【6】原子物理学 第6章 X射线
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第六章：X射线 原子物理学教学课件
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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§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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第六章 X射线物理学基础
K系激发机理
K层电子被击出
时，原子系统能 量由基态升到K 激发态，高能级 电子向K层空位 填充时产生K系 辐射。L层电子 填充空位时，产 生 Kα 辐射； M 层 电子填充空位时 产生Kβ辐射。
由能级可知Kβ辐射的光子能量大于 Kα的
能量，但 K 层与 L 层为相邻能级，故 L 层 电子填充几率大，所以Kα的强度约为Kβ 的5倍。 产生K 系激发要阴极电子的能量eVk 至少 等于击出一个K 层电子所作的功Wk。Vk 就是激发电压。
n
当I标/I连最大，工作电压为K系激发电压的
3~5倍时，连续谱造成的衍射背影最小。
6-4 X射线与物质相互作用
X 射线与物质相互作用
时，产生各种不同的复 杂过程。就其能量转换 而言，一束 X 射线通过 物质时，可分为三部分： 一部分被散射，一部分 被吸收，一部分透过物 质继续沿原来的方向传 播。
连续X射线谱中每条曲线下的面积表示连
续X射线的总强度。也是阳极靶发射出的 X射线的总能量。 实验证明， I 与管电流、管电压、阳极靶 的原子序数存在如下关系：I 连 K1iZV m 且X 射线管的效率为:
X射线功率 K1 ZV X射线管效率 K1 ZV 电子流功率 iV
子失去自己的能量，其中部分以光子的形式 辐射，碰撞一次产生一个能量为hv的光子， 这样的光子流即为X射线。单位时间内到达 阳极靶面的电子数目是极大量的，绝大多数 电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的 辐射，因此出现连续X射线谱。
演示过程
Wk K态（击走K电子）
Wl
原 子 的 能 量 Wm Wn
L态（击走L电子）
6-3 X射线谱
由X射线管发射出来的X射线可以分为两
原子物理学第六章
1 12
1 22
0.246
1016
Z
2
Hz
Moseley: vK 0.2481016 Z 12 Hz
EK
Rc
Z
12
1 12
1 22
3 13.6 4
Z
12
eV
大连理工大学物理系
K 射线产生示意图
电离一个n=1的电子所需能量 EK
N
M L
K
hvin EK T
hvK EK EL
大连理工大学物理系
3. 特征辐射-------电子内壳层的跃迁
特征谱线完全由靶材料决定
特征X射线用来作为元素的标识
特征谱线由Barkla 在1906年首 先发现
每个元素发出若干系列特征谱线， 按贯穿能力分为
K K , K L L , L , L
大连理工大学物理系
1913年Moseley测定Al-Au 38种元素X射线的特征谱线
min
hc U
1.24 U
nm
*
min量子极限
（*）式给出实验上精确测量Planck常数的一个方法
1915年Duane和Hunt 测量Planck 常数，与光电效应试验得出 的一致
X射线的产生可视为逆光电效应
大连理工大学物理系
特征谱：具有分离波长 （标识谱）
谱峰所对应的波长完全 由靶材料决定
大连理工大学物理系
大连理工大学物理系
Debye和Scherrer提出多晶粉末法
2d sin n, n 1, 2,3
Rd
d
大连理工大学物理系
6.2 X射线产生的机制
1. X射线的发射谱
分光计
X射线发 生器
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 第六章 X射线
康普顿公式
h 6.63 1034 c (m)= 2 .4310-3nm （理论值） 31 8 m0c 9.110 3 10
3. c 的物理意义： ▲ 入射光子的能量与电子的静止能量相等时所对应 的入射光子波长
h 0 m0c
2
h
c
0
m0c 2
h 0 c m0c
连续谱，钨靶，不同的电压 标识谱：钨靶和钼靶，相同的电压。
（二）X射线的产生机制
1、X射线连续谱 波长连续变化的连续谱，它 的最小波长只与外加电压有关
辐射：高速电子打到靶上， 受靶的作用而突然减速，其一部 分动能转化为辐射能放出射线。 最小波长只依赖于外加电压V，V 越大， min 越小，与靶材料无关。
四.康普顿散射实验的意义
▲支持了“光量子”概念，进一步证实 = h 了 ▲ 首次实验证实了爱因斯坦提出的“光量子有动 量”的假设
p = /c = h /c = h /
▲ 证实了在微观领域的单个碰撞事件中，动量和
能量守恒定律仍然是成立的。
康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖
康普顿 （A. pton) 美国人(1892-1962）
0
Ve
hv0 Ve
2、X射线的标识谱
特点
特征X射线由内层电子的 跃迁所产生。
同X射线有关的原子能级。
产生X射线标识谱的跃迁的 选择定则
L 1 J 0， 1
K线系：K：LK；K： MK；K：NK； L线系：L：ML；L：NL；L ：OL；
3. 莫塞莱定律及原子序数的测定
2.理论推导：
y
h 0
h
j
n
散射 光子
h n c
m0
【6】原子物理学 第6章 X射线
第十九章 量子物理
动量守恒
h 0 h e0 e mv c c
e0
x
mv
第十九章 量子物理
h (1 cos ) 0 0 m0c
康普顿公式
c
c
h 2h 2 (1 cos ) sin m0c m0c 2
K
第十九章 量子物理 1 1 1 3 2 1 2 16 2 RcZ 2 2 RcZ 0.246 10 ( Z 1) ( 2 2 ) K Rc Z Hz 2 4 1 1 2
c
2
(Z-1)2与Z2 差异：这是因为，当K层少一个电子时，考虑到电子屏 蔽效应，在n=2层中的电子感受到的是（Z-1）个正电荷的吸引。 改写一下，将辐射频率公式乘以h变为辐射能量公式：
，是理解元素周期律的一个重要
里程碑，并可作为X射线光谱学 的开始。
第十九章 量子物理 莫塞莱揭示X光是内层电子跃迁的结果 莫塞莱经验公式 0.2481016 (Z b)2 Hz
K
b 1
(6.2—4)
K 0.2481016 (Z 1)2 Hz
莫塞莱公式的特点：与里德伯公式十分接近
如一个电子在电场中得到的动能eeu当它到达靶子时电子把全部能量就转成辐射能由此发射的光子可能有的最大能量是辐射公式的物理含义利用光的量子说622代入hc124nmkev后便得到621nmkv最小最大621nmkv第十九章量子物理量子极限最小称之为量子极限它的存在是量子论正确性的又一证明
第十九章 量子物理
CT (computerized tomography)
第十九章 量子物理
第六章 X射线
§28 §29 §30 §31
原子物理第六章
发现晶体的X射线衍射。
The Nobel Prize in Physics 1914
ue(1879 – 1960)
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。
三、特征辐射（标识辐射）
标识谱线最早被巴克拉（Barkla）于 1906年发现，它是叠加在连续谱上的细锐 的线状谱，只有当工作电压超过某一临界 值时才会出现。它与阳极材料有关。
① 同种元素，无论它是单质，还是存在于化合物中， 其标识谱都是相同的，不同元素的标识谱不同。
② 随着元素原子序数的增大，标识谱线的波长单调 地减小，而并不像光学谱那样出现周期性变化。 ③ 标识谱线的数目通常比光学光谱要少，结构也较简 单。它们也分成几个线系。
2
1 1 2 2 1 2
K 是K壳层的屏蔽因子，有 K 1 ，因此也可以写为
3 2 R Z 1 4
后来，人们对L线系也作了研究，发现有和K线系 类似的近似关系，只是其中的屏蔽因子和前面的数值系 数有所不同，如对 L 线有
1
5 1 2 2 1 R Z 7.4 R Z 7.4 2 2 36 2 3
莫塞莱的实验第一次提供了精确测量原子序数Z的方法， 历史上就是用莫塞莱公式定出了元素的原子序数Z，并纠 正了27 Co和 28 Ni在周期表上的次序。
X射线K线系的莫塞莱图
几种原子的K线系
Z
As Se
33 34 35 37 38
The Nobel Prize in Physics 1914
ue(1879 – 1960)
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。
三、特征辐射（标识辐射）
标识谱线最早被巴克拉（Barkla）于 1906年发现，它是叠加在连续谱上的细锐 的线状谱，只有当工作电压超过某一临界 值时才会出现。它与阳极材料有关。
① 同种元素，无论它是单质，还是存在于化合物中， 其标识谱都是相同的，不同元素的标识谱不同。
② 随着元素原子序数的增大，标识谱线的波长单调 地减小，而并不像光学谱那样出现周期性变化。 ③ 标识谱线的数目通常比光学光谱要少，结构也较简 单。它们也分成几个线系。
2
1 1 2 2 1 2
K 是K壳层的屏蔽因子，有 K 1 ，因此也可以写为
3 2 R Z 1 4
后来，人们对L线系也作了研究，发现有和K线系 类似的近似关系，只是其中的屏蔽因子和前面的数值系 数有所不同，如对 L 线有
1
5 1 2 2 1 R Z 7.4 R Z 7.4 2 2 36 2 3
莫塞莱的实验第一次提供了精确测量原子序数Z的方法， 历史上就是用莫塞莱公式定出了元素的原子序数Z，并纠 正了27 Co和 28 Ni在周期表上的次序。
X射线K线系的莫塞莱图
几种原子的K线系
Z
As Se
33 34 35 37 38
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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
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 对于支壳层的跃迁，服从选择规则：
l 1, j 0,1
各种子能级的标记方法是，低的 能级在下，高能级在上。如从低 到高分别为L壳层从低能到高能 顺序为LⅠ、LⅡ、LⅢ；
M壳层从低能到高能顺序为MⅠ 、 M Ⅱ 、 MⅢ 、 MⅣ 、 MⅤ ； N壳层从低能到高能顺序为NⅠ、 NⅡ、NⅢ、NⅣ、NⅤ等等。
第十九章 量子物理
CT (computerized tomography)
第十九章 量子物理
第六章 X射线
§28 §29 §30 §31
教学内容
X射线的发现及其波性
X射线产生的机制
康普顿散射 X射线的吸收
重点、难点： • X射线连续谱与标识谱及产生机制 • 康普顿散射
第六章 X射线 X射线 又名伦琴射线，在1895
1927诺贝尔 物理学奖
第十九章 量子物理
二
实验结果
在散射X 射线中除有 与入射波长相同的射线外， 还有波长比入射波长更长 的射线,波长变化情况与散 射角有关.
I（相对强度） 0
0
45
0
90
135
（波长）
三 康普顿散射的经典考虑
第十九章 量子物理
普遍的X射线公式：
第十九章 量子物理 ~ R( Z ) 2 [ 1 1 ], m 2 n2 m 1,2, , n m 1, m 2
为 屏 蔽 参 数 ， 因 线 系 同 而 不 同 不 对 轻 元 素 的 系 ， 1， 重 元 素 的 与1相 差 较 大 K 对L系 ： 7.4
第十九章 量子物理
X射线发现的意义
它与接下来两年宣布的放 射性及电子的发现一起， 揭开了近代物理的序幕。
X射线的发现，开始 了物理学的新时期；
X射线一发现，在医疗 上立即投入了使用。
第十九章 量子物理
ntgen 伦琴Wilhelm Konrad Rö 1845-1923 德国维尔茨堡大学实验物理学家 X射线的发现者 1901年诺贝尔物理学奖
Δ 叫康普顿位移。它与实验符合的很好.若将上式 两边同除hc为： 1 1 1 (1 cos ) 2 h h 0 m0c
6.2.4 特征辐射的标记方法
第十九章 量子物理
X射线的能级图表示方法，和原子能级图表示方法一样。图 29.4(a)是产生X射线的能级示意图。分别叫做K能级、L能级、 M能级等等(P262)。
第十九章 量子物理
X射线标记方法步骤 （1）按终态标记：凡终态在n=1壳层（K层）的X射线，都称为 K-X射线,简称K线系；凡终态在n=2壳层（L层）的X射线，都称 为L-X射线,简称L线系；余类推,依次有M 线系,N 线系等； （2）对每一线系,以初态的不同而命名为不同射线. n2-n1=1,2,3,4,……分别对应的是某线系的线、线、线、线、 ε线等。 （3）再按子壳层标记 除了主量子数n，标记壳层的量子数还有轨道量子数l，即主壳 层中还有支壳层，每个能级的原子态符号： 一个满壳层缺少一个电子（即有一个空穴）其原子态与一个电 子形成的原子态相同。
第十九章 量子物理
动量守恒
h 0 h e0 e mv c c
e0
x
mv
第十九章 量子物理
h (1 cos ) 0 0 m0c
康普顿公式
c
c
h 2h 2 (1 cos ) sin m0c m0c 2
K
第十九章 量子物理 1 1 1 3 2 1 2 16 2 RcZ 2 2 RcZ 0.246 10 ( Z 1) ( 2 2 ) K Rc Z Hz 2 4 1 1 2
c
2
(Z-1)2与Z2 差异：这是因为，当K层少一个电子时，考虑到电子屏 蔽效应，在n=2层中的电子感受到的是（Z-1）个正电荷的吸引。 改写一下，将辐射频率公式乘以h变为辐射能量公式：
K , K , K
Kα线最强，它的波长最长，
实际由Kα1，Kα2组成，Kγ线
最弱，它的波长最短。
第十九章 量子物理 X射线的莫塞莱标绘 莫塞莱图
如果把各元素的X射线的频率的平 方根对原子序数 Z 作标绘，就会得 到线性关系，如图29.3所示。 莫塞莱图的作用：各元素符号左 边的整数即是原子序数Z 莫塞莱元素原子序数规律的发现
Z=42
连续谱的最小波长最小与外加电压U关系 辐射公式 第十九章 量子物理
首先是由杜安(W.Duane)和亨特(P.Hnut)从分析大量实验结
果所得来的：
最小
1.24 nm U ( kV )
(6.2—1)
辐射公式的物理含义(利用光的量子说) 如一个电子在电场中得到的动能Ek=eU，当它到达靶子时，电子
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。
四
量子解释 （1）物理模型
第十九章 量子物理
光子
0
y
v0 0
电子
y
x
光子
x
电子 入射光子（ X 射线或 射线）能量大 . E h 范围为：104 ~ 105 eV 固体表面电子束缚较弱，可视为近自由电子. 电子热运动能量 h ，可近似为静止电子. 电子反冲速度很大，光子是以光速运动的粒子，需 用相对论力学来处理.
光刻技术
第十九章 量子物理
上海同步辐射装置(SSRF),简称上海光源，包括一台150MeV电子直
线加速器，一台全能量增强器，一台3.5GeV的电子储存环，首批建设 的7条光束线和实验站，公用设施以及配套的主体和辅助建筑。总投资
计划12亿人民币。电子储存环电子束能量为3.5GeV，是我国迄今为止
最大的大科学装置和大科学平台，在科学界和工业界有着广泛的应用 价值。上海光源是第三代中能同步辐射光源，其电子束能量为3.5Ｇｅ
把全部能量就转成辐射能，由此发射的光子可能有的最大能量是
Ek eU h 最大
hc
代入hc=1.24nmkev后， 1.24 最小 nm (6.2—1) 便得到 U ( kV )
最小
(6.2—2)
第十九章 量子物理 6.2.3 特征辐射(标识辐射)产生机理——电子内壳层的跃迁
特征谱（或标识谱）：线状谱，由具有个别波长的谱线构成，
谱线的波长决定于靶子的材料，每一种元素有一套自己特定波 长的射线谱，成为这元素的标识。 特征X射线的发现：巴克拉1906年首 次发现
特征X射线的组成：
各元素的标识谱有相似的结构,清楚 地分为若干个线系。分别称为K、L 、M、N线系。
第十九章 量子物理 K线系：波长最短的一组,这个 线系一般可观察到三条线,
Ｖ，居世界第四。2009年4月29日正式建成。
6.3
康普顿散射
第十九章 量子物理
1923年，美国物理学家康普顿在观察X射线被物质 散射时，发现散射线中含有波长发生变化了的成分. 一 实验装置
第十九章 量子物理
康普顿效应是说明光的粒子性的另一个 重要的实验。
1920-1923年间康普顿（ pton）观察X射 线通过物质散射时，发 现散射的波长发生变化 的现象。
第十九章 量子物理
E0 m0c
2 是电子的静止能量
m
m0
v2 1
2
E mc 2 2 2 2 E p c E0
对于光子：m0 0, E0 0 E pc h
c2
（2）理论分析
能量守恒
hv0 m0c h mc
2
2
h y e h 0 c e0 e c
经典辐射理论中的散射波长 当电磁辐射通过物质时，被散射的辐射应与入射辐射具有相同 的波长:入射的电磁辐射(例如X射线)使物质中原子的电子受到 一个周期变化的作用力，迫使电子以入射波的频率振荡。振荡 着的电子必然要在四面八方发射出电磁波，其频率与振荡频率 相同. 因此，按照经典理论,被散射的三束波波长都是一样的.只不过 是传播方向改变而已.
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