北京大学物理学院-第3章-原子和分子.2..优秀PPT.ppt

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1、其次节其次节 X射线射线1一、一、X X射线的放射射线的放射(X-ray(X-ray emission)emission)K 阴极，阴极，A 阳极阳极(钼、钨、铜等金属钼、钨、铜等金属)，A K间加几万伏高压，以加速阴极放射的热电子。间加几万伏高压，以加速阴极放射的热电子。-KAX射线射线XX射线管射线管+21895年底，伦琴发表了年底，伦琴发表了论新的射线论新的射线的报告，并展示了第一张的报告，并展示了第一张x射线的照片射线的照片他的妻子的手指骨。他的妻子的手指骨。l895年德国物理学家伦琴在作阴极射线管中气体放电的试验探年德国物理学家伦琴在作阴极射线管中气体放电的试验探讨时，偶然发觉了有一

2、种使荧光屏上有微弱的荧光产生的看不讨时，偶然发觉了有一种使荧光屏上有微弱的荧光产生的看不见的射线。见的射线。沿直线传播沿直线传播不被电磁场偏转不被电磁场偏转穿透性强穿透性强(不被物质反射和折射不被物质反射和折射)他把这种未知射线称为他把这种未知射线称为x 射线射线。(1879年克鲁克斯曾埋怨放在他的阴极射线管旁边的照相年克鲁克斯曾埋怨放在他的阴极射线管旁边的照相底片老出现模糊的阴影底片老出现模糊的阴影)；(1890年古德斯比德和詹宁斯都发觉他们阴极射线管后面年古德斯比德和詹宁斯都发觉他们阴极射线管后面的照相底片特殊发黑的照相底片特殊发黑)。W.C.Rontgen,Science,3(1896)

3、227W.C.Rontgen,Science,3(1896)7261、X射线的发觉射线的发觉3伦琴的发觉引起了全世界物理学界和医学界的猛烈反应伦琴的发觉引起了全世界物理学界和医学界的猛烈反应伦琴的报告发表后仅三个伦琴的报告发表后仅三个月后，维也纳的一家医院月后，维也纳的一家医院就在外科检查中运用了就在外科检查中运用了x射射线拍片手段。线拍片手段。其次年其次年(1896年年)就有近千就有近千篇有关篇有关x射线的探讨和应用射线的探讨和应用的文章发表。的文章发表。当时人们以照当时人们以照x射线像为时髦射线像为时髦1,500 scientific communications within first

4、 twelve months.US scientists repeated experiments within four weeks.4 柏柏林林科科学学院院在在致致伦伦琴琴的的贺贺词词中中说说到到：“科科学学史史告告知知我我们们，在在每每一一项项科科学学发发觉觉中中，功功劳劳和和幸幸运运独独特特地地结结合合在在一一起起；在在这这种种状状况况下下，很很多多外外行行人人或或许许认认为为幸幸运运是是主主要要的的因因素素。但但是是，了了解解您您的的创创建建特特性性特特点点的的人人将将会会懂懂得得，正正是是您您，一一位位摆摆脱脱了了一一切切成成见见的的、把把完完善善的的试试验验艺艺术术和和最最高高的

5、的科科学学诚诚意意及及留留意意力力结结合合起起来来的探讨者，应当得到作出这一宏大发觉的华蜜。的探讨者，应当得到作出这一宏大发觉的华蜜。”Nobel Prize,1901“in recognition of the extraordinary services he has rendered by the discovery of the remarkable rays subsequently named after him”1901年获得了首次颁发的年获得了首次颁发的诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。伦琴(德国)18451923 Wilhelm Conrad Rontgen5x射线性质：射线性

6、质：x 射线是一种高能光子射线是一种高能光子穿透性很强。穿透性很强。用一般光栅视察不到衍射现象。用一般光栅视察不到衍射现象。x射线是波长很短的电磁波射线是波长很短的电磁波(0.1100)衍射现象很小。衍射现象很小。人的肉眼看不见人的肉眼看不见x射线，但射线，但x射线能使气体电离，使照相底射线能使气体电离，使照相底片感光，能穿过不透亮的物体，还能使荧光物质发出荧光。片感光，能穿过不透亮的物体，还能使荧光物质发出荧光。x 射线呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转；当穿过射线呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转；当穿过物体时仅部分被散射。物体时仅部分被散射。x 射线对动物有机体射线对动物有机体(其中

7、包括对人体其中包括对人体)能产生巨大的生理能产生巨大的生理上的影响，能杀伤生物细胞。上的影响，能杀伤生物细胞。6发觉的发觉的X射线是什么呢？人们初步认为是一种电磁波，于是想射线是什么呢？人们初步认为是一种电磁波，于是想通过光栅来视察它的衍射现象，但试验中并没有看到衍射现象。通过光栅来视察它的衍射现象，但试验中并没有看到衍射现象。缘由是缘由是X射线的波长太短，只有一埃射线的波长太短，只有一埃(1)。一光栅一光栅d=3 104(每每mm333条刻痕条刻痕)，则第一级明纹满足：，则第一级明纹满足：=3.3 10-4rad事实上是无法分辩的。要分辩事实上是无法分辩的。要分辩X射线的光栅也要在埃的数射线

8、的光栅也要在埃的数量级才行。量级才行。人们想到了晶体。因为晶体有规范的原子排列，且原子间人们想到了晶体。因为晶体有规范的原子排列，且原子间距也在埃的数量级。是自然的三维光栅。距也在埃的数量级。是自然的三维光栅。0.002o71912年德国物理学家劳厄想到了这一点，去找普朗克老师，没年德国物理学家劳厄想到了这一点，去找普朗克老师，没得到支持后，去找正在攻读博士的索末菲，两次试验后最终做得到支持后，去找正在攻读博士的索末菲，两次试验后最终做出了出了X射线的衍射试验。射线的衍射试验。X-ray晶体晶体crystalLauespots晶体的三维光栅晶体的三维光栅Three-dimensional“di

9、ffractiongrating”LauespotsproveswavepropertiesofX-ray2、劳厄斑、劳厄斑8由由于于晶晶体体的的晶晶格格常常数数约约10nm，与与X射射线线波波长长接接近近，衍射现象明显。衍射现象明显。单晶片单晶片X射线射线照相底片照相底片在在照照相相底底片片上上形形成成对对称称分分布布的的若若干干衍衍射射斑斑点点，称称为为劳劳厄斑。厄斑。9劳厄(德国)Max von Laue 1879-1960,1914年诺贝尔物理奖1912年通过让X射线穿过硫化锌水晶的试验，证明X射线是波长特别短的横波。10 1913年英国的布拉格父子，提出了一种精确探讨X射线的方法，并

10、作出了精确的定量计算。不但能说明劳厄斑点，而且能用于对晶体结构的探讨。由于父子二人在X射线探讨晶体结构方面作出了巨大贡献，于1915年共获诺贝尔物理学奖。晶体是由彼此相互平行的原子层构成。这些原子层称作晶晶体是由彼此相互平行的原子层构成。这些原子层称作晶面。面。X射线会在不同的晶面上反射。射线会在不同的晶面上反射。晶格常数：晶格常数：d掠射角掠射角:X 射线射到晶射线射到晶面时与晶面夹角。面时与晶面夹角。3、布拉格公式、布拉格公式 衍射中心衍射中心 点间散射光的干涉点间散射光的干涉每个原子都是散射子波每个原子都是散射子波的子波源。的子波源。11即当即当2d sin =k 时各层面上的反射光相干

11、加强，形时各层面上的反射光相干加强，形成亮点，称为成亮点，称为k 级干涉主极大。该式称为布喇格公式。级干涉主极大。该式称为布喇格公式。布拉格公式布拉格公式X射线经两晶面反射后，两束光的光程差为：射线经两晶面反射后，两束光的光程差为：已知已知、可测可测d X射线晶体结构分析射线晶体结构分析。已知已知、d 可测可测 X射线光谱分析。射线光谱分析。应用应用121913年，布拉格父子测定X射线的波长1915年，共同获诺贝尔物理奖William Henry Bragg(18621942)William Lawrence Bragg(18901971)13 在在医医学学和和分分子子生生物物学学领领域域也也

12、不不断断有有新新的的突突破破。19531953年年英英国国的的威威尔尔金金斯斯、沃沃森森和和克克里里克克利利用用X X射射线线的的结结构构分分析析得得到到了了遗遗传传基基因因脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸(DNA)(DNA)的的双双螺螺旋旋结结构构，荣荣获获了了19621962年年度度诺诺贝贝尔尔生生物和医学奖。物和医学奖。x射射线线的的应应用用不不仅仅开开创创了了探探讨讨晶晶体体结结构构的的新新领领域域，而而且且用用它可以作光谱分析，在科学探讨和工程技术上有着广泛的应用。它可以作光谱分析，在科学探讨和工程技术上有着广泛的应用。14X X射线射线(光子光子)的能量范围是从的能量范围是从 100eV

13、100eV 到到 100,000eV100,000eV。这么大的能量表示这么大的能量表示X X射线射线可以穿透人体可以穿透人体(甚至骨头甚至骨头)它的波长是多少它的波长是多少?0.01 nm 0.01 nm 10 nm 10 nm二、二、X射线谱及其产朝气制射线谱及其产朝气制15X-Ray ProductionBlack Body RadiationWould require temperature over 10 times hotter than surface of sunExcitation of outer electronsTypically have energy around

14、10 eVRadioactive DecaysHard to turn on/offHow do you produce 100 eV photons?1516The full electromagnetic spectrum is called light17X射线管抽成真空（射线管抽成真空（10-610-8mmHg），），阴极阴极K是加热的是加热的,放射电子用放射电子用;阳极阳极A一般为钨、钼、铂等重金属一般为钨、钼、铂等重金属“靶靶”。利用晶体衍射的布利用晶体衍射的布喇格公式测定波长喇格公式测定波长;依据记录底片上依据记录底片上的黑度测定强度。的黑度测定强度。在两极间加上几万伏高电压，电

15、子就在强电场在两极间加上几万伏高电压，电子就在强电场的作用下飞向阳极，的作用下飞向阳极，在阳极在阳极A上产生上产生x射线。射线。18试验表明，试验表明，X X射线由两部分构成，一部分波长连续变更，称射线由两部分构成，一部分波长连续变更，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，又叫特征谱材料的标识，所以称为标识谱，又叫特征谱它迭加在连续它迭加在连续谱上。下面对这两部分谱线的特点和产朝气制进行具体分析。谱上。下面对这两部分谱线的特点和产朝气制进行具体分析。19All Together Now.Breh

16、msstrahlung X-Rays and Characteristic X-Rays both occur at the same time.0 0intensityKKintensityKKintensity 0 034201.连续谱连续谱高速电子到达阳极后与阳极中的原子相撞，高速电子到达阳极后与阳极中的原子相撞，速度降下来，电子有了加速度而辐射的电磁波。速度降下来，电子有了加速度而辐射的电磁波。这种辐射称为这种辐射称为韧致辐射韧致辐射。21(1)为什么具有为什么具有连续谱连续谱的特征？的特征？(2)为什么连续谱的形态与阳为什么连续谱的形态与阳极的材料无关？极的材料无关？(3)为什么连续

17、谱都有一为什么连续谱都有一个个截止波长截止波长（或频率）？（或频率）？与阳极的材料无关，仅与电压有关！与阳极的材料无关，仅与电压有关！由于大量电子有各种大小的由于大量电子有各种大小的加速度，因此韧致辐射的加速度，因此韧致辐射的x射线具有连续谱的特征；射线具有连续谱的特征；由于它只是由于它只是管中电子管中电子有加速度有加速度而辐射产生的；而辐射产生的；相相对对强强度度波长波长（）截截止止波波长长35kV22电子被高压加速所获得的动能为电子被高压加速所获得的动能为 Ek=eU轫致辐射的轫致辐射的X射线中包含各种波长成分，即连续谱。短波长射线中包含各种波长成分，即连续谱。短波长(短波极限短波极限)0

18、与电子全部动能转变为光子能量相对应，即与电子全部动能转变为光子能量相对应，即0.100.060.02106235kV50kV40kV30kV20kVKK波长波长nm相相对对强强度度连续谱不应当是原子光谱，而应当是电子在靶上减速而产生的。被高压加速连续谱不应当是原子光谱，而应当是电子在靶上减速而产生的。被高压加速后的电子进入靶内，可以到达不同的深度，其速率从后的电子进入靶内，可以到达不同的深度，其速率从 0 0骤减为骤减为0 0，有很大的加，有很大的加速度，而伴随着带电粒子的加速运动，必定有电磁辐射产生，这便是产生速度，而伴随着带电粒子的加速运动，必定有电磁辐射产生，这便是产生x x射射线连续谱

19、的缘由，用光子的概念可以对连续谱的产生给出定量的分析。线连续谱的缘由，用光子的概念可以对连续谱的产生给出定量的分析。0的存在是的存在是量子论量子论正确性的又一例证。正确性的又一例证。它与阳极的材料无它与阳极的材料无关，仅与电压有关。关，仅与电压有关。也可用它来测普朗克常数也可用它来测普朗克常数h。右图表示在不同加速电压下钨靶发出的右图表示在不同加速电压下钨靶发出的X射射线连续谱线连续谱(实线实线)。23短波长短波长 0 高压加速动能 一个电子经过一个电子经过50,000V50,000V高压加速，当它打在靶上产生的高压加速，当它打在靶上产生的x x射线的射线的短波长短波长 0是多少？是多少？电子

20、打在靶上损失全部的能量，同时放射出电子打在靶上损失全部的能量，同时放射出x x射线射线intensity 0 0韧致辐射韧致辐射举例举例X X射线连续谱可称为光电效应的逆效应！射线连续谱可称为光电效应的逆效应！24当加速电压比较高时，在当加速电压比较高时，在x射线连续谱的射线连续谱的“山丘山丘”上会出现上会出现一些一些“尖塔尖塔”。人的人的指纹指纹可作为某人的特征可作为某人的特征这些尖塔可以作为某种这些尖塔可以作为某种元素的元素的“指纹指纹”尖塔的位置与阳极尖塔的位置与阳极靶材料元素有关，与电压靶材料元素有关，与电压U无关。故称为无关。故称为特征谱特征谱。2.线状谱线状谱(特征谱、标识谱特征谱

21、、标识谱)25特征谱产生的机制特征谱产生的机制能量比能量比“空位空位”能量高的电子就会跃迁下来到这空位，同时放能量高的电子就会跃迁下来到这空位，同时放出电磁波，波长当然与此原子的特性有关，此即特征谱。出电磁波，波长当然与此原子的特性有关，此即特征谱。因为原子的内层电子的能级差值较大，放出的光子的频率较大，因为原子的内层电子的能级差值较大，放出的光子的频率较大，波长就较短，属于波长就较短，属于x射线波段。射线波段。高速粒子将能量给了靶原子的高速粒子将能量给了靶原子的内层电子内层电子，使内层电子跃迁到能，使内层电子跃迁到能量较高的最外层或完全脱离原子量较高的最外层或完全脱离原子(即电离即电离)，内

22、层留下了，内层留下了“空位空位”。内层电子跃迁内层电子跃迁 E：103eV 104eV ：10-1 102特征谱的定量计算特征谱的定量计算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射线射线标识谱加以分析标识谱加以分析(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)，发觉一个规律：，发觉一个规律：对对K K线系，有一个阅历公式线系，有一个阅历公式26Moseley(1913)画出画出X-ray特征谱的频率图发觉特征谱的频率图发觉常数常数C很好的符合玻尔理论计算的很好的符合玻尔理论计算的电子从电子从n=2到到n=1的跃迁过程的跃迁

23、过程!Moseley is credited withdiscovering the charge of the atomic nucleus(Z).为什么是为什么是Z-1?莫赛莱公式不只建立了原子序数是一个可测量的试验数值，而且还赐予原子序数一个物理含义，即原子序数是原子核的电荷数目(后来科学家发觉是质子数目)。因为莫赛莱对于X射线的探讨成果，在周期表上可以依照原子序数来排列各个元素，而不是依据原子量。这个新的排列方法使得镍元素(Z=28.587)与钴元素(Z=27.589u)的排列位置相互对易。这一探讨成果也使得科学家能够计算出谱线的数值，核对半量子的玻尔模型。27事实上，这个公式可以从玻

24、尔理论得到，依据玻尔理论，内壳层中缺一个电子的状态与碱金属原子中n能级的状态相像，所以n能级的状态能近似用碱金属原子能级公式表示：式中反映了跃迁电子之外的电子对核的总屏蔽效应，即跃迁电子感受到的有效电荷是Z-，这样当n=2上的电子向n=1跃迁产生K线时，有试验表明1，将其余常数代入得28特征谱的标记方法特征谱的标记方法 X射线标识谱分为K,L,M,等线系，每一系的谱线也分为,等。所以谱线被标记为K，K，K ZeKLM N OL系系K系系-e-e产生空穴的方法：产生空穴的方法：e-X；p-X；I-X；X-X 质子荧光分析质子荧光分析p-X(PIXEProtonInducedX-rayEmissi

25、on)29估算从银靶估算从银靶(Z=47)(Z=47)上出射的上出射的K K X X射线的能量射线的能量LKn=2n=1photon(试验值 21.7KeV)Not bad!留意留意!K K X X射线出射表明在射线出射表明在K K层有一个电层有一个电子空穴被子空穴被L L层电子补偿，可以假设层电子补偿，可以假设有有一个电子一个电子被原子核束缚，则银被原子核束缚，则银靶的有效电荷为靶的有效电荷为Z=(47-1)Z=(47-1)K K X X射线计算举例射线计算举例intensityK30The two plots correspond to X-ray tubes that are:1)Ope

26、rating at different voltages2)Contain different elements3)Both4)NeitherX-Ray QuestionThe characteristic peaks(K and K)are the same position,same element.0 is different.intensityKK intensityKK 31intensityintensityWhich graph corresponds to the tube being operated at the higher voltage?1)Top 2)BottomK

27、K Continuous spectrum of deceleration x-rays00Higher voltage means higher energy deceleration x-ray photon can be produced,or smaller maximum wavelength,0 0.X-Ray Question32intensityintensityThe top spectrum comes from a tube with a silver target(Ag,47).What is the bottom target?1)PB 462)Ag 473)Cd 4

28、8KK X X射线的连续谱射线的连续谱00X X射线特征谱的能量与射线特征谱的能量与有效电荷有效电荷(Z-1)(Z-1)成正比成正比 E E增加增加=Z=Z增大增大X-Ray Question33三三.X射线应用举例射线应用举例 X光透视光透视(假彩色假彩色)CT(透亮片透亮片)精密分析物质的成分。精密分析物质的成分。(所需样品量小，所需样品量小，10g足够足够,无损伤，灵敏度高无损伤，灵敏度高)例如例如.对珍贵出土文物的分析对珍贵出土文物的分析1965年出土的年出土的2500年前的年前的越王勾践宝剑越王勾践宝剑的成分。的成分。例如例如.对人的头发中痕量元素分析对人的头发中痕量元素分析长寿、疾

29、病、弱智与痕量元素的关系。长寿、疾病、弱智与痕量元素的关系。例如例如.空气采样分析空气采样分析(上海与拉萨上海与拉萨)34Radiation in Aviation Security X-ray ApplicationFrom:Heimann Systems,Wiesbaden,GermanyAdvanced Multi X-ray Energy Method35数码数码X光片展示鱼类内部构造光片展示鱼类内部构造2008年9月26日消息，据探究杂志报道，自隶属美国史密森学会的国家自然历史博物馆从19世纪中期起先收集海洋动物标本以来，鱼类标本数量急剧增长。美国国家鱼类保藏馆如今拥有约350万鱼类

30、标本。史密森学会博物馆的馆长们在鱼类构造(Ichthyo:The Architecture of Fish)一书中展示了其标本的数码X光片。书中还有海洋学家让-米歇尔柯斯蒂、鱼类学家丹尼尔帕里、摄影艺术博物馆主任黛博拉克罗切克和摄影探讨人员斯蒂芬妮柯莫(Stephanie Comer)等专家学者所写的小短文。图片中显示的是一种称为图片中显示的是一种称为“拜尔海鳗拜尔海鳗”(Bayersmoray)的的珍稀海鳗，它们一般躲藏在东南亚和大洋洲海疆的暗礁四周。珍稀海鳗，它们一般躲藏在东南亚和大洋洲海疆的暗礁四周。36在摄影术问世前，手工制作的图示被用于记录在摄影术问世前，手工制作的图示被用于记录自然

31、之美。柯莫和克罗切克在书中写道：自然之美。柯莫和克罗切克在书中写道：“1895年，年，X光的发觉使得用胶卷捕获这种动光的发觉使得用胶卷捕获这种动物和物体微小内部构造的照片成为可能。物和物体微小内部构造的照片成为可能。”一一个多世纪过去了，个多世纪过去了，X光技术仍在不断向我们供光技术仍在不断向我们供应令人叫绝的照片，比如黄貂鱼的这张奇妙照应令人叫绝的照片，比如黄貂鱼的这张奇妙照片。片。X光照片使动物看上去活敏捷现。鱼类探讨者丹尼尔光照片使动物看上去活敏捷现。鱼类探讨者丹尼尔帕里在书中一片短文中写道：帕里在书中一片短文中写道：“我们会常常想起这我们会常常想起这条鱼的嘴，身体倒成了其次。条鱼的嘴，

32、身体倒成了其次。”依据其牙齿或下颚确依据其牙齿或下颚确定一种动物如何进食，常常让科学家伤透脑筋。但是，定一种动物如何进食，常常让科学家伤透脑筋。但是，有时有时X光会让动物最终一顿美餐清晰地呈现在大家的光会让动物最终一顿美餐清晰地呈现在大家的眼前，以这条巨鲶眼前，以这条巨鲶(sharkcatfish)为例，它的肚子中就为例，它的肚子中就有几个蛤，巨鲶特别擅长消化这种东西。有几个蛤，巨鲶特别擅长消化这种东西。国家鱼类保藏馆成立之初从国家鱼类保藏馆成立之初从“威尔克斯探险威尔克斯探险”(WilkesExpedition)购买鱼类标本，购买鱼类标本，“威尔克斯探险威尔克斯探险”是一次从是一次从1838

33、年至年至1842年环游南太平洋的任务。如今，鱼类探讨人员每年仍会向保藏馆供应数千种新鱼类。这些照片最初的目的年环游南太平洋的任务。如今，鱼类探讨人员每年仍会向保藏馆供应数千种新鱼类。这些照片最初的目的是让史密森学会的科学家去探讨鱼类的内部构造，同时不必对它们进行解剖。照片中的尖嘴鱼是是让史密森学会的科学家去探讨鱼类的内部构造，同时不必对它们进行解剖。照片中的尖嘴鱼是1929年从菲律宾捕年从菲律宾捕捞的。捞的。37史密森学会照片图书馆如今保藏有约史密森学会照片图书馆如今保藏有约2万种不同鱼类万种不同鱼类的标本，供应了堪称无价的海洋多样性的记录。这些的标本，供应了堪称无价的海洋多样性的记录。这些玻

34、甲鱼玻甲鱼(shrimpfish)属于虾鱼科属于虾鱼科(centriscidae)家族家族，这个家族共有，这个家族共有13种不同种类。玻甲鱼亦称种不同种类。玻甲鱼亦称“剃刀鱼剃刀鱼”(razorfish)，因为它们的口鼻部尖尖的，长度大，因为它们的口鼻部尖尖的，长度大约达到约达到8英寸英寸(约合约合20厘米厘米)。黄麻鲈、刺河豚、河豚，还是刺猬鱼黄麻鲈、刺河豚、河豚，还是刺猬鱼(porcupinefish)，无论你怎么称呼这些水生动物，它们均拥有应付捕，无论你怎么称呼这些水生动物，它们均拥有应付捕食者的有力武器。这张食者的有力武器。这张X光照片显示的是处于防备状光照片显示的是处于防备状态的刺猬

35、鱼态的刺猬鱼(前面前面)，体内充溢水和空气，锋利的尖刺，体内充溢水和空气，锋利的尖刺全部绽开，后面则是它处于正常、放松的状态。一旦全部绽开，后面则是它处于正常、放松的状态。一旦膨胀起来，刺猬鱼的身长将达到其正常身长的两倍，膨胀起来，刺猬鱼的身长将达到其正常身长的两倍，其中一些种类还有毒。如此一来，这些奇异的水生动其中一些种类还有毒。如此一来，这些奇异的水生动物少有对手也就不足为奇了。物少有对手也就不足为奇了。海洋学家兼电影导演让海洋学家兼电影导演让-米歇尔米歇尔柯斯蒂在书中柯斯蒂在书中写道，写道，“90%商业放养的大型鱼类因过度捕捞从商业放养的大型鱼类因过度捕捞从海洋消逝了。我被迫得出这样的结

36、论，即我们海洋消逝了。我被迫得出这样的结论，即我们正正全力以赴全力以赴歼灭海洋中的鱼类。歼灭海洋中的鱼类。”多种海多种海马处于危急之中，包括照片中所示的马处于危急之中，包括照片中所示的“侏儒小侏儒小海马海马”，它们已被列为，它们已被列为“易受威逼易受威逼”物种。物种。38四、俄歇电子和同步辐射四、俄歇电子和同步辐射(Auger electron and synchrotron radiation)外层电子向空位跃迁时，可以不放射外层电子向空位跃迁时，可以不放射X X射线，将射线，将能量传给同层的其他电子或更外层的电子，这个电子能量传给同层的其他电子或更外层的电子，这个电子获得能量而脱离原子，称

37、为俄歇获得能量而脱离原子，称为俄歇(P.V.Auger)(P.V.Auger)电子。电子。对于一个原子来于一个原子来说，激，激发态原子在原子在释放能量放能量时只只能能进行一种放射：特征行一种放射：特征X射射线或俄歇或俄歇电子。原子序数子。原子序数大的元素，特征大的元素，特征X射射线的放射几率的放射几率较大，原子序数小大，原子序数小的元素，俄歇的元素，俄歇电子放射几率子放射几率较大，当原子序数大，当原子序数为33时，两种放射几率大致相等。因此，俄歇两种放射几率大致相等。因此，俄歇电子能子能谱适用于适用于轻元素的分析。元素的分析。39电磁场理论早就预言：在真空中以光速运动的相对论带电粒子在二极磁场

38、电磁场理论早就预言：在真空中以光速运动的相对论带电粒子在二极磁场作用下偏转时，会沿着偏转轨道切线方向放射连续谱的电磁波。作用下偏转时，会沿着偏转轨道切线方向放射连续谱的电磁波。:/ssrf.sinap.ac/kp/kp2.html任何带电粒子作加速运动都要辐射电磁波。若电子和质子沿相同半径圆形任何带电粒子作加速运动都要辐射电磁波。若电子和质子沿相同半径圆形轨道以相同的能量作圆周运动，则电子产生的辐射能量比质子大轨道以相同的能量作圆周运动，则电子产生的辐射能量比质子大1013倍。倍。19471947年人类在电子同步加速器上首次观测到这种电磁波，通常是在电子同年人类在电子同步加速器上首次观测到这种

39、电磁波，通常是在电子同步加速器上获得这种辐射，故称步加速器上获得这种辐射，故称同步辐射同步辐射，后来又称为同步辐射光，并称，后来又称为同步辐射光，并称产生和利用同步辐射光的科学装置为同步辐射光源或装置。产生和利用同步辐射光的科学装置为同步辐射光源或装置。3030多年来，同步辐射光源已经验了三代的发展，它的主体是一台电子储存多年来，同步辐射光源已经验了三代的发展，它的主体是一台电子储存环。第一代同步辐射光源的电子储存环是为高能物理试验而设计的，只是环。第一代同步辐射光源的电子储存环是为高能物理试验而设计的，只是“寄生寄生”地利用从偏转磁铁引出的同步辐射光，故又称地利用从偏转磁铁引出的同步辐射光，

40、故又称“兼用光源兼用光源”；其；其次代同步辐射光源的电子储存环则是特地为运用同步辐射光而设计的，主次代同步辐射光源的电子储存环则是特地为运用同步辐射光而设计的，主要从偏转磁铁引出同步辐射光；第三代同步辐射光源的电子储存环对电子要从偏转磁铁引出同步辐射光；第三代同步辐射光源的电子储存环对电子束放射度和大量运用插入件进行了优化设计，使电子束放射度比其次代小束放射度和大量运用插入件进行了优化设计，使电子束放射度比其次代小得多，因此同步辐射光的亮度大大提高，并可从波荡器等插入件引出高亮得多，因此同步辐射光的亮度大大提高，并可从波荡器等插入件引出高亮度、部分相干的准单色光。第三代同步辐射光源依据其光子能

41、量覆盖区和度、部分相干的准单色光。第三代同步辐射光源依据其光子能量覆盖区和电子储存环中电子束能量的不同，又可进一步细分为高能光源、中能光源电子储存环中电子束能量的不同，又可进一步细分为高能光源、中能光源和低能光源。凭借优良的光品质和不行替代的作用，第三代同步辐射光源和低能光源。凭借优良的光品质和不行替代的作用，第三代同步辐射光源已成为当今众多学科基础探讨和高技术开发应用探讨的最佳光源。已成为当今众多学科基础探讨和高技术开发应用探讨的最佳光源。40同步辐射光具有高度稳定性、高通量、微束径、准相干等独特而优异的性能。同步辐射光具有高度稳定性、高通量、微束径、准相干等独特而优异的性能。作为产生作为产

42、生X射线的新方法，一种新型光源其优异特性：射线的新方法，一种新型光源其优异特性：宽宽波波段段：同同步步辐辐射射光光的的波波长长覆覆盖盖面面大大，具具有有从从远远红红外外、可可见见光光、紫紫外外直直到到X射线范围内的连续光谱，并且能依据运用者的须要获得特定波长的光。射线范围内的连续光谱，并且能依据运用者的须要获得特定波长的光。高高准准直直：同同步步辐辐射射光光的的放放射射集集中中在在以以电电子子运运动动方方向向为为中中心心的的一一个个很很窄窄的的圆圆锥内，张角特别小，几乎是平行光束，堪与激光媲美。锥内，张角特别小，几乎是平行光束，堪与激光媲美。高高偏偏振振：从从偏偏转转磁磁铁铁引引出出的的同同步

43、步辐辐射射光光在在电电子子轨轨道道平平面面上上是是完完全全的的线线偏偏振振光，此外，可以从特殊设计的插入件得到随意偏振状态的光。光，此外，可以从特殊设计的插入件得到随意偏振状态的光。高高纯纯净净：同同步步辐辐射射光光是是在在超超高高真真空空中中产产生生的的，不不存存在在任任何何由由杂杂质质带带来来的的污污染，是特别纯净的光。染，是特别纯净的光。高高亮亮度度：同同步步辐辐射射光光源源是是高高强强度度光光源源，有有很很高高的的辐辐射射功功率率和和功功率率密密度度，第第三代同步辐射光源的三代同步辐射光源的X射线亮度是射线亮度是X光机的上亿倍。光机的上亿倍。窄窄脉脉冲冲：同同步步辐辐射射光光是是脉脉冲

44、冲光光，有有优优良良的的脉脉冲冲时时间间结结构构，其其宽宽度度在在10-1110-8秒秒之之间间可可调调，脉脉冲冲之之间间的的间间隔隔为为几几十十纳纳秒秒至至微微秒秒量量级级，这这种种特特性性对对“变变更更过过程程”的的探探讨讨特特别别有有用用，如如化化学学反反应应过过程程、生生命命过过程程、材材料料结结构构变变更更过过程程和环境污染微观过程等。和环境污染微观过程等。可可精精确确预预知知：同同步步辐辐射射光光的的光光子子通通量量、角角分分布布和和能能谱谱等等均均可可精精确确计计算算，因因此它可以作为辐射计量此它可以作为辐射计量特殊是真空紫外到特殊是真空紫外到X射线波段计量射线波段计量的标准光源

45、。的标准光源。41Synchrotron Radiation Large international facilities.-Brightest X-ray sources available.Cost about 1 billion Euros.-Sweden has a cheap one in Lund.User communities of scientists travel to them.42小小结结X射线射线X射线的放射射线的放射X射线谱及其产朝气制射线谱及其产朝气制X射线应用举例射线应用举例俄歇电子和同步辐射俄歇电子和同步辐射43Gamma RayThe universe in different spectral regionsX-RayVisible44MicrowaveThe universe in more spectral regionsIR45END4647