原子物理X射线.

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

12、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。射线的衍射实验。X射线衍射实验演示射线衍射实验演示- -K +A 铅板铅板感光胶片感光胶片P晶片晶片劳厄实验劳厄实验(1912)X射线在晶体中的衍射射线在晶体中的衍射劳厄斑点劳厄斑点 晶体可看作三维立体光栅，根据劳厄斑点的晶体可看作三维立体光栅，根据劳厄斑点的分布可算出晶面间距，掌握晶体点阵结构。分布可算出晶面间距，掌握晶体点阵结构。SiO2的劳厄相的劳厄相德

13、国物理学家德国物理学家劳厄劳厄M.von.Laue(1879-1960)对劳厄斑的解释对劳厄斑的解释 1913年布喇格父年布喇格父子建立了布喇格公式。子建立了布喇格公式。不但能解释劳厄斑点不但能解释劳厄斑点,而且能用于对晶体结而且能用于对晶体结构的研究。构的研究。BraggBragg父子（英）父子（英） 当能量很高的当能量很高的X射线射到晶体各射线射到晶体各层面的原子时，原子中的电子将发生层面的原子时，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。劳厄每个原子则是散射

14、的子波波源。劳厄斑正是散射的电磁波的叠加。斑正是散射的电磁波的叠加。2原子受迫振动原子受迫振动发出电磁波发出电磁波1)cos(cos210 d)2 , 1 , 0(0kk 如图所示，设晶面上两原子间距为如图所示，设晶面上两原子间距为d，两条衍射，两条衍射线的光程差为线的光程差为:相干叠加的极大值条件是相干叠加的极大值条件是: :d12hd3aADabbCB相邻晶面间两条衍射波之间的光程差为：相邻晶面间两条衍射波之间的光程差为： sin2dDCBD 相干叠加极大值条件：相干叠加极大值条件：3 , 2 , 1,sin2 kkd 利用布喇格衍射公式利用布喇格衍射公式可测量可测量X射线的波长，射线的波

15、长，也可测未知晶体的晶也可测未知晶体的晶格常数。格常数。布喇格晶体衍射公式布喇格晶体衍射公式 不同晶面间距不同。一定波长的入射线，对于不同晶面有不同的不同晶面间距不同。一定波长的入射线，对于不同晶面有不同的掠射角，在满足布喇格晶体衍射公式的方向产生衍射极大。掠射角，在满足布喇格晶体衍射公式的方向产生衍射极大。2、相邻晶面间的子波的叠加、相邻晶面间的子波的叠加多晶多晶( (粉末粉末) )照相底片照相底片X射线射线粉末法：粉末法：晶体粉末对晶体粉末对X射线的衍射射线的衍射多晶粉末法多晶粉末法粉末铝的德拜相粉末铝的德拜相七、旋转式七、旋转式X射线的摄谱仪简介射线的摄谱仪简介X射线衍射的应用实例射线衍

16、射的应用实例已知已知X射线的波长测定晶体的晶格常数。射线的波长测定晶体的晶格常数。 X射线射线分析仪分析仪原理：原理：kdsin21953年英年英国的威尔金国的威尔金斯、沃森和斯、沃森和克里克利用克里克利用X射线的结射线的结构分析得到构分析得到了了遗传基因遗传基因脱氧核糖核脱氧核糖核酸酸(DNA)的的双螺旋结构双螺旋结构,获获1962年诺年诺贝尔生物和贝尔生物和医学奖。医学奖。 实验表明，实验表明，X射线谱由两部分构成射线谱由两部分构成连续谱：连续谱：加速电压不太高时，加速电压不太高时，X射线的强度随波长连续变化。射线的强度随波长连续变化。线状谱：线状谱：加速电压达一定值时，连续谱上叠加着某些

17、尖峰。加速电压达一定值时，连续谱上叠加着某些尖峰。钼靶的标识谱钼靶的标识谱叠加在连续谱上叠加在连续谱上121086420相对相对强度强度0.02 0.04 0.06 0.08 1.00/nm/nm20kV30kV35kV一、连续谱：由轫致辐射导致连续谱一、连续谱：由轫致辐射导致连续谱 刹车辐射刹车辐射连续谱的特点：有一明显极限连续谱的特点：有一明显极限(短波波长短波波长):)()(24. 1minnmkVV eVhc min min 据此式，若测出外加据此式，若测出外加高压则可精确地测出高压则可精确地测出h 上式最早是在实验工作中，从实验数据的总结得到上式最早是在实验工作中，从实验数据的总结得

18、到的。需要指出的是，解释光电效应的的。需要指出的是，解释光电效应的Einstein方程是：方程是： ) 1 ( )()(24. 1min nmkVV逸Wmvh221当金属的逸出功很小时，近似的有：当金属的逸出功很小时，近似的有： 这与这与(1)式在形式上是完全相同的。式在形式上是完全相同的。 因此，因此，X射线连续谱可称为光电效应的射线连续谱可称为光电效应的逆效应逆效应。221mvh 1、产生条件、产生条件: 当电子的能量当电子的能量(加速电压加速电压) 超过某一临界超过某一临界值时，除有连续谱外，还在连续谱的背景上迭加一些线状值时，除有连续谱外，还在连续谱的背景上迭加一些线状谱。谱。 2、特

19、征、特征: 线状谱的位置和结构与阳极材料有关，即不线状谱的位置和结构与阳极材料有关，即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的波长的线状光谱，即特期性变化。每种元素都有一特定的波长的线状光谱，即特征征X射线谱成为这种元素的标证。射线谱成为这种元素的标证。 3、产生机制、产生机制: 从阴极发出的高速电子打到阳极上，由从阴极发出的高速电子打到阳极上，由于电子能量很高，它能深入到原子的内层，将内壳层电子之于电子

20、能量很高，它能深入到原子的内层，将内壳层电子之一击出原子之外，使原子电离，并在内壳层出现一个空穴。一击出原子之外，使原子电离，并在内壳层出现一个空穴。当邻近内壳层的电子跃迁到这个空穴时，就发射出波长很短当邻近内壳层的电子跃迁到这个空穴时，就发射出波长很短的的X射线，由于内壳层能级分立，所以产生射线，由于内壳层能级分立，所以产生X射线的线状谱。射线的线状谱。原子序数较大的元素，内壳层能级间隔就越大，发出的原子序数较大的元素，内壳层能级间隔就越大，发出的X射射线的光子能量高，波长就短，所以波长依次变化，不具有周线的光子能量高，波长就短，所以波长依次变化，不具有周期性。期性。 1 )(6 .1343

21、)2111() 1()Hz() 1(10248. 02222216屏蔽常数ZZRhcEZKK 莫塞莱定律反映的是各元素标识谱的频率与莫塞莱定律反映的是各元素标识谱的频率与Z的近似关系的近似关系,第一次提供了精确测量第一次提供了精确测量Z的方法。的方法。三、莫塞莱定律三、莫塞莱定律 1913年，英国物理学家年，英国物理学家Moseley通过对不同元素通过对不同元素(不同不同Z)的的X射线标识谱加以分析射线标识谱加以分析(共分析了从钴到金的共分析了从钴到金的38种元素种元素)，发现，发现一个规律：对同一线系的某条谱线来说，不同元素的一个规律：对同一线系的某条谱线来说，不同元素的X射线频射线频率的平

22、方根与原子序数率的平方根与原子序数Z成线性关系。成线性关系。式中式中反映了跃迁电子之外的电子对核的总屏蔽效应，即跃迁电反映了跃迁电子之外的电子对核的总屏蔽效应，即跃迁电子感受到的有效电荷是子感受到的有效电荷是Z-，这样当，这样当n=2上的电子向上的电子向n=1跃迁产生跃迁产生K线时，我们有线时，我们有 玻尔于玻尔于1913年发表了三篇文章提出关于原子的量子学说，这年发表了三篇文章提出关于原子的量子学说，这直接启发了莫塞莱，他发现他的经验公式可从玻尔理论导出。根直接启发了莫塞莱，他发现他的经验公式可从玻尔理论导出。根据玻尔理论，内壳层中缺一个电子的状态与碱金属原子中据玻尔理论，内壳层中缺一个电子

23、的状态与碱金属原子中n能级能级的状态相似，所以的状态相似，所以n能级的状态能近似用碱金属原子能级公式表能级的状态能近似用碱金属原子能级公式表示：示： 实验表明实验表明 ，将其余常数代入得，将其余常数代入得1)2111()(22212ZRhcEEhK22)(nZRhcEn）（Hz) 1(10248. 0216ZK1020304050607080900.2Z X射线线系的莫塞莱图射线线系的莫塞莱图 以波数的平方根为纵坐标。对于重元素，这些图基以波数的平方根为纵坐标。对于重元素，这些图基本为直线；对于轻元素会有所偏离。本为直线；对于轻元素会有所偏离。四、产生特征辐

24、射的前提条件四、产生特征辐射的前提条件一、一、X射线的能级示意图射线的能级示意图产生特征产生特征X射线的电射线的电子跃迁服从的选择定子跃迁服从的选择定则则1,010JLn (K) (L) (M)010112011223 ln 原子态原子态)(keVE712.26019. 4727. 3538. 3781. 0666. 0632. 0423. 0420. 02/122/122/122/322/122/122/322/322/52 SSPPSPPDDK线系线系L线系线系K K态（击走态（击走K K电子）电子）L L态（击走态（击走L L电子）电子）M M态（击走态（击走M M电子）电子）N N态（

25、击走态（击走N N电子）电子）击走价电子击走价电子中性原子中性原子原原子子的的能能量量电子冲击阳级靶电子冲击阳级靶X X射线射出射线射出“连续连续X射线产生过程射线产生过程”演示演示K K态（击走态（击走K K电子）电子）L L态（击走态（击走L L电子）电子）M M态（击走态（击走M M电子）电子）N N态（击走态（击走N N电子）电子）击走价电子击走价电子中性原子中性原子原原子子的的能能量量K K激发激发 L L激发激发K Ka a辐射辐射K K辐射辐射L L辐射辐射“标识标识X射线产生过程射线产生过程”演示演示K层电子被击出时，原子系统能量由基态升到层电子被击出时，原子系统能量由基态升到

26、K激发态，高能级电子向激发态，高能级电子向K层空位填充时产生层空位填充时产生K系辐射。系辐射。L层电子填充空位时，产生层电子填充空位时，产生K辐射；辐射；M层电子填充层电子填充空位时产生空位时产生K辐射。辐射。由能级可知由能级可知K辐射的光子能量大于辐射的光子能量大于K的能量，的能量，但但K层与层与L层为相邻能级，层为相邻能级，L层电子填充几率大，所层电子填充几率大，所以以K的强度约为的强度约为K的的5倍。倍。K系激发机理系激发机理 设设K层有一个空穴，层有一个空穴，L层的一个电子跃迁到层的一个电子跃迁到K层并释放层并释放X射线，也可能射线，也可能不释放不释放X射线而将多余能量传递给另一层（例

27、如射线而将多余能量传递给另一层（例如M层）的一个电子而使这层）的一个电子而使这一电子脱离原子（一电子脱离原子（“二次电离效应二次电离效应”），此电子称为俄歇电子。），此电子称为俄歇电子。原子内壳层产生原子内壳层产生空穴后释放能量空穴后释放能量的两种途径的两种途径or：释放：释放X射线射线（重元素的几率较大）（重元素的几率较大）or ：发射俄歇电子：发射俄歇电子（轻元素的几率较大）（轻元素的几率较大）二、标识谱产生的其它效应二、标识谱产生的其它效应1 1、俄歇电子、俄歇电子（19231923，由法国物理学家俄歇发现），由法国物理学家俄歇发现） 设设为相应层的结合能，电子由为相应层的结合能，电子由

28、L向向K跃迁释放能量跃迁释放能量（K- -L），如这部分能量被），如这部分能量被M层中的一个电子获得，则从层中的一个电子获得，则从M层发出的俄歇电子的动能为：层发出的俄歇电子的动能为：MLKeE 2、核激发效应、核激发效应：内层电子间的跃迁，将能量传给原子核，：内层电子间的跃迁，将能量传给原子核，使原子核跃迁到激发态。此效应是日本物理学家森田正一提使原子核跃迁到激发态。此效应是日本物理学家森田正一提出的，并被实验所证实。出的，并被实验所证实。 设一束设一束X射线，射向吸收体前强度是射线，射向吸收体前强度是I0，通过厚，通过厚度为度为dx的吸收体后，强度增量为的吸收体后，强度增量为dI。减少量。

29、减少量-dI将正将正比于比于dx和通过和通过dx时的强度时的强度I，若取比例系数为，若取比例系数为，则，则-dI=I(x)dx两边积分得两边积分得可见强度可见强度I(x)随厚度随厚度x指数衰减。指数衰减。6.3 X射线的吸收射线的吸收一、强度表达式一、强度表达式xeIxI0)(1 1、线性吸收系数、线性吸收系数二、关于吸收系数的讨论二、关于吸收系数的讨论上式中，上式中，x单位：单位：cm，单位：单位：cm-1，称其为线性吸，称其为线性吸收系数。通常定义收系数。通常定义x=1时的时的x为吸收长度，即吸收长为吸收长度，即吸收长度等于度等于1/，它表示透射粒子占入射粒子，它表示透射粒子占入射粒子37

30、%时吸收时吸收体的厚度。体的厚度。xeIxI0)(式中式中x称为质量厚度，单位是称为质量厚度，单位是g/cm2； /称为质量吸称为质量吸收系数，单位为收系数，单位为cm2/g。2、质量吸收系数、质量吸收系数 为了使吸收系数的数值不依赖于吸收体的物理状为了使吸收系数的数值不依赖于吸收体的物理状态（汽、液、固），定义质量吸收系数态（汽、液、固），定义质量吸收系数/，其中，其中是是吸收体密度。吸收体密度。 则则)(00 )(xeIeIxIx 在在E图中，在某一个能量图中，在某一个能量E处，处，发生突变，称之为吸发生突变，称之为吸收限。收限。三、吸收限三、吸收限 产生吸收限的原因产生吸收限的原因是：当

31、是：当X射线的能量恰能将吸射线的能量恰能将吸收体某一内层电子电离，从而引起原子的共振吸收。收体某一内层电子电离，从而引起原子的共振吸收。 心血管阻塞是严重的心血管病变，治疗的第一步是心血管阻塞是严重的心血管病变，治疗的第一步是查出阻塞的地点。常用的方法是心血管造影。查出阻塞的地点。常用的方法是心血管造影。 在血管中注入造影剂碘（在血管中注入造影剂碘（131I）；）；I对对X射线吸收要比射线吸收要比肌肉、骨骼对肌肉、骨骼对X射线吸收强得多。因此，在射线吸收强得多。因此，在X光照射下，光照射下，哪里血管有阻塞，哪里血管有阻塞，I无法达到，哪里就能被显示出来。无法达到，哪里就能被显示出来。它的原理是

32、：它的原理是：四、吸收限的应用四、吸收限的应用在心血管造影术上的应用在心血管造影术上的应用 但这种方法要求有较大浓度才能造影，所以早期是但这种方法要求有较大浓度才能造影，所以早期是将很细的导管插入人体股动脉，在导管中注入碘再造影，将很细的导管插入人体股动脉，在导管中注入碘再造影，病人痛苦而且有一定危险。病人痛苦而且有一定危险。 新的造影术利用碘的新的造影术利用碘的K吸收限，在碘的浓度不是很大吸收限，在碘的浓度不是很大时，用两种能量时，用两种能量E1、E2的的X射线分别造影；射线分别造影； E1、E2分别在分别在K吸收限的上下端，相差很小，则吸收限的上下端，相差很小，则E1吸收系数很小，吸收系数

33、很小，E2吸吸收系数很大，对两次造影的收系数很大，对两次造影的进行数值处理并相减，以消进行数值处理并相减，以消除肌肉和骨骼的影响。除肌肉和骨骼的影响。 两次造影时，肌肉、骨骼对两次造影时，肌肉、骨骼对的贡献是几乎相同的。的贡献是几乎相同的。剩下的仅是碘对剩下的仅是碘对射线吸收的贡献。如果某一个部位两次射线吸收的贡献。如果某一个部位两次造影值相减后几乎为零，说明没有碘的贡献，这就很容造影值相减后几乎为零，说明没有碘的贡献，这就很容易查出血管阻塞处。易查出血管阻塞处。 采用这种方法，碘通过静脉注入血管，在全身扩散后，采用这种方法，碘通过静脉注入血管，在全身扩散后，尽管浓度不大，也能达到很好的造影效

34、果。尽管浓度不大，也能达到很好的造影效果。6.4 康普顿效应（证明康普顿效应（证明X射线的粒子性）射线的粒子性）A.H.Compton美美,(1892-1962） X射线与物质作用时，被散射线与物质作用时，被散射的射的X射线中有波长增长（频率射线中有波长增长（频率减小）的成分出现，并且波长的减小）的成分出现，并且波长的增长量随着散射角的增大而增大，增长量随着散射角的增大而增大，和散射材料无关。和散射材料无关。获获1927年度年度诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖X射线管射线管-+光阑光阑散射晶体散射晶体探测器探测器00 0 散射线中有两种波长散射线中有两种波长 0 、 0 随散射角随散射角 的增大而

35、增大的增大而增大实验规律实验规律一、经典物理解释一、经典物理解释散射晶体散射晶体受迫振动受迫振动0 00 00 单色电磁波单色电磁波照射照射电子受电子受迫振动迫振动发射发射同频率散射线同频率散射线说明：经典理论只能说明波长不变的散射，而不能说明说明：经典理论只能说明波长不变的散射，而不能说明康普顿散射。康普顿散射。1、入射光子与外层电子弹性碰撞、入射光子与外层电子弹性碰撞 二、量子解释二、量子解释外层外层电子电子受原子核束缚较弱受原子核束缚较弱动能光子能量动能光子能量 近似自由近似自由近似静止近似静止静止自由静止自由电子电子体系的能量、动量守恒体系的能量、动量守恒2200mchcmh sins

36、incoscos0vvmchmchch00 hch0 20cm2mcvm hch 200cmh202222220,/1EcpEmcEcmm康普顿康普顿散射公式散射公式经改写经改写后可得后可得上式表明上式表明: :散射光子的能量是入射光子能量的函数。散射光子的能量是入射光子能量的函数。利用：利用：经整理后得经整理后得散射光子的散射光子的能量公式能量公式 2120max, hEk 21)(0min hh)cos1 ()cos1 (00ccmh反冲电子的最大能量和光子的最小能量：反冲电子的最大能量和光子的最小能量：2、X射线光子和原子内层电子相互作用射线光子和原子内层电子相互作用光子质量远小于原子，碰撞时光子不损失能量，波长不变。光子质量远小于原子，碰撞时光子不损失能量，波长不变。内层电子被紧紧束缚，光子相当于和整个原子发生碰撞。内层电子被紧紧束缚，光子相当于和整个原子发生碰撞。光子光子内层电子内层电子外层电子外层电子波长变大的散射线波长变大的散射线波长不变的散射线波长不变的散射线三、物理意义三、物理意义02426. 011. 54 .122keVkeVcmhce1、电子的康普顿波长：、电子的康普