原子物理学第八九章

教学要求

（1）了解X射线发现的实验事实、产生方法，掌握X射线的连续谱与标识谱的特征和产生的机制，解释同X射线有关的原子能级产生的原因。（2）了解X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。（3）了解X射线在晶体中的衍射的规律。第八章：X射线7/1/20232第一节：X射线的产生和波长的测定一、电磁波谱原子光谱光学光谱:原子受激发,价电子跃迁所获得的谱。(从红外线---可见光---紫外线：10-3~10-9米）X射线光谱：原子内壳层电子跃迁所获得的谱。电磁波谱二、X射线的发现1895年，伦琴用黑纸把阴极射线管包起来，发现1m远处的荧光屏上发出微弱的荧光，甚至将屏移出2m之外还有荧光出现。这种射线走直线，不反射、不折射，也不受磁场偏折。所以他称未知的射线为X射线。但它的穿透性很强，可穿透他夫人的手显示出手骨骼图象。1.X射线的发现1879年,克鲁克斯证明了阴极射线是带电的粒子流。该照片在医学上具有划时代意义。1895年12月28日，伦琴宣读了“论新的射线”；1901年获第一个诺贝尔物理奖。２．性质：穿透性很强；对动植物组织有刺激作用。３．本质：是波长很短的电磁波（0.001nm~1nm)使气体电离；使照相底片爆光；４·X射线的产生:一般由高速电子打在物体上产生。

在实验室由X射线管产生。使荧光屏发出荧光；阴极电子真空管X射线图X

射线管示意图三、X射线波长的测定

1912年，劳厄指出X射线是波长很短的电磁波。他借助晶体这－天然光栅观察X射线的衍射，证明了X光的波动性。劳厄因研究晶体的X射线获1941年诺贝尔物理奖。原理：利用X射线在晶体的衍射可以测定它的波长从任何一晶面上，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：dAB出射线就会加强。用布另喇格油公式叼可以释计算尿晶面颜距，塞反之锋，若泳已知d，还可厌以确百定X射线征的波熄长。从而您在给向定θ下可逗确定X射线鬼的波痛长λ。晶体冻可形胁成许骗多不岸同取酱向的橡晶面痒。在θ方向夫衍射含的X光将鉴得到革加强酿，出挎现了汉劳厄驴光斑我。原子间距由,给出，d=0.282nm。四、测定耗强度笛：由谱削线的赛深浅妨程度走可以汁测出限相对启强度P2按23。例如1(略g)的Na侮Cl怪(A=5养8.孤5)，其密右度：ρ=2聪.1糟63预(g表/c挺m3拜)，所皇以分忍子数丛密度凤为S1S2AA1OCPx射线狮摄谱屈仪示皮意图OA蔑/r居=2=O恳A/拔2近r已知唯晶格呈常数d，测刮出值及钱其对叠应的n值，装代入拨布拉背格公拢式，炕求出。6/柜26枝/2甜02姓313第二做节、X射线施的发泥射谱连续真谱，溪钨靶果，不炮同的牧电压标识驶谱：戴钨靶颈和钼究靶，舟相同副的电野压。6/悲26俭/2烟02睁314一、沿连续富谱1、特丘性(p污22金5)波长病是连宜续变套化的肢，有恶一最土短波辫长，理最短议波长常只与嗽加速躲电压当有关红，与座阳极关材料盈无关蛮。2、最妈短波芳长当电爷子动席能全疏部转醋变成炊光子把能量U-加速银电压6/杆26魂/2殃02汉3153、产醒生机缓理当高锹速电除子打求到靶匠上时沸，与幻玉靶中局的原谢子核凑发生刃碰撞伸，速村度骤旬减而狼产生淡辐射——轫致损辐射二、暴标识兼谱1、特千性①线显状谱吓，波狼长决页定于应阳极厉材料泳，是佳元素敏的标况识辜；②各进元素攀的标徒识谱拒有相搂似性转；③谱卧线系迈与化积学成无分无飞关；④要缩慧有足席够的族电压泳才能翁产生爪标识捡谱朵。6/傍26速/2炸02裁3162、产永生机百理由高替速电诉子与吹原子道发生掩非弹飘性碰扑撞，遣使原夜子的贯内层胡电子抖电离逗而产幻玉生空览位，灭当外冲层电差子跃府迁至祝内层糠时，边就辐戏射标爱识谱暮。6/后26爸/2婚02蝇3173、标挠识谱啄的谱至线光谱粉项敞：则谱韵线的尤波数腥：X射线艺谱线窄系:①K线系辨：L、M、N各层信电子避→K层空缠位②L线系肃：M、N各层少电子竭→L层空著位③M线系债：N、O各层袋电子伤→M层空保位依次怨类推4.莫塞朝莱定州律及原化子序贪数的兵测定(P闭22白7)根据铺元素X射线聪在图闻上的家位置,就可由定出请该元妻素的班原子爬序数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。6/杂26完/2婚02锁320同步吸辐射肚*同步激辐射企是速溜度接脖近光弹速（v≈梁c）的识带电绢粒子者在磁饭场中普沿弧韵形轨受道运坚动时拒放出存的电圾磁辐蔽射，杠由于亏它最揪初是领在同步哪加速臣器上观匆察到受的，篮便又燥被称握为“旁同步炊辐射蜜”。主要视特点贴：1、功利率大（超判大功涉率X光管壁比同平步辐宵射的耻功率邪小了凶四个葬量级返）2、能原谱宽（从喝远红架外、旷可见表光、习紫外半直到荒硬X射线谣）3、方过向性批好4、特则定的软时间哀结构（是立一种图脉冲砖光，足脉冲亲宽度驱为0.乱1～1纳秒捧）5、完幼全的谢平面超偏振训波光涂（同步耽辐射恶在电净子轨促道平骨面内厅是完全偏晴振的夏光糠）6/旧26难/2值02上321同步熟辐射维的应孔用①近材代生翁物学：测定管蛋白经质的条结构忌和蛋枪白质斩的分爹子结盘构,通过X射线钟小角魄散射灾可研鄙究蛋扔白质浅生理对活动催过程研和神胸经作巨用过费程等续的动臭态变章化，②固体法物理镇学,可用午于研详究固悟体的塘电子锣状态传、固甩体的芝结构仔、激社发态叫寿命福及晶炎体的朗生长眠和固门体的仍损坏幼等动脂态过寨程。③表秘面物茎理学授和表夹面化闭学，可胳用于玩研究阴固体劲的表掏面性暴质，涉如半尸导体棉和金菠属表朵面的抛光特勺性；胆物质老的氧撇化、别催化赵、腐宰蚀等宴。④结筑构化睁学，可用汇于测赖定原忌子的垒配位崭结构泳、大例分子营之间裂的化吊学键坝参数自等，像如对错催化太剂、哈金属爽酶的贯结构田测定论。⑤医岂学，可用导于肿西瘤的氧诊断块和治族疗，块如测缎定血孩液内浓一些起元素键的含浑量、秘血管界造影恩、诊识断人然体内原各种寺肿瘤她和进畜行微课型手滚术以熟除去艳人体隙特殊寸部位梦的一情些异殖常分业子等辈。⑥免光刻毫技术纸，普遍晶采用市的紫承外线足光刻绳的最就小线施宽约2微米坊，而俱同步幸辐射云光近揉似平咳行光吼束,用于露光刻幕时其耳线宽肾可降棚至20埃，堤使分剩辨率画提高墨几个过数量乱级岸。6/厕26扒/2已02殖322用同砖步辐辞射拍银的医资学照惊片6/西26渣/2享02寻323第三甘节顽同X射线启有关不的原搂子能隐级一、零镉的需能级珠图1、能月级图基态扯电子仓组态秘：一个1s电子匙电离携：一个2s电子蠢电离嫩：一个2p电子多电离婆：依次校类推6/筝26琴/2孤02趁3246/燃26笑/2贿02去325二、筑跃迁坚的选票择定椅则三、X射线母谱线晃系K线系欢：L线系高：6/进26叔/2榴02赌326四、邪和碱饱金属捉原子胜光谱咱比较因为厦满壳粘层失击去一默个电咱子的请原子舒态和鲁一个幅价电狱子的馋碱金楚属原甩子态鸡相同疼。所录以，X射线结标识递谱和联碱金长属原轨子的度光谱劳和能点级有剧相似犁的结欧构。能级→双室层光谱星→双碎线或恳更多6/牵26其/2替02尺327第四刺节X射线希的吸椒收一、百两类四相互盼作用多次莫小相傻互作报用全或载无相耽互作屠用6/辩26盆/2余02抗328二、X射线阻的吸咐收系数极计为μ，则盆：射线笼经过厦单位舌厚度挖后减足弱的拨百分严数，备称为晨衰减钟系数6/葡26情/2推02棋329积分鲜后朗伯瓦－比导耳定沙律ρ是吸输收体辛密度,χρ(m酷g/补cm2)称质越量厚警度，μ/ρ(c烦m2/m赠g)称质丢量衰芬减系余数。绑上式会还可坦写成改写紫因子6/辣26枕/2赛02计330射线芹减弱现的原僚因吸收散射三、齿吸收收限原子麻各壳臣层有灾一个锐电子壁电离御时需死要吸轨收的拥能量K吸收限电离能(ev)26.7124.0193.7273.5330.7810.6660.6320.42300.420nlj

101/2201/2211/2213/2301/2311/2313/2323/2325/2基态MLKL吸收限M吸收限Cd的电冻离态阀能级6/易26毙/2硬02迹3326/港26沈/2而02膊333从上点图不宗难看垫出，绒吸收摘系数汁随X光子景能量断增加鸽而下肥降，爬这是浓由于X光子以能量蛛越高屋，其况穿透黎性越存强。串仔细叹观察唐会发竖现，艘图中μ有几任处突跌变。排它们蜡对应K、L、M…吸收掘线。K、L、M…吸收秋限是X光子汪分别件使K层、L层、M层一丑个电环子电煎离发泳生共聪振吸府收的酱能量饰。μ的突印变即程吸收扁限的库出现央，再猎证明该原子筛内部没电子粪的壳绳层结资构。6/协26脖/2叠02歌334第五可节康普迎顿效锡应一、闯康普妥顿效铁应（雷散射吹）当X射线抵通过井一些是较轻善元素战的物疤质时然，散雹射光申中除五了与驼后来专波长狡相同晒的X射线吨以外镜，还源有波割长变狼长的X射线品，这无种效点应叫惭康普仅顿效阁应。实验晴结果歪：①对衡同一声散射胖物质且随φ的增宁加，慢新谱侵线增挨强6/拥26暑/2侄02朴335②对蚀不同陪的散迹射物琴，只代要φ相同买，△λ相同腥，但殊波长劳变长相的射筝线强净度随Z的增锡加而在减少寸。二、角散射肿公式头的推语导6/爷26雪/2崭02处336能量他守恒倍：动量测守恒终：相对搞论关订系：，6/渴26绪/2迟02芳337意义周：用光售子概衫念成勺功地跃解释扫了X光的为散射女实验代，这控是继屑光电袄效应园之后答，再捆次证斩明光动的粒分子性雷。并振指出财像光维子、词电子叮这样声的微性观粒检子也悔服从材守恒哥律。狗康普离顿散石射是X光与渐物质眯相互辉作用页的一辩种形垦式。6/差26速/2夏02信338第九践章霉原子突核物狡理原子宣核物轨理：研究对原子院核的鼻结构缸、性泡质及欧其变紧化6/暂26颤/2效02记339第一拾节找原子覆核的肝基本州性质一、方原子旧核的府电荷Z-核电斯荷数粒（原姐子序柿数）测Z支1和91毯3年莫够塞莱Z=母1~笛92天然跪元素Z>鞭92超铀辽元素二、认原子女核的浪成分19腊32年湖查德沿威克扔发现易了中娃子6/肌26丙/2惧02艇340三、脂原子快核的副质量原子准核的扛质量≈原子蛾的质寄量-核外针电子立的质容量6/吐26胀/2昏02狼341原子啦质量=原子舰量*偷原子疲质量激单位质量翅数A：原子捏质量培以u为单赶位时鄙，其略值却毙接近汪一个烂整数，烟称为扔质量仆数同位倚素：Z相同懒，A不同妙的元腐素同量短异位铸素：A相同窃，Z不同唐的元黎素、同质域异能赚素：劲同一顺种原钥子核欢处在剂不同伯的能帽量状爷态6/秆26卫/2开02粗342四、磁原子搂核的佳大小实验赔表明狼，核冰半径体积密度五、叛原子汇核的春角动发量I—缘瑞—核的诵自旋张量子帖数6/听26察/2狭02神343I角动鹊量在捷某一后方向杰的分组量原子戒的总奇角动野量六、档原子痰核的烟磁矩玻尔碎磁子核磁诉子6/慌26勇/2舞02度344核磁脖矩磁矩花在z方向际的投奏影最大猴值P2舌896/开26不/2全02伟345七、弹原子委核的供电四陕极距实验格证明湾，原排子核爷的电饮四极盈距原子果核的级电四批极距待与电块荷分喂布的改关系6/接26邮/2皇02敞346八、矮原子拌核的坏结合杂能1、结垂合能原子培质量≈原子混核质月量+电子迟质量6/刑26蓝/2献02凡347核的毒质量删亏损怨：组疫成原枕子核贝的单差个核品子质姻量之咬和与该原务子核丧质量防之差6/必26倚/2焰02院348结合姨能：2、平前均结边合能添（比芒结合忌能）①定甜义凝：把原敢子核叶拆成历自由激核子申时平舌均对孩每个共核子至所需男作的质功或核定子结课合成贪原子奴核时泄平均捡每个佛核子焦所放咸出的嫁能量再。ε越大斜，核匠越稳情定②比甲结合使能曲拴线6/扒26谢/2犯02坊3496/蚕26泪/2晒02催350（a)中等愧质量六的核恒（A=降40泰~1煮20耕)，ε大，怠核结凭合得其紧，壳稳定揉性堵好，对轻换、重芦核，ε小，懂核结牺合得横松，谨稳定逆性差夺。获得荡核能均的两致个途慈径：韵（一拌）重论核裂绢变（二耕）轻击核聚湖变（b)当A>妥30时，ε≈常数谱，△E∝蜓A,显示石核力皂的饱闻和性呜。（c）对A<都30的核煤，ε随A有周屋期性纳的变盗化，A=咐4的倍盲数时狡，ε最大极，说罚明存酷在壳闹层结圈构。6/强26此/2活02处351第二沟节蝇原子高核的荐放射屯衰变一、戴放射丘性衰萌变及激其规担律1、放射楼性衰暮变：衫一种絮元素矛的原浙子核岩自发卧地放嫌射某冠种射楚线变勤成另跨一种艘元素缴的原患子核枪的过鼓程放射衡性核棍素：天然人造18罗96年，毁法国具，贝心克勒微耳，上铀盐18陶98年，射居里钱夫人6/很26老/2犁02滩3522、射披线3、衰失变规移律t灰N适用急于大睬量单炒独存悲放的午放射捆性原环子核衰变槽规律6/薪26冈/2侧02按353衰变膏常数峰：λ越大拣衰变彩越快物理选意义正：表从示单烤位时透间内旧每个凤原子款核的验衰变腔几率半衰轧期T：放射泼性核引素的堆原子香核书利目衰红变到书原来查的一竖半所秀需的辩时间几种后放射载物及汁其半宰衰期α4.笑5×109年α16枕22年α3.泉82日β+20咱.4分α31串0-7秒放射阀物射线半衰跨期T6/规26袄/2脆02武355放射恐性原存子核擦在衰薄变前贿平均汉生存状的时毛间三者地关系睁：4、放射层性活美度（1）放射岂性活晶度的昼定义觉：单佛位时经间内痒发生呼核衰瓜变的矿次数6/惜26蝴/2桐02禾356通常记称为放停射性石强度夜，又霸称放称射性建活度躲，用I表示魔。（2）放射窄性活韵度的雷单位6/痛26徐/2搅02盆357二、荒放射卧系许多叠放射成性同件位素钉并非嫩一次蛇衰变殊就达表到稳把定，台而是给一代烤接一沫代地梢衰变煎，直溜到稳绳定的街核素键为止快，这避样就待构成江一个溪放射牢系，消自然螺界共栏有四亲个放煎射系废，其碧中三念个是披天然沃存在米的，烟一个筐是人蓬工制闯造的息。6/饲26骗/2赶02歪3581、四押个放炸射系2、位井移定灭则衰亭变6/茧26谜/2染02徐359β衰变3、四绢个放楚射系敞的特遣点(P盗29抄9-远30含2)(1甜)起源户于一炼个半巨衰期帖很长痰的重召元素辟，（2）各掩子代批表分宵别由、β衰变害形成誓，A、按甘位移蛮定则俭减少悲，最后拢变成厉一个逮稳定元的核层素，（3）每咏个系筋各代匆的质群量数A满足采一个帅规律却，(4捷)有放巷射性惯分支优，(5龟)三个走天然煌放射剖系都坚有气皂体核触素Rn。6/御26栽/2冠02恨360三、衰瞒变：原子紫核放兽出一琴个粒段子而抄变成就另一尸个原匠子核泻的过诉程1、衰滤变方取程2、衰副变能Ed：原子叔核在汤衰变御过程痒中释妙放的据能量故，也等浴于衰螺变后溜和衰蝇变前跟体系求的动围能之美差。设母撤核原冰来静站止，V0=0榨,质量钞为mx,子核拴速度李为V,质量胖为my根据姑动量荡守恒吃定律狂：6/朋26柔/2驳02六361(1昨)计算蹲衰变孝能方萄法之妄一6/绘26宁/2北02台362(2猾)计算这衰变礼能方佩法之因二根据雄衰变付前后暮总能该量守兰恒有松：衰变糊能：6/吨26露/2兴02便363用相洪应的典原子虎质量埋代替戏核的司质量惜，忽虑略电蔑子与忙原子阶核之巾间的迷结合掌能，石则3、衰悟变条瓶件例：判断是否发生衰变。6/抖26染/2迎02坟364不能遍发生衰笛变4、能谱伟和原渗子核当能级测得粒子取的动炮能有躲六种此外有能量不同五种射线。

镭放挠射两荒种能残量不盆同的粒子索，其血结果闹又都方变成爹氡，赤这说都明氡吴实际红上存店在着醒两种物不同揉的状柄态：歼正常狼态和演激发嫁态。如果提把与蓄氡核骑正常台态对六应的走能级唯取为乖零，稼即E0=0，那么骂激发量态的雷能级械便为E1=0什.1系84规Me锣V。例：勺对镭更的衰狼变测得粒洽子的扮动能阵分别介为：相应扒的衰士变能简：，4.滋61拉2M警eV，市4.壳79恳3M输eV，亏0.召18椒9M快eV4.商87终90.枪18散40氡镭显然偏，当每氡核睬由激透发态斧向基但态跃绪迁时厚，要侦发射阔能量h=续0.寄18才4M吼eV的光赌子。先实验送上观拜测到h=妻0.动18庭9M甘eV的光移子。6/暗26律/2至02贪367粒恨子能普谱具矿有分府立特祝性－介原子雹核具谱有分设立的塘能量别状态。四、衰变1、β衰变味能谱(1泄)β粒子较能量枝连续警分布(2咽)具有兴确定蚂的最扫大值Em，且Em=Ed(3疑)曲线里有一纯极大男值，撤此处6/庭26立/2绸02保3682、β粒子票能谱匆引发常的困成境：第一李，β粒子屯能谱隆是连灯续的架，而恐原子挡核具始有分使立能遥级。第二秒，能漆