第六章：X射线 原子物理学教学课件
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原子物理学教学课件6
( 二. ) 标识谱（1906年首次发现） 1. 产生条件: 当电子的能量超过某一阈值(如加速电压 高于几十千伏,使内壳层电子电离)时,除有连续谱外,还 在连续谱的背景上迭加一些线状谱。参见p.225图8.7中的虚 线。 2. 特 征: 线状谱的位置和结构与阳极材料相关, 不同元素的阳极材料发射的线状光谱 虽有相似结构,但波长不同,按原子序数顺 序排列时,波长依次变化,不显示周期性变 化。 每种元素都有一 特定波长的线状光谱,这 种特定的X射线谱成为该元素的标识。
A
a
N
A
a CZ
4
3
小,则吸收小,贯穿能力强; Z大则吸收强
3. X射线波长的测定
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,如图28.6
:eU=mev2/2 =hν+靶内能,
hνmax = hc/λmin = eU,
故当加速电压U增高时λmin=λ0减小。 电子速 度骤减
离子
轫致辐射
X光子
轫致辐射示意图 （轫：1.刹车减速; 2.阻碍车轮转动的木头）
由能量守恒: eU = mev2/2 = hc/ + 令 eU =h = hc/
0 0
0
(a)
0 0
(b)
0 0
20
40
(a) Eu(DBM)3Phen－PMMA的广角X－射线衍射图 (b) Eu(DBM)3Phen的X－射线衍射图
粒子性- 康普顿效应(1927诺贝尔奖)
原子物理第六章x射线教材
《原子物理学》(Atomic Physics)
第六章 X射线
这种射线具有几个特点：
它具有很强的穿透性，能透过纸板、薄铝板和人体等
它以直线传播，不因电磁场作用而偏转 它能使照相底片感光，使气体电离
这个发现成为19世纪90年代物理学上的三大 发现之一。1901年，伦琴因为发现X射线成为了 诺贝尔物理学奖的第一个获得者。
《原子物理学》(Atomic Physics)
第六章 X射线
第六章 X射线
《原子物理学》(Atomic Physics)
第六章 X射线
主要内容：
1、X射线的发现及其特性 2、X射线的产生机制 3、康普顿散射 4、X射线的吸收
《原子物理学》(Atomic Physics)
第六章 X射线
重 点：
1、X射线的产生机制 2、康普顿散射
第六章 X射线
劳厄相
1912年，弗里德里克 和厄平在劳厄的建议下， 做了X射线对单晶的衍射 实验。得到了劳厄相片。
单晶，连续波长入射
德拜相
利用单色X射线入射多晶粉末
《原子物理学》(Atomic Physics)
第六章 X射线
布拉格（Bragg）公式
图中所示的两条射线， 它们经过晶体衍射后的路径 会不同，两条路径的长度差 为 2d sin ，
X射线的本质和光一样，是一种电磁波，但它的波长 比可见光短得多。因此它也具有反射、折射、干涉、衍射、 偏振等波动的特性。 晶体由原子的规则排列构成，晶体中两个相邻原子的 间隔约为0.1nm的数量级，这与X射线波长数量级相同， 因此，晶体对X射线来说可以作为天然的光栅。
《原子物理学》(Atomic Physics)
《原子物理学》(Atomic Physics)
原子物理第6章PPT 杨福家
1 1 3 EK hRc( Z 1) 2 2 2 13.6 ( Z 1) 2 eV 2 4 1
(6.2—7)
表内层跃迁 （n=2到n=1） 13.6 eV 是 里 德 伯 常量相应的能量；
跃迁的电子受到 Z-1 个正电荷的作用
Kx光谱的机理 Kx系光谱是n≥2的壳层的电子向n=1壳层跃迁的结果。
第十九章 量子物理
第十九章 量子物理 6.2.6同步辐射：产生X射线的新手段(自学) 1947年发现 拓宽了Ｘ射线衍射的研究范围， 动态研究
安徽合肥中国科技大学国家 同步辐射实验室, 我国第一台 以真空紫外和软X射线为主的 专用同步辐射光源。其主体设 备是一台能量为800MeV、平 均流强为100~300mA的电子储 存环，用一台能量200MeV的 电子直线加速器作注入器。来 自储存环弯铁和扭摆磁铁的同 步辐射特征波长分别为2.4nm 和0.5nm。 /zh_CN/index.asp
第十九章 量子物理
6.1.2 产生装置： X射线管 X射线管的工作原理
第十九章 量子物理
管内有两个电极。由旁热式加热的阴极发射的电子在电场作 用下就几乎无阻挡地飞向阳极。电子打在阳极上就产生 X射 线。 在两极之间加高电压，使电子加速。调节此电压，可以改变 轰击阳极的电子的能量。
X射线管的工作原理演示
6.2.2
连续谱的由来——轫致辐射
第十九章 量子物理
轫致射辐又称刹车辐射
连续谱是电子在靶上被减速而产生的； 高速的带电粒子与原子（原子核）相碰撞，发生骤然减速时， 电子的动能转成辐射能，就有射线放出,由此伴随产生的辐射称 之为轫致射辐。
轫致辐射产生连续谱的原理
原理：不同电子进入靶内达到不同的深度，能量的损失可以有 各种数值，因此这部分射线的波长是连续变化的。 电子损失的动能全部转化为辐射能。
(6.2—7)
表内层跃迁 （n=2到n=1） 13.6 eV 是 里 德 伯 常量相应的能量；
跃迁的电子受到 Z-1 个正电荷的作用
Kx光谱的机理 Kx系光谱是n≥2的壳层的电子向n=1壳层跃迁的结果。
第十九章 量子物理
第十九章 量子物理 6.2.6同步辐射：产生X射线的新手段(自学) 1947年发现 拓宽了Ｘ射线衍射的研究范围， 动态研究
安徽合肥中国科技大学国家 同步辐射实验室, 我国第一台 以真空紫外和软X射线为主的 专用同步辐射光源。其主体设 备是一台能量为800MeV、平 均流强为100~300mA的电子储 存环，用一台能量200MeV的 电子直线加速器作注入器。来 自储存环弯铁和扭摆磁铁的同 步辐射特征波长分别为2.4nm 和0.5nm。 /zh_CN/index.asp
第十九章 量子物理
6.1.2 产生装置： X射线管 X射线管的工作原理
第十九章 量子物理
管内有两个电极。由旁热式加热的阴极发射的电子在电场作 用下就几乎无阻挡地飞向阳极。电子打在阳极上就产生 X射 线。 在两极之间加高电压，使电子加速。调节此电压，可以改变 轰击阳极的电子的能量。
X射线管的工作原理演示
6.2.2
连续谱的由来——轫致辐射
第十九章 量子物理
轫致射辐又称刹车辐射
连续谱是电子在靶上被减速而产生的； 高速的带电粒子与原子（原子核）相碰撞，发生骤然减速时， 电子的动能转成辐射能，就有射线放出,由此伴随产生的辐射称 之为轫致射辐。
轫致辐射产生连续谱的原理
原理：不同电子进入靶内达到不同的深度，能量的损失可以有 各种数值，因此这部分射线的波长是连续变化的。 电子损失的动能全部转化为辐射能。
原子物理学 X射线 (6.1.1)--X射线的发现及其波动性
它表示原子中 K 层有了空穴后产生 K-
X 射线的1概 w率k ，
就是产生俄歇电
一般来说，对轻元素，发射俄 歇电子的概率较大；对重元素， 发射 X 射线的概率较大。
俄歇电子的动能完全取决于元 素的本性，因此，对俄歇电子的 测量也可作为分析元素的手段。
六、电子跃迁诱发原子核激 发
1973 年，日本大阪大学森田正人 从理论上建立了一种新的能量转 移机制：当电子填充空穴时把能 量传递给原子核，使原子核跃迁 到激发态。
轫致辐射的强度反比于入射带电粒子的质 量平方，正比于靶核电荷的平方。
电子
离 子
光子
图 轫致辐射
连续谱的面积随靶核的原子序数增 大而增大，但连续谱的形状与靶子材料 无关。
最小波长 λ( 或最高频率 ν ），其数
值只依赖于外加电压 V, 而与原子序数 Z
无关 。min
hc eV
1.24 V (kV)
标识谱是原子中内层电子的跃 迁产生的。
空穴的存在是产生标识辐射的 先决条件。
1913 年，莫塞莱根据各元素的 X 射线的频率的平方根对原子序数 Z 作图，得到线性关系。纵坐标即 为该元素在周期表中的序数。
X 射线 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
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 射线的能量等于电子从 n ＝ 2 跃迁到 n ＝ 1 层放
如果将 K 线系的波数表示为
原子物理学课件
原子物理学课件第一部分：原子结构原子是物质的基本组成单位，由原子核和电子组成。
原子核位于原子的中心，由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。
电子带负电，围绕原子核运动。
原子的结构可以用波尔模型来描述。
波尔模型认为，电子在原子核周围的运动是量子化的，即电子只能处于特定的能级上。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或发射特定频率的光子。
原子物理学的研究对象包括原子、分子和凝聚态物质等。
原子物理学的研究方法包括实验和理论计算。
实验方法包括光谱学、散射实验和原子碰撞实验等。
理论计算方法包括量子力学、量子场论和统计力学等。
原子物理学的研究对于理解物质的基本性质和结构具有重要意义。
原子物理学的研究成果在许多领域都有应用，如材料科学、化学、生物学和天文学等。
第二部分：量子力学与原子量子力学是描述原子和亚原子粒子的运动和相互作用的物理理论。
在量子力学中，粒子的位置和动量不能同时精确测量，这就是著名的海森堡不确定性原理。
在原子物理学中，量子力学被用来解释电子在原子中的运动。
根据量子力学，电子不是像波尔模型那样在固定的轨道上运动，而是在原子核周围形成概率云。
电子在原子中的能级是量子化的，这意味着电子只能处于特定的能级上。
量子力学在原子物理学中的应用还包括解释原子光谱和原子碰撞现象。
原子光谱是原子发射或吸收光子时产生的光谱线，这些光谱线可以用来确定原子的能级结构。
原子碰撞是指原子之间或原子与其他粒子之间的相互作用，这些相互作用可以导致原子能级的变化。
量子力学是原子物理学的基础，它为我们理解原子的性质和行为提供了重要的理论工具。
量子力学的研究成果不仅对原子物理学的发展具有重要意义，也对其他物理学领域的研究产生了深远的影响。
第三部分：原子物理学的发展与应用原子物理学的发展历程可以追溯到19世纪末20世纪初，当时科学家们开始研究原子的结构和性质。
随着量子力学的发展，原子物理学逐渐成为一门独立的学科。
原子物理学的研究成果在许多领域都有应用，如材料科学、化学、生物学和天文学等。
第6章_X射线物理学基础
内层电子跃迁辐射x射线示意图45balmer线系跨越1个能级跨越2个能级跨越3个能级跨越1个能级跨越2个能级46三产生机理的分析5波长长而强度高在原子系统中各能级能量不同且各能级间能量差也不均布愈靠近原子核的相邻能级间的能量差愈大
1
第六章
X射线物理学基础
第六章 X射线物理学基础
2
第一节 X射线的性质 第二节 X射线的产生与X射线谱 第三节 X射线与物质的相互作用
3. X射线上述特性，成为研究晶体结构、进行元素分析、医 疗透视和工业探伤等方面的有力工具。
第二节 X射线的产生与X射线谱
24
一、X射线产生： 1. X射线：高速运动带电粒子（电子）与某物质相撞击后突 然减速或被阻止，与该物质中内层电子相互作用而产生的。 2. X射线产生条件： 1）产生并发射自由电子（加热W灯丝发射热电子）； 2）在真空中迫使电子作定向的高速运动（加速电子）； 3）在电子运动路经上设障碍，使其突然减速或停止（靶） 据此，就可理解X射线发生器的构造原理了。
2. 威廉· 康拉德· 伦琴（Wilhelm Konrad RÖntgen ）摄于1896年
4
1845年3月27日生于德国莱茵州雷 内普 （Lennep）镇。 1869年获苏黎世大学理学博士学位 1870年回德国维尔茨堡大学工作。 1894年任维尔茨堡大学校长。 1895年11月8日发现了X射线。 1900年任慕尼黑大学物理研究所教 授，主任。 1901年，获首届诺贝尔物理学奖。 1923年2月10日，在慕尼黑去世。
X射线波动性的表现（2）
17
4. 电场矢量E 随传播时间或传播距离变化呈周期性波动， 波振幅为 A（或E0）。 一束沿 y 轴方向传播的波长为λ的X射线波方程为：
1
第六章
X射线物理学基础
第六章 X射线物理学基础
2
第一节 X射线的性质 第二节 X射线的产生与X射线谱 第三节 X射线与物质的相互作用
3. X射线上述特性，成为研究晶体结构、进行元素分析、医 疗透视和工业探伤等方面的有力工具。
第二节 X射线的产生与X射线谱
24
一、X射线产生： 1. X射线：高速运动带电粒子（电子）与某物质相撞击后突 然减速或被阻止，与该物质中内层电子相互作用而产生的。 2. X射线产生条件： 1）产生并发射自由电子（加热W灯丝发射热电子）； 2）在真空中迫使电子作定向的高速运动（加速电子）； 3）在电子运动路经上设障碍，使其突然减速或停止（靶） 据此，就可理解X射线发生器的构造原理了。
2. 威廉· 康拉德· 伦琴（Wilhelm Konrad RÖntgen ）摄于1896年
4
1845年3月27日生于德国莱茵州雷 内普 （Lennep）镇。 1869年获苏黎世大学理学博士学位 1870年回德国维尔茨堡大学工作。 1894年任维尔茨堡大学校长。 1895年11月8日发现了X射线。 1900年任慕尼黑大学物理研究所教 授，主任。 1901年，获首届诺贝尔物理学奖。 1923年2月10日，在慕尼黑去世。
X射线波动性的表现（2）
17
4. 电场矢量E 随传播时间或传播距离变化呈周期性波动， 波振幅为 A（或E0）。 一束沿 y 轴方向传播的波长为λ的X射线波方程为：
原子物理学(X射线)ppt课件
– K系列:谱线: K , K , K , … , – L系列:谱线: L , L , L , … , – M系列:谱线: M , M , M , … , – N系列:谱线: N , N , N , … ,
• K谱线频率莫塞莱经验公式
K 0.2461016(ZK)2H z K1
莫塞莱定律提供了精确测量Z的方法 .
• 康普顿散射的实验装置 • 康普顿散射的实验规律 • 经典考虑 • 量子解释 • 几点讨论 • 康普顿散射与基本测量
.
5.3.1.康普顿散射的实验装置
X 射线在石墨上的散射
X 射线管
晶体
光阑
散射波长
0
j
探
测
器
石墨体 (散射物质. )
X 射线谱仪
.... .. .............................................................................
h
0
n0
h
n
m
v
h0 e j
m0
自由电子(静止)
mv
m c2m oc2h(0-)m oc2hc( 1 0- 1)
(m c2 )2 (m o c2 )2 2 m o c 3 h (1-1) (h c )2 (1-1)2
0
0
(mv)2(h0)2(h)22h02 cosj .
5.3.4.量子解释(3)
5.1.4.X射线的衍射(1)
• 电磁波通过狭缝衍射
–要求波长与狭缝的大小同数量级
• X射线波长数量级:0.1nm
– 0.1nm的狭缝难以制造
• 晶体: 原子(格点)有规则排列的结构
– 晶格常数d : 相邻格点的距离 – 晶格常数d的数量级与X射线波长数量级相同
• K谱线频率莫塞莱经验公式
K 0.2461016(ZK)2H z K1
莫塞莱定律提供了精确测量Z的方法 .
• 康普顿散射的实验装置 • 康普顿散射的实验规律 • 经典考虑 • 量子解释 • 几点讨论 • 康普顿散射与基本测量
.
5.3.1.康普顿散射的实验装置
X 射线在石墨上的散射
X 射线管
晶体
光阑
散射波长
0
j
探
测
器
石墨体 (散射物质. )
X 射线谱仪
.... .. .............................................................................
h
0
n0
h
n
m
v
h0 e j
m0
自由电子(静止)
mv
m c2m oc2h(0-)m oc2hc( 1 0- 1)
(m c2 )2 (m o c2 )2 2 m o c 3 h (1-1) (h c )2 (1-1)2
0
0
(mv)2(h0)2(h)22h02 cosj .
5.3.4.量子解释(3)
5.1.4.X射线的衍射(1)
• 电磁波通过狭缝衍射
–要求波长与狭缝的大小同数量级
• X射线波长数量级:0.1nm
– 0.1nm的狭缝难以制造
• 晶体: 原子(格点)有规则排列的结构
– 晶格常数d : 相邻格点的距离 – 晶格常数d的数量级与X射线波长数量级相同
原子物理学六章X射线PPT课件
+
靶材由用途 决定
X射线可用高速电子流轰击阳极靶A而获得,或由Z＞10的原 子内壳层跃迁而产生.
高速电子流与靶相撞时,电子因受阻失去动能,中约1%转变为X 射线，大部分转变为热能。
5
第5页/共49页
《原子物理学》第六章 X射线
X射线管的结构
封闭式X射线管实质上是一个大 的真空二极管
X射线管的阴极
105 ~ 107 mmHg
A
+
17
《原子物理学》第六章 X射线
X射线衍射与散射光束线和实验站
18
第18页/共49页
《原子物理学》第六章 X射线
劳厄实验(1912)
X射线源 d ~ 0.1 nm
~ 0.1 nm 晶片光栅
晶 体 的 三 维 光 栅
劳厄斑
Lane.德 (1879-1960 年）
19
第19页/共49页
《原子物理学》第六章 X射线
对劳厄斑的解释
1913年布喇格父 子建立了布喇格公 式.不但能解释劳厄 斑点,而且能用于对 晶体结构的研究。
当能量很高的X射线射到晶体各层面 的原子时,原子中的电子将发生强迫 振荡,从而向周围发射同频率的电磁 波,即产生了电磁波的散射, 而每个 原子则是散射的子波波源.劳厄斑正 是散射的电磁波的叠加.
X射线的波长数量级为Å，要分辩X射线的光栅也要在Å的数量级才行。 晶体有规范的原子排列，且原子间距也在Å的数量级。是天然的三维光栅。
劳厄想到了这一点，但普朗克对他的想法不予支持。后来去找正在攻读 博士的索末菲，经两次实验后终于成功进行了X射线的衍射实验。
铅板
K-
p
晶片
X射线衍射实验演示
第17页/共49页
靶材由用途 决定
X射线可用高速电子流轰击阳极靶A而获得,或由Z＞10的原 子内壳层跃迁而产生.
高速电子流与靶相撞时,电子因受阻失去动能,中约1%转变为X 射线，大部分转变为热能。
5
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《原子物理学》第六章 X射线
X射线管的结构
封闭式X射线管实质上是一个大 的真空二极管
X射线管的阴极
105 ~ 107 mmHg
A
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17
《原子物理学》第六章 X射线
X射线衍射与散射光束线和实验站
18
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《原子物理学》第六章 X射线
劳厄实验(1912)
X射线源 d ~ 0.1 nm
~ 0.1 nm 晶片光栅
晶 体 的 三 维 光 栅
劳厄斑
Lane.德 (1879-1960 年）
19
第19页/共49页
《原子物理学》第六章 X射线
对劳厄斑的解释
1913年布喇格父 子建立了布喇格公 式.不但能解释劳厄 斑点,而且能用于对 晶体结构的研究。
当能量很高的X射线射到晶体各层面 的原子时,原子中的电子将发生强迫 振荡,从而向周围发射同频率的电磁 波,即产生了电磁波的散射, 而每个 原子则是散射的子波波源.劳厄斑正 是散射的电磁波的叠加.
X射线的波长数量级为Å，要分辩X射线的光栅也要在Å的数量级才行。 晶体有规范的原子排列，且原子间距也在Å的数量级。是天然的三维光栅。
劳厄想到了这一点，但普朗克对他的想法不予支持。后来去找正在攻读 博士的索末菲，经两次实验后终于成功进行了X射线的衍射实验。
铅板
K-
p
晶片
X射线衍射实验演示
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第六章：X射线
§1 X射线的发现
§2X射线的产生机制 §3 Compton散射 §4 X射线的吸收
第一节：X射线的发现
X射线的发现 在1895年以前，由阴极射线管产生的X射线在实验里已经存在了 30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。如1879年的克鲁克斯，1890年的古德斯比德等 人，但发现 X 射线的却是伦琴。 伦琴，1845年出生于德国的一个商人家庭，1869年在苏黎世大 学获博士学位。1895年11月8日傍晚，伦琴在研究阴极射线管中气 体放电实验时，为了避免杂光对实验的影响，他用黑纸板将管子包 起来，却发现距阴极管一段距离外的一块涂有铂氰酸钡(BaP (CtN)结6) 晶物 质的屏幕发出了荧光，伦琴马上意识到,这可能是一种前所未有的新 射线，经检查发现,射线来自阴极射线管管壁。
1 2
mv0 2
ev
（1）
上式表明，电子在电压 V 下加速而获得能量并全部转化为辐射时 hc ，
m in
由此得 min
1.24 V (KV )
nm
（2）
（1）式最早是在实验工作中，从实验数据的总结得到的。需要指出的
是，解释光电效应的
Einstein
方程是：
hv
1 2
mv 2
W逸
当金属的逸出功
能很小时，近似的有：hv 1 mv2 ，这与（1）式在形式上是完全相同的。
阳极材料不变时， 和min 随I m管ax 压V的升高都向短波方向移动。 2）连续谱与阳极材料的关系（电压不变）
前图表示管压为35KV时，用钼和钨作靶材料时的I～λ曲线。由
图可见 m与in 靶无关。是由管压V决定的。
连续谱 标识谱
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第二节：X射线的产生机制
连续谱产生的微观机制
通过上面对连续谱特征的分析，我们很容易想到，连续谱不应
2
因此，X 射线连续谱可称为光电效应的逆效应。
连续谱 标识谱
Back
第二节：X射线的产生机制
标识辐射—线状谱 ————它是迭加在连续谱上的分立谱线
1、 线状谱的特征 1） 不同元素线状谱的波长是不同的，从而成为我们识别某种元素的标准，
故得名为标识谱，但是他们的线系结构是相似的，都分为 K,L,M,……等线 系；且谱线具有精细结构，K 系分为 K , K , K ,；L 系分为 L , L , L ,等； 2） 改变靶物质时，随 Z 的增大，同一线系的线状谱波长向短波方向移动， 但没有周期性变化； 3） 某元素的标识谱与的化合状态无关； 4） 对一定的阳极靶材料，产生标识谱的外界电压有一个临界值。
连续谱 标识谱 Next
第二节：X射线的产生机制
连续谱—轫致辐射
1、连续谱的特征
在上述产生X射线的装置中，电子打到阳极材料后，有波长连续
变化的光辐射产生，下面分两点研究辐射的特性。
1）连续谱与管压的关系（靶不变）
前图表示以钨作阳极材料加不同电太时，以λ为横轴，辐射强度
为纵轴；在不同管压下得到的波长—强度分布曲线。由图可见，当
该是原子光谱，而应该是电子在靶上减速而产生的。可以想象到，
被高压加速后的电子进入靶内，可以到达不同的深度，其速率从v 0 骤减为0，有很大的加速度，而伴随着带电粒子的加速运动，必然
有电磁辐射产生，这便是产生X射线连续谱的原因，用光子的概念
可以对连续谱的产生给出定量的分析。
设电子入射速度 ，v 0 在靶上减速而损失的能量为 ；E 减损 速过程
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X 射线研究热，1896年关于X射线的研究论文高达1000多篇.对X射线 的公布，促使法国物理学家贝克勒尔也投入到这一研究领域之中， 为了弄清X射线产生的机制。他想，如果把荧光物质放在强光下照时， 是否在发荧光的同时，也能放出X射线呢？
X射线的发现
X射线的产生
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第一节：X射线的发现
于是他把一块荧光物质（铀的化合物--钾铀酰硫酸盐晶体）放在 用黑纸包住的照相底片上，然后放在太阳下晒，结果在底片上果然 发现了与荧光物质形状相同的“像”。一次偶然的机会使他发现， 未经太阳曝晒的底片冲出来后，出现了很深的感光黑影，这使他非 常吃惊。是什么使底片感光呢？跟荧光物质是否有关呢？他进一步 用不发荧光的铀化合物进行实验，同样使底片感光；可见铀化合物 能发出一种肉眼看不见的射线，与荧光无关。1896年3月2日，他向 法国科学院报告了这一惊人的发现，从此打开了一个新的研究领域。
中的能量差为 ，则E
E12mv2 E损
根据上面的分析，E将以光子的形式向外辐射；由于 E是损 连续变
化的，而 是v 0一定的，所以 连续E变化.
连续谱 标识谱
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第二节：X射线的产生机制
即式 hv
1 2
mv0
2
E损 中，v
从而得到 hvmax
放射线的发现看似偶然，但正如杨振宁先生在评价这一故事时所 说的那样，“科学家的‘灵感’对科学家的发现‘非常重要’；这 种灵感必源于他的丰富的实践和经验。”
X射线的发现
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第一节：X射线的发现
如图，在真空管 (106108m 两m阴H极) g和 阳极之间加高压，阳极选用不同的重金 属材料制成，电子打在阳极上便可得到 X射线，其波长因高太的不同而异。当 称硬X射线0；.1nm1A 0.1nm称1A软X射线。
X射线的性质： 1）X射线能使照相底片感光； 2）X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； 4）X射线是不可见光，它能使某些物质发出可见光的荧光； 5）X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。
X射线的发现 X射线的产生
第二节：X射线的产生机制
实验表明，X射线由两部分构成，一部分波长连续变化，称为连 续谱；另一部分波长是分立的，与靶材料有关，成为某种材料的标 识，所以称为标识谱，又叫特征谱--它迭加在连续谱上。下面对这两 部分谱线的特点和产生机制进行详细分析。
X射线的发现
X射线的产生
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第一节：X射线的发现
令人惊奇的是，当用木头等不透明物质挡住这种射线时，荧光屏 仍然发光，而且这种射线能使黑纸包住的照相底片感光，不被电磁 场偏转。经过一个多月的研究，他未能搞清这种射线的本质，因此 赋予它一个神秘的名字--X射线。1895年12月28日，伦琴向德国物 理学医学会递交了第一篇关于X射线的论文，《论新的射线》，并公 布了他夫人的X射线手骨照片。
§1 X射线的发现
§2X射线的产生机制 §3 Compton散射 §4 X射线的吸收
第一节：X射线的发现
X射线的发现 在1895年以前，由阴极射线管产生的X射线在实验里已经存在了 30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。如1879年的克鲁克斯，1890年的古德斯比德等 人，但发现 X 射线的却是伦琴。 伦琴，1845年出生于德国的一个商人家庭，1869年在苏黎世大 学获博士学位。1895年11月8日傍晚，伦琴在研究阴极射线管中气 体放电实验时，为了避免杂光对实验的影响，他用黑纸板将管子包 起来，却发现距阴极管一段距离外的一块涂有铂氰酸钡(BaP (CtN)结6) 晶物 质的屏幕发出了荧光，伦琴马上意识到,这可能是一种前所未有的新 射线，经检查发现,射线来自阴极射线管管壁。
1 2
mv0 2
ev
（1）
上式表明，电子在电压 V 下加速而获得能量并全部转化为辐射时 hc ，
m in
由此得 min
1.24 V (KV )
nm
（2）
（1）式最早是在实验工作中，从实验数据的总结得到的。需要指出的
是，解释光电效应的
Einstein
方程是：
hv
1 2
mv 2
W逸
当金属的逸出功
能很小时，近似的有：hv 1 mv2 ，这与（1）式在形式上是完全相同的。
阳极材料不变时， 和min 随I m管ax 压V的升高都向短波方向移动。 2）连续谱与阳极材料的关系（电压不变）
前图表示管压为35KV时，用钼和钨作靶材料时的I～λ曲线。由
图可见 m与in 靶无关。是由管压V决定的。
连续谱 标识谱
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第二节：X射线的产生机制
连续谱产生的微观机制
通过上面对连续谱特征的分析，我们很容易想到，连续谱不应
2
因此，X 射线连续谱可称为光电效应的逆效应。
连续谱 标识谱
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第二节：X射线的产生机制
标识辐射—线状谱 ————它是迭加在连续谱上的分立谱线
1、 线状谱的特征 1） 不同元素线状谱的波长是不同的，从而成为我们识别某种元素的标准，
故得名为标识谱，但是他们的线系结构是相似的，都分为 K,L,M,……等线 系；且谱线具有精细结构，K 系分为 K , K , K ,；L 系分为 L , L , L ,等； 2） 改变靶物质时，随 Z 的增大，同一线系的线状谱波长向短波方向移动， 但没有周期性变化； 3） 某元素的标识谱与的化合状态无关； 4） 对一定的阳极靶材料，产生标识谱的外界电压有一个临界值。
连续谱 标识谱 Next
第二节：X射线的产生机制
连续谱—轫致辐射
1、连续谱的特征
在上述产生X射线的装置中，电子打到阳极材料后，有波长连续
变化的光辐射产生，下面分两点研究辐射的特性。
1）连续谱与管压的关系（靶不变）
前图表示以钨作阳极材料加不同电太时，以λ为横轴，辐射强度
为纵轴；在不同管压下得到的波长—强度分布曲线。由图可见，当
该是原子光谱，而应该是电子在靶上减速而产生的。可以想象到，
被高压加速后的电子进入靶内，可以到达不同的深度，其速率从v 0 骤减为0，有很大的加速度，而伴随着带电粒子的加速运动，必然
有电磁辐射产生，这便是产生X射线连续谱的原因，用光子的概念
可以对连续谱的产生给出定量的分析。
设电子入射速度 ，v 0 在靶上减速而损失的能量为 ；E 减损 速过程
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X 射线研究热，1896年关于X射线的研究论文高达1000多篇.对X射线 的公布，促使法国物理学家贝克勒尔也投入到这一研究领域之中， 为了弄清X射线产生的机制。他想，如果把荧光物质放在强光下照时， 是否在发荧光的同时，也能放出X射线呢？
X射线的发现
X射线的产生
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第一节：X射线的发现
于是他把一块荧光物质（铀的化合物--钾铀酰硫酸盐晶体）放在 用黑纸包住的照相底片上，然后放在太阳下晒，结果在底片上果然 发现了与荧光物质形状相同的“像”。一次偶然的机会使他发现， 未经太阳曝晒的底片冲出来后，出现了很深的感光黑影，这使他非 常吃惊。是什么使底片感光呢？跟荧光物质是否有关呢？他进一步 用不发荧光的铀化合物进行实验，同样使底片感光；可见铀化合物 能发出一种肉眼看不见的射线，与荧光无关。1896年3月2日，他向 法国科学院报告了这一惊人的发现，从此打开了一个新的研究领域。
中的能量差为 ，则E
E12mv2 E损
根据上面的分析，E将以光子的形式向外辐射；由于 E是损 连续变
化的，而 是v 0一定的，所以 连续E变化.
连续谱 标识谱
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第二节：X射线的产生机制
即式 hv
1 2
mv0
2
E损 中，v
从而得到 hvmax
放射线的发现看似偶然，但正如杨振宁先生在评价这一故事时所 说的那样，“科学家的‘灵感’对科学家的发现‘非常重要’；这 种灵感必源于他的丰富的实践和经验。”
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第一节：X射线的发现
如图，在真空管 (106108m 两m阴H极) g和 阳极之间加高压，阳极选用不同的重金 属材料制成，电子打在阳极上便可得到 X射线，其波长因高太的不同而异。当 称硬X射线0；.1nm1A 0.1nm称1A软X射线。
X射线的性质： 1）X射线能使照相底片感光； 2）X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； 4）X射线是不可见光，它能使某些物质发出可见光的荧光； 5）X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。
X射线的发现 X射线的产生
第二节：X射线的产生机制
实验表明，X射线由两部分构成，一部分波长连续变化，称为连 续谱；另一部分波长是分立的，与靶材料有关，成为某种材料的标 识，所以称为标识谱，又叫特征谱--它迭加在连续谱上。下面对这两 部分谱线的特点和产生机制进行详细分析。
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第一节：X射线的发现
令人惊奇的是，当用木头等不透明物质挡住这种射线时，荧光屏 仍然发光，而且这种射线能使黑纸包住的照相底片感光，不被电磁 场偏转。经过一个多月的研究，他未能搞清这种射线的本质，因此 赋予它一个神秘的名字--X射线。1895年12月28日，伦琴向德国物 理学医学会递交了第一篇关于X射线的论文，《论新的射线》，并公 布了他夫人的X射线手骨照片。