射的射線很強(qiáng)，在O處出現(xiàn)的線往往變寬，不易測(cè)準(zhǔn)位置。實(shí)際的做法是轉(zhuǎn)動(dòng)一下晶體的方向，重復(fù)上述步驟，就可以獲得與A對(duì)稱的一條譜線A。把AA的弧線距離用軟片到晶體的距離除就得到4的數(shù)值。把計(jì)算所得的d和測(cè)得的值代入（1）式，波長(zhǎng)波長(zhǎng)就可以算出就可以算出。第八章第八章 X射線射線12原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量三、三、X X射線波長(zhǎng)的測(cè)定射線波長(zhǎng)的測(cè)定2 2、X X射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定（

14、1 1）方法一）方法一 如果觀察到有幾個(gè)，而其正弦又成整倍數(shù)的關(guān)系，就可以認(rèn)出對(duì)應(yīng)于各個(gè)的n值了。又如果我們使角度從零逐漸增加，對(duì)某一波長(zhǎng)說，第一次出現(xiàn)譜線的那個(gè)就對(duì)應(yīng)于n等于1。一束射線往往不止一種波長(zhǎng)，所以晶體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相片上可以記錄下幾種波長(zhǎng)的譜線。從它們的位置計(jì)算出相應(yīng)的角，從而可以算出波長(zhǎng)算出波長(zhǎng)。 第八章第八章 X射線射線13原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量三、三、X X射線波長(zhǎng)的測(cè)定射線波長(zhǎng)的測(cè)定2 2、X X射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定（1 1）方法一）方法一 相片上譜線的深淺在適當(dāng)?shù)穆豆夥秶鷥?nèi)與射線的強(qiáng)度

15、有線性關(guān)系，因此用相片也可以測(cè)得射線的相對(duì)強(qiáng)度相對(duì)強(qiáng)度。第八章第八章 X射線射線14原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量三、三、X X射線波長(zhǎng)的測(cè)定射線波長(zhǎng)的測(cè)定2 2、X X射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定（1 1）方法一）方法一 相片上譜線的深淺在適當(dāng)?shù)穆豆夥秶鷥?nèi)與射線的強(qiáng)度有線性關(guān)系，因此用相片也可以測(cè)得射線的相對(duì)強(qiáng)度相對(duì)強(qiáng)度。第八章第八章 X射線射線15原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量三、三、X X射線波長(zhǎng)的測(cè)定射線波長(zhǎng)的測(cè)定2 2、X X射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定

16、射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定（2 2）方法二）方法二 用電離室代替相片作用電離室代替相片作為記錄器。儀器裝置的大為記錄器。儀器裝置的大意如圖意如圖8.58.5所示，這可以稱所示，這可以稱做做X X射線測(cè)譜計(jì)。射線測(cè)譜計(jì)。 第八章第八章 X射線射線16原子物理學(xué) 8.1 X 8.1 X射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量射線的產(chǎn)生及其波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)量三、三、X X射線波長(zhǎng)的測(cè)定射線波長(zhǎng)的測(cè)定2 2、X X射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度的測(cè)定（2 2）方法二）方法二 當(dāng)達(dá)到某一角度時(shí)，電離電流會(huì)突然增強(qiáng)，那就表示這當(dāng)達(dá)到某一角度時(shí)，電離電流會(huì)突然增強(qiáng)，那就表示這時(shí)進(jìn)入電離室的射線特別強(qiáng)，公式（時(shí)進(jìn)入電離室的

17、射線特別強(qiáng)，公式（1 1）已滿足。把這時(shí)的）已滿足。把這時(shí)的角度代入公式，波長(zhǎng)可以算出。而電流的強(qiáng)度也就代表這個(gè)角度代入公式，波長(zhǎng)可以算出。而電流的強(qiáng)度也就代表這個(gè)波長(zhǎng)的射線的強(qiáng)度。波長(zhǎng)的射線的強(qiáng)度。第八章第八章 X射線射線17原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜 用上節(jié)所說的方法可以把用上節(jié)所說的方法可以把X X 射線譜記錄在相片上，相片射線譜記錄在相片上，相片上譜線的位置相當(dāng)于不同的波長(zhǎng)。圖上譜線的位置相當(dāng)于不同的波長(zhǎng)。圖8.68.6和圖和圖8.88.8是一些例子。是一些例子。 第八章第八章 X射線射線18原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜 X

18、 X射線譜是兩部分構(gòu)成的，一部分是波長(zhǎng)連續(xù)變化的，射線譜是兩部分構(gòu)成的，一部分是波長(zhǎng)連續(xù)變化的，稱為稱為連續(xù)譜連續(xù)譜；另一部分是具有各別波長(zhǎng)的；另一部分是具有各別波長(zhǎng)的線狀譜線狀譜，這又稱為，這又稱為標(biāo)識(shí)譜標(biāo)識(shí)譜，標(biāo)識(shí)譜重疊在連續(xù)譜上。在相片上如果露光時(shí)間不，標(biāo)識(shí)譜重疊在連續(xù)譜上。在相片上如果露光時(shí)間不夠，連續(xù)譜有時(shí)不明顯；如果加長(zhǎng)露光時(shí)間，也可以照出連夠，連續(xù)譜有時(shí)不明顯；如果加長(zhǎng)露光時(shí)間，也可以照出連續(xù)譜。續(xù)譜。 第八章第八章 X射線射線19原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜一、連續(xù)譜一、連續(xù)譜 圖8.7 中顯示連續(xù)譜有一個(gè)最短波長(zhǎng)。最短波長(zhǎng)的數(shù)值同射線管上所加電壓

19、V有下列關(guān)系：即 （1）這里是相當(dāng)于最短波長(zhǎng)的頻率，也就是最高頻率。第八章第八章 X射線射線0hcVe0hVe20原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜一、連續(xù)譜一、連續(xù)譜 第八章第八章 X射線射線21原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜一、連續(xù)譜一、連續(xù)譜 第八章第八章 X射線射線22原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜一、連續(xù)譜一、連續(xù)譜 連續(xù)譜是電子在靶上被減速而產(chǎn)生的連續(xù)譜是電子在靶上被減速而產(chǎn)生的。高速電子到了靶。高速電子到了靶上，受靶中原子核的庫侖場(chǎng)的作用而速度驟減，電子的動(dòng)能上，受靶中原子核的庫侖場(chǎng)的作用而速度驟減，

20、電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)成輻射能，就有射線放出，這樣的輻射稱為軔致輻射。轉(zhuǎn)成輻射能，就有射線放出，這樣的輻射稱為軔致輻射。 第八章第八章 X射線射線23原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜一、連續(xù)譜一、連續(xù)譜 第八章第八章 X射線射線24原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）1 1、標(biāo)識(shí)譜、標(biāo)識(shí)譜 標(biāo)識(shí)譜是線狀譜標(biāo)識(shí)譜是線狀譜，由具有各別，由具有各別波長(zhǎng)的譜線構(gòu)成。譜線的波長(zhǎng)決定波長(zhǎng)的譜線構(gòu)成。譜線的波長(zhǎng)決定于靶子的材料。每一種元素有一套于靶子的材料。每一種元素有一套一定波長(zhǎng)的射線譜，成為這元素的一定波長(zhǎng)的射線譜，成為這元素

21、的標(biāo)識(shí)，所以稱為標(biāo)識(shí)譜。各元素的標(biāo)識(shí)，所以稱為標(biāo)識(shí)譜。各元素的標(biāo)識(shí)譜有相似的結(jié)構(gòu)，清楚地分為標(biāo)識(shí)譜有相似的結(jié)構(gòu)，清楚地分為幾個(gè)線系。如圖幾個(gè)線系。如圖8.78.7所示。所示。 第八章第八章 X射線射線25原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）1 1、標(biāo)識(shí)譜、標(biāo)識(shí)譜 第八章第八章 X射線射線26原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）2 2、莫塞萊定律、莫塞萊定律 莫塞萊研究了一系列元素的莫塞萊研究了一系列元素的K K線系，發(fā)現(xiàn)各元素的線系，發(fā)現(xiàn)各元素的K K線系線系有相似的結(jié)構(gòu)

22、，只是波長(zhǎng)不同。如果把各元素的射線譜的相有相似的結(jié)構(gòu)，只是波長(zhǎng)不同。如果把各元素的射線譜的相片按原子序數(shù)的次序上下排列起來，把相同波長(zhǎng)的位置上下片按原子序數(shù)的次序上下排列起來，把相同波長(zhǎng)的位置上下對(duì)齊，就會(huì)看到譜系依次位移，如圖對(duì)齊，就會(huì)看到譜系依次位移，如圖8.88.8所示。所示。 第八章第八章 X射線射線27原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）2 2、莫塞萊定律、莫塞萊定律 第八章第八章 X射線射線28原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）2 2、莫塞萊定律、莫塞萊定律

23、 第八章第八章 X射線射線29原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）3 3、標(biāo)識(shí)譜的特性、標(biāo)識(shí)譜的特性（1 1）各種元素的標(biāo)識(shí)譜有相似的結(jié)構(gòu)，不同于可見光的光）各種元素的標(biāo)識(shí)譜有相似的結(jié)構(gòu)，不同于可見光的光譜彼此相差可以很大。譜彼此相差可以很大。（2 2）按原子序數(shù)的次序比較各元素的標(biāo)識(shí)譜，譜線的波長(zhǎng)）按原子序數(shù)的次序比較各元素的標(biāo)識(shí)譜，譜線的波長(zhǎng)依次變動(dòng)，如上文所敘述，看不出有周期性的變化。依次變動(dòng)，如上文所敘述，看不出有周期性的變化。（3 3）K K線系甚至線系甚至L L線系的結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分無關(guān)。例如用兩種線系的結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分無關(guān)

24、。例如用兩種銅的化合物做成的靶子所發(fā)銅的銅的化合物做成的靶子所發(fā)銅的K K線系是相同的。線系是相同的。（4 4）X X射線管上需要加幾萬伏特的電壓才能激發(fā)出某些線系。射線管上需要加幾萬伏特的電壓才能激發(fā)出某些線系。X X射線的光子能量比可見光的光子能量大得多。射線的光子能量比可見光的光子能量大得多。 第八章第八章 X射線射線30原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）4 4、關(guān)于標(biāo)識(shí)譜的結(jié)論、關(guān)于標(biāo)識(shí)譜的結(jié)論 X X射線的標(biāo)識(shí)譜是靶子中的原子發(fā)出的。從它不顯示周射線的標(biāo)識(shí)譜是靶子中的原子發(fā)出的。從它不顯示周期性的變化，同化學(xué)成分無關(guān)和光

25、子能量很大來看，可以知期性的變化，同化學(xué)成分無關(guān)和光子能量很大來看，可以知道這是原子內(nèi)層電子躍遷所發(fā)的。各元素原子的內(nèi)層電子填道這是原子內(nèi)層電子躍遷所發(fā)的。各元素原子的內(nèi)層電子填滿后，殼層的結(jié)構(gòu)是相同的，所不同的只是對(duì)應(yīng)于各層的能滿后，殼層的結(jié)構(gòu)是相同的，所不同的只是對(duì)應(yīng)于各層的能量的數(shù)值。周期性的變化和化學(xué)性質(zhì)是外層電子的問題。量的數(shù)值。周期性的變化和化學(xué)性質(zhì)是外層電子的問題。X X射線標(biāo)識(shí)譜既不顯出這些情況，足見是內(nèi)層電子所發(fā)的。射線標(biāo)識(shí)譜既不顯出這些情況，足見是內(nèi)層電子所發(fā)的。 第八章第八章 X射線射線31原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）二、

26、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）第八章第八章 X射線射線32原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜）二、標(biāo)識(shí)譜（線狀譜） 標(biāo)識(shí)譜反映了原子內(nèi)層結(jié)構(gòu)的情況。譜線的波長(zhǎng)代表能級(jí)的間隔，譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)顯示能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。所以X射線標(biāo)識(shí)譜對(duì)研究原子結(jié)構(gòu)問題有重要意義。第八章第八章 X射線射線33原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜第八章第八章 X射線射線34原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜第八章第八章 X射線射線35原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜第八章第八章 X射線射線36原子物理學(xué) 8.2 X 8.2

27、X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜第八章第八章 X射線射線37原子物理學(xué) 8.2 X 8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜第八章第八章 X射線射線38原子物理學(xué)第八章第八章 X射線射線39原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí) X射線標(biāo)識(shí)譜來源于原子內(nèi)層電子的躍遷，但內(nèi)層電子是填滿的。根據(jù)泡利原理，不可能再加電子。例如第一層只能最多有兩個(gè)電子，不可能有第三個(gè)，要有躍遷必須先有電子空位。要電子躍遷到n=1那一層，必須先使那一層有一個(gè)空位。產(chǎn)生K線系的條件是最內(nèi)層（n=1)有空位，產(chǎn)生L線系的條件是第二層（n=2)有空位。第八章第八章 X射線射線40原子物理學(xué) 8.3 8

28、.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí) 產(chǎn)生電子空位可以由高速電子對(duì)原子的非彈性碰撞實(shí)現(xiàn)，也可以由吸收能量足夠高的光子來實(shí)現(xiàn)。前一方法把要研究的材料裝在X射線管的靶上，使它發(fā)出射線，這是一般產(chǎn)生X射線的方法；后一方法把要研究的材料放在從另一個(gè)射線管發(fā)出的射線的路徑中，使它吸收射線而發(fā)射次級(jí)射線，次級(jí)射線一般比較弱。第八章第八章 X射線射線41原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí) 如果要產(chǎn)生X射線標(biāo)識(shí)譜，就需要把原子內(nèi)層電子電離出去，使原子處在電離態(tài)。把各層電子電離出去所需的能量是不同的，最內(nèi)層電子在原子中的能量最低，第二層的高一些，第三層的更

29、高一些，以此類推。所以要使最內(nèi)層的電子電離，需要供給原子的能量最大，其次是第二層，再次是第三層。因此最內(nèi)層一個(gè)電子電離后的電離態(tài)的能級(jí)同中性原子的基態(tài)比較是最高的。其次是第二層一個(gè)電子電離的狀態(tài)的能級(jí)，以此類推。圖8.10是一個(gè)例子，這是鎘原子的電離態(tài)的能級(jí)。第八章第八章 X射線射線42原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí)第八章第八章 X射線射線43原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí) 在X射線的術(shù)語中把n等于1、2、3、 各層分別稱做K、L、M、N、O層，各層的電子稱做K電子等等。在圖8.10中，左邊注的K、L 等符

30、號(hào)指的是各該層有一個(gè)電子電離后的能級(jí)，左邊的數(shù)字表示鎘的各電離態(tài)能級(jí)相對(duì)于基態(tài)的高度，這是以厘米-1為單位的，乘以hc的值就等于以爾格為單位的數(shù)值。注意L級(jí)距離基態(tài)差不多只有K能級(jí)距離基態(tài)的十分之一，M級(jí)差不多只有K 級(jí)的百分之一，N級(jí)差不多只有K級(jí)的千分之一。圖上能級(jí)的間隔不是按比例畫的。第八章第八章 X射線射線44原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí) 第八章第八章 X射線射線45原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí) 在圖的右邊注明了各殼層剩下的各類電子數(shù)和形成的原子態(tài)。滿殼層的軌道角動(dòng)量、自旋角動(dòng)量以及總角動(dòng)量都等

31、于零。缺少一個(gè)電子的那個(gè)殼層別等于一個(gè)電子的這三種角動(dòng)量，只是方向相反，這樣和一個(gè)電子組合在一起，才能使這三種角動(dòng)量等于零。由此可知，滿殼層缺少了一個(gè)電子形成的原子態(tài)就同具有一個(gè)電子的原子態(tài)相同了。 其他原子，如果完整殼層發(fā)生電離，也會(huì)有相似的能級(jí)，只是能級(jí)的數(shù)值不同。最外層電子的情況當(dāng)然各個(gè)原子是不同的。 第八章第八章 X射線射線46原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí) 第八章第八章 X射線射線47原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí) 各種原子的X射線能級(jí)可以通過觀察這些原子對(duì)X射線的吸收直接測(cè)定，所得結(jié)果可以和發(fā)射

32、譜的數(shù)據(jù)互相參證。關(guān)于怎樣通過吸收的觀察測(cè)定能級(jí)將在下一節(jié)論述。 代表X射線能級(jí)的理論公式先由索末斐按軌道理論推得，后來戈登用量子力學(xué)方法也獲得同樣的結(jié)論。下面所列是他們推得對(duì)應(yīng)于各能級(jí)的譜項(xiàng)公式：第八章第八章 X射線射線48原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí) 第八章第八章 X射線射線49原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí) 第八章第八章 X射線射線50原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí) 第八章第八章 X射線射線51原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有

33、關(guān)的原子能級(jí) 第八章第八章 X射線射線52原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí) 第八章第八章 X射線射線53原子物理學(xué) 8.3 8.3 同同X X射線有關(guān)的原子能級(jí)射線有關(guān)的原子能級(jí) 第八章第八章 X射線射線54原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收第八章第八章 X射線射線55原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收第八章第八章 X射線射線56原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收第八章第八章 X射線射線57原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收 一、吸收和散射一、吸收和散射第八章第八章 X射線

34、射線58原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收一、吸收和散射一、吸收和散射第八章第八章 X射線射線59原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收一、吸收和散射一、吸收和散射第八章第八章 X射線射線60原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收二、吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及吸收物的原子序數(shù)的關(guān)系二、吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及吸收物的原子序數(shù)的關(guān)系 第八章第八章 X射線射線61原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收二、吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及吸收物的原子序數(shù)的關(guān)系二、吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及吸收物的原子序數(shù)的關(guān)系 如果測(cè)出某一種物如果測(cè)出某一種物體對(duì)不同波長(zhǎng)的射線的體對(duì)不同波長(zhǎng)

35、的射線的質(zhì)量吸收系數(shù)，并把它質(zhì)量吸收系數(shù)，并把它對(duì)波長(zhǎng)作標(biāo)繪，就會(huì)得對(duì)波長(zhǎng)作標(biāo)繪，就會(huì)得到如圖到如圖8.118.11所示那樣的所示那樣的曲線。曲線。第八章第八章 X射線射線62原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收二、吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及吸收物的原子序數(shù)的關(guān)系二、吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及吸收物的原子序數(shù)的關(guān)系 圖8.11表示鉛的質(zhì)量吸收系數(shù)隨波長(zhǎng)的變化。這里可以看到：（1）吸收系數(shù)一般隨波長(zhǎng)的減小而降低，即波長(zhǎng)較短的射線的貫穿本領(lǐng)高；（2）波長(zhǎng)減到某一數(shù)值，吸收系數(shù)突然增加，這些吸收突然增加處稱為吸收限。第八章第八章 X射線射線63原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收二、

36、吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及吸收物的原子序數(shù)的關(guān)系二、吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及吸收物的原子序數(shù)的關(guān)系 第八章第八章 X射線射線64原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收二、吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及吸收物的原子序數(shù)的關(guān)系二、吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及吸收物的原子序數(shù)的關(guān)系 第八章第八章 X射線射線65原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收二、吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及吸收物的原子序數(shù)的關(guān)系二、吸收系數(shù)與波長(zhǎng)及吸收物的原子序數(shù)的關(guān)系 第八章第八章 X射線射線66原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收三、三、X X射線吸收過程的應(yīng)用射線吸收過程的應(yīng)用 X X射線有高貫穿本，可用于透視如果使射線經(jīng)過一

37、個(gè)物射線有高貫穿本，可用于透視如果使射線經(jīng)過一個(gè)物體，再照射在熒光板或照相底片上，則由于射線被物體各部體，再照射在熒光板或照相底片上，則由于射線被物體各部分吸收的程度不同，射到熒光板上就會(huì)產(chǎn)生明暗的差別，這分吸收的程度不同，射到熒光板上就會(huì)產(chǎn)生明暗的差別，這樣就顯出物體內(nèi)部的影像。在醫(yī)療及工業(yè)材料和成品的檢驗(yàn)樣就顯出物體內(nèi)部的影像。在醫(yī)療及工業(yè)材料和成品的檢驗(yàn)上用得頗多。根據(jù)（上用得頗多。根據(jù)（7 7）式，波長(zhǎng)愈短，吸收系數(shù)愈小，也）式，波長(zhǎng)愈短，吸收系數(shù)愈小，也就是透射本領(lǐng)高，所以檢查不易透射的物體必須用高電壓。就是透射本領(lǐng)高，所以檢查不易透射的物體必須用高電壓。又原子吸收系數(shù)與又原子吸收系

38、數(shù)與 成正比，每個(gè)鉛、鐵等元素的原子比成正比，每個(gè)鉛、鐵等元素的原子比碳、氫等元素的原子的吸收要大得多。此外，對(duì)同厚度的物碳、氫等元素的原子的吸收要大得多。此外，對(duì)同厚度的物體，吸收也決定于射線穿過的原子數(shù)。這些因素就使物體內(nèi)體，吸收也決定于射線穿過的原子數(shù)。這些因素就使物體內(nèi)部的變化顯現(xiàn)在透視圖像上。部的變化顯現(xiàn)在透視圖像上。第八章第八章 X射線射線4Z67原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收三、三、X X射線吸收過程的應(yīng)用射線吸收過程的應(yīng)用 X射線被生物體吸收后會(huì)對(duì)后者起作用，這可以用來醫(yī)治某些疾病，另外還有其他生物學(xué)上的用處。但是，人體受X射線的照射是有損害的，波長(zhǎng)較長(zhǎng)

39、的射線容易被吸收，因此對(duì)生物體的影響更大。在這方面工作的人員應(yīng)注意防護(hù)。 第八章第八章 X射線射線68原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收四、吸收限與原子能級(jí)四、吸收限與原子能級(jí) 波長(zhǎng)越短，光子的能量越大。圖8.11和8.12中顯示波長(zhǎng)減到某些數(shù)值時(shí)吸收突然增加。這些吸收限表示射線的光子能量已經(jīng)大到一個(gè)數(shù)值，足以使吸收物的原子吸收它時(shí)能夠產(chǎn)生電離了。圖中的K吸收限表示光子的能量已經(jīng)大到足以使一個(gè)1s電子電離， 吸收限表示能量足以使一個(gè)2s電子電離， 和 表示能量足以使一個(gè)2p電子電離。所以各吸收各吸收限分別代表原子各殼層有一個(gè)電子電離時(shí)需要吸收的能量限分別代表原子各殼層有一個(gè)

40、電子電離時(shí)需要吸收的能量。 第八章第八章 X射線射線ILIILIIIL69原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收四、吸收限與原子能級(jí)四、吸收限與原子能級(jí) 第八章第八章 X射線射線70原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收 從以上關(guān)于從以上關(guān)于X X射線標(biāo)識(shí)譜和吸收限的討論，可射線標(biāo)識(shí)譜和吸收限的討論，可以看到原子中的電子確是分成殼層的。從以看到原子中的電子確是分成殼層的。從X X射線的射線的觀測(cè)，可以把這些殼層的能量求出來，這是研究觀測(cè)，可以把這些殼層的能量求出來，這是研究原子內(nèi)層結(jié)構(gòu)的很好的途徑。原子內(nèi)層結(jié)構(gòu)的很好的途徑。 第八章第八章 X射線射線71原子物理

41、學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收 第八章第八章 X射線射線72原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收 第八章第八章 X射線射線73原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收 第八章第八章 X射線射線74原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收 第八章第八章 X射線射線75原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收 第八章第八章 X射線射線76原子物理學(xué) 8.4 X 8.4 X射線的吸收射線的吸收 作業(yè)：作業(yè)：P249 6第八章第八章 X射線射線77原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)一、康普頓效應(yīng)一、康普頓效應(yīng) 上

42、節(jié)討論到上節(jié)討論到X X射線通過物質(zhì)時(shí)逐漸減弱是由于兩種過程：射線通過物質(zhì)時(shí)逐漸減弱是由于兩種過程：吸收和散射。對(duì)吸收的問題上節(jié)已經(jīng)加以論述。對(duì)散射早吸收和散射。對(duì)吸收的問題上節(jié)已經(jīng)加以論述。對(duì)散射早年也有好些人進(jìn)行過研究?？灯疹D研究發(fā)現(xiàn)，年也有好些人進(jìn)行過研究?？灯疹D研究發(fā)現(xiàn)，X X射線被散射射線被散射后，除波長(zhǎng)不改變的部分外，還有波長(zhǎng)變長(zhǎng)的部分出現(xiàn)，后，除波長(zhǎng)不改變的部分外，還有波長(zhǎng)變長(zhǎng)的部分出現(xiàn)，這現(xiàn)象稱作康普頓效應(yīng)。它是康普頓在這現(xiàn)象稱作康普頓效應(yīng)。它是康普頓在19221922年到年到19231923年間年間首次觀察到并提出理論解釋的。首次觀察到并提出理論解釋的。第八章第八章 X射線射

43、線78原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)二、康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)二、康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)1 1、裝置、裝置 康普頓的實(shí)驗(yàn)裝置如圖康普頓的實(shí)驗(yàn)裝置如圖8.138.13所示。當(dāng)時(shí)用鉬所制的靶所示。當(dāng)時(shí)用鉬所制的靶T T所發(fā)的射線被一塊石墨所發(fā)的射線被一塊石墨R R散射，散射出來的射線經(jīng)窄縫達(dá)散射，散射出來的射線經(jīng)窄縫達(dá)到測(cè)量器的晶體上。這樣就可以到測(cè)量器的晶體上。這樣就可以按照以前所說的方法測(cè)量散射射按照以前所說的方法測(cè)量散射射線的波長(zhǎng)。在不同散射角測(cè)得散線的波長(zhǎng)。在不同散射角測(cè)得散射射線的波長(zhǎng)，如圖射射線的波長(zhǎng)，如圖8.148.14所示，所示，這是用電離室所測(cè)的結(jié)果。這是用電離室所測(cè)的結(jié)果。第

44、八章第八章 X射線射線79原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)二、康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)二、康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)2 2、現(xiàn)象、現(xiàn)象 圖圖8.148.14中顯示除原有鉬的中顯示除原有鉬的 線外，線外，還有波長(zhǎng)變長(zhǎng)的另一條線。波長(zhǎng)改變還有波長(zhǎng)變長(zhǎng)的另一條線。波長(zhǎng)改變的數(shù)值與散射角有關(guān)，隨角度的增加的數(shù)值與散射角有關(guān)，隨角度的增加而增加，而且隨著散射角的增大。新而增加，而且隨著散射角的增大。新譜線增強(qiáng)，原譜線減弱。譜線增強(qiáng)，原譜線減弱。 第八章第八章 X射線射線K80原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)二、康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)二、康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)2 2、現(xiàn)象、現(xiàn)象吳有訓(xùn)在吳有訓(xùn)在192519261

45、9251926年曾觀察銀的年曾觀察銀的 線在同一散射角被一線在同一散射角被一系列元素散射的情況，圖系列元素散射的情況，圖8.158.15是觀察的結(jié)果。這里可以看是觀察的結(jié)果。這里可以看到，新譜線的移動(dòng)與散射物的性質(zhì)無關(guān)，當(dāng)散射物的原子到，新譜線的移動(dòng)與散射物的性質(zhì)無關(guān)，當(dāng)散射物的原子序數(shù)增加時(shí)，原譜線的強(qiáng)度增加，移動(dòng)的新譜線的強(qiáng)度減序數(shù)增加時(shí)，原譜線的強(qiáng)度增加，移動(dòng)的新譜線的強(qiáng)度減低。低。 第八章第八章 X射線射線K81原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)二、康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)二、康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)2 2、現(xiàn)象、現(xiàn)象第八章第八章 X射線射線82原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效

46、應(yīng)三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋第八章第八章 X射線射線83原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋第八章第八章 X射線射線84原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋第八章第八章 X射線射線85原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋第八章第八章 X射線射線86原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋第八章第八章 X射線射線87原子物

47、理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋 現(xiàn)在還要說明一下實(shí)驗(yàn)結(jié)果的現(xiàn)在還要說明一下實(shí)驗(yàn)結(jié)果的某些情況某些情況。按照上述理。按照上述理論，在一定散射角上波長(zhǎng)的改變是一定的，而實(shí)際觀察到論，在一定散射角上波長(zhǎng)的改變是一定的，而實(shí)際觀察到那波長(zhǎng)改變了的譜線有一個(gè)較寬的強(qiáng)度分布，不是恰好等那波長(zhǎng)改變了的譜線有一個(gè)較寬的強(qiáng)度分布，不是恰好等于（于（5 5）式的數(shù)值，只是最高峰落在那式的數(shù)值上。這是因）式的數(shù)值，只是最高峰落在那式的數(shù)值上。這是因?yàn)殡娮訉?shí)際在碰撞前不是靜止的，它在原子中運(yùn)動(dòng)著。只為電子實(shí)際在碰撞前不是靜止的，它在原子中運(yùn)動(dòng)著。只是在原

48、子序數(shù)較低的原子中，電子的速度比碰后的速度要是在原子序數(shù)較低的原子中，電子的速度比碰后的速度要小得多，所以理論公式的推導(dǎo)中把它近似地作為零。這樣，小得多，所以理論公式的推導(dǎo)中把它近似地作為零。這樣，實(shí)際的波長(zhǎng)改變就分布在理論值的附近了。實(shí)際的波長(zhǎng)改變就分布在理論值的附近了。 第八章第八章 X射線射線88原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋三、康普頓對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋另一個(gè)情況另一個(gè)情況是，隨著原子序數(shù)的增加，波長(zhǎng)改變的那譜線的強(qiáng)度逐漸減弱，而波長(zhǎng)不變的那譜線的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。這是因?yàn)樵有驍?shù)愈高，原子中有更多的電子和原子核有較強(qiáng)的結(jié)合，可以近似地看作自由電子只

49、是最外層的幾個(gè)，在電子的總數(shù)中相對(duì)地減少了。光子同結(jié)合強(qiáng)固的電子碰撞就等同于同質(zhì)量很大的原子碰撞，波長(zhǎng)即便有改變也是很微小的，不能觀察出來，所以波長(zhǎng)不變的譜線強(qiáng)度隨原子序數(shù)而增加。由于近似自由電子的數(shù)目相對(duì)地減少，所以波長(zhǎng)改變的譜線隨原子序數(shù)增加而減弱。第八章第八章 X射線射線89原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)在康普頓散射中，光子損失一部分能量。這是能量較高的在康普頓散射中，光子損失一部分能量。這是能量較高的光子通過物質(zhì)時(shí)能量損失的重要方式之一。當(dāng)光子的能量光子通過物質(zhì)時(shí)能量損失的重要方式之一。當(dāng)光子的能量低時(shí)，通過物質(zhì)時(shí)能量的損失主要是電離吸收，正如上節(jié)低時(shí)，通過物質(zhì)時(shí)能量

50、的損失主要是電離吸收，正如上節(jié)所討論的。但電離吸收隨波長(zhǎng)減小而急劇下降。對(duì)能量較所討論的。但電離吸收隨波長(zhǎng)減小而急劇下降。對(duì)能量較高的光子，電離吸收的能量損失成為次要的，而康普頓散高的光子，電離吸收的能量損失成為次要的，而康普頓散射的能量損失成為主要的。這不僅發(fā)生在短波的射的能量損失成為主要的。這不僅發(fā)生在短波的X X射線上，射線上，也發(fā)生在更短波長(zhǎng)的也發(fā)生在更短波長(zhǎng)的射線上，因而具有較廣泛的意義。射線上，因而具有較廣泛的意義。在原子核物理和高能粒子物理中會(huì)遇到這個(gè)問題。這個(gè)效在原子核物理和高能粒子物理中會(huì)遇到這個(gè)問題。這個(gè)效應(yīng)也一直被認(rèn)為是光的微粒性的有力證據(jù)之一。應(yīng)也一直被認(rèn)為是光的微粒性

51、的有力證據(jù)之一。第八章第八章 X射線射線90原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)第八章第八章 X射線射線91原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)第八章第八章 X射線射線92原子物理學(xué) 8.5 8.5 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)第八章第八章 X射線射線93原子物理學(xué) 8.6 X 8.6 X射線在晶體中的衍射射線在晶體中的衍射 在本章第一節(jié)我們討論了怎樣利用在本章第一節(jié)我們討論了怎樣利用X X射線在晶體中的衍射線在晶體中的衍射來測(cè)量射線的波長(zhǎng)。目的只是要說明一個(gè)測(cè)量的方法，射來測(cè)量射線的波長(zhǎng)。目的只是要說明一個(gè)測(cè)量的方法，所以只提到射線在一組晶面上衍射的情況。對(duì)布喇格公式所以只提

52、到射線在一組晶面上衍射的情況。對(duì)布喇格公式只作了簡(jiǎn)單的說明。本節(jié)將對(duì)只作了簡(jiǎn)單的說明。本節(jié)將對(duì)X X射線在晶體中的衍射作較詳射線在晶體中的衍射作較詳細(xì)的討論。細(xì)的討論。 第八章第八章 X射線射線94原子物理學(xué) 8.6 X 8.6 X射線在晶體中的衍射射線在晶體中的衍射一、射線在晶體中的衍射公式一、射線在晶體中的衍射公式 晶體是原子有規(guī)則地排列起來的結(jié)構(gòu)，這種有規(guī)則的排晶體是原子有規(guī)則地排列起來的結(jié)構(gòu)，這種有規(guī)則的排列沿各方向是作等間隔的重復(fù)的列沿各方向是作等間隔的重復(fù)的。一個(gè)晶體可以看作是基本。一個(gè)晶體可以看作是基本單元連接起來的。一般說，晶體的基本單元總可以用一個(gè)平單元連接起來的。一般說，晶

53、體的基本單元總可以用一個(gè)平行六面體代表。行六面體代表。 在在8.18.1節(jié)說到原子在晶體中的有規(guī)則排列構(gòu)成很多組不同節(jié)說到原子在晶體中的有規(guī)則排列構(gòu)成很多組不同方向的平行面。如果把一束方向的平行面。如果把一束X X射線射入晶體，在每一組平行面射線射入晶體，在每一組平行面上只要有滿足布喇格公式的波長(zhǎng)，都能發(fā)出與入射射線對(duì)平上只要有滿足布喇格公式的波長(zhǎng)，都能發(fā)出與入射射線對(duì)平面作等角的射線。這樣，如果一束入射射線是由很多不同波面作等角的射線。這樣，如果一束入射射線是由很多不同波長(zhǎng)的射線組成的，就有很多束射線從晶體向不同方向射出。長(zhǎng)的射線組成的，就有很多束射線從晶體向不同方向射出。 第八章第八章 X

54、射線射線95原子物理學(xué) 8.6 X 8.6 X射線在晶體中的衍射射線在晶體中的衍射一、射線在晶體中的衍射公式一、射線在晶體中的衍射公式晶體對(duì)晶體對(duì)X X射線起了立體光柵的作用。如圖射線起了立體光柵的作用。如圖8.178.17所示。所示。利用圖利用圖8.178.17及相關(guān)理論進(jìn)行推導(dǎo)可得（及相關(guān)理論進(jìn)行推導(dǎo)可得（P242-245P242-245） （1111）式中的式中的d d是與射線成等角的一組是與射線成等角的一組平面之間的距離，這式子正是平面之間的距離，這式子正是布喇格公式。布喇格公式。第八章第八章 X射線射線2 sinnd96原子物理學(xué) 8.6 X 8.6 X射線在晶體中的衍射射線在晶體中的衍射二、密勒指數(shù)二、密勒指數(shù) 從上面的推導(dǎo)可以知道，如果射線經(jīng)衍射向某一方向從上面的推導(dǎo)可以知道，如果射線經(jīng)衍射向某一方向射出，就一定有與射出射線對(duì)射出，就一定有與射出射線對(duì)應(yīng)的