原子物理学X射线.ppt

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1、 原子物理学原子物理学第六章：x射线第一节第一节 x x射线的发现射线的发现第二节第二节 x x射线的产生机制射线的产生机制第三节第三节 Compton Compton散射散射第四节第四节 x x射线的吸收射线的吸收第第五五节节 x x射线射线在晶体中在晶体中的的衍射衍射第一节：第一节：X X射线的发现射线的发现外层电子外层电子内层的电子内层的电子？18071807年，英国物理学家道尔顿依据实验提出：年，英国物理学家道尔顿依据实验提出：“气体，液体和固体都是由该物质的不可分割气体，液体和固体都是由该物质的不可分割的原子组成。的原子组成。”“同种元素的原子，其大小、质量及各种性质同种元素的原子，

2、其大小、质量及各种性质都是相同的。都是相同的。”从而把哲学意义上的原子论推广到科学的原从而把哲学意义上的原子论推广到科学的原子论。子论。X X射线的射线的发现发现X X射线的射线的产生产生上一页上一页下一页下一页第第六六章章:X射射线线首页首页那么那么,线度大约在线度大约在 的原子是否真的不的原子是否真的不可再分割了？可再分割了？十九世纪末，连续三年的三大发现，首开十九世纪末，连续三年的三大发现，首开了人们向微观世界进军的先河。了人们向微观世界进军的先河。它们是：它们是：1895年德国的年德国的 Rontgen发现发现X射线；射线；1896年，法国的年，法国的 Becguerel发现了放射性；

3、发现了放射性；1897年，英国的年，英国的 ThomsonThomson发现了电子发现了电子；第一节：第一节：X X射线的发现射线的发现第第六六章章:X射射线线X X射线的射线的发现发现X X射线的射线的产生产生上一页上一页下一页下一页首页首页放在阴极射线管附近的照相底片模糊或感放在阴极射线管附近的照相底片模糊或感光。光。如如18791879年的克鲁克斯，年的克鲁克斯，18901890年的古德斯比年的古德斯比德等人，德等人，但发现但发现 X X 射线的却是伦琴。射线的却是伦琴。18691869年在苏黎世大学获博士学位。年在苏黎世大学获博士学位。18451845年出生于德国的一个商人家庭，年出生

4、于德国的一个商人家庭，X X射线的发现射线的发现伦琴伦琴第一节：第一节：X X射线的发现射线的发现第第六六章章:X射射线线X X射线的射线的发现发现X X射线的射线的产生产生上一页上一页下一页下一页首页首页18951895年年1111月月8 8日傍晚，伦琴在研究阴极射日傍晚，伦琴在研究阴极射线管中气体放电实验时，为了避免杂光对实线管中气体放电实验时，为了避免杂光对实验的影响，验的影响，他用黑纸板将管子包起来，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却发现距阴极管一段距离外的一块涂有铂氰酸钡酸钡 结晶物质的屏幕发出了荧光结晶物质的屏幕发出了荧光伦琴马上意识到伦琴马上意识到,

5、这可能是一种前所未有的新这可能是一种前所未有的新射线，射线，经检查发现经检查发现,射线来自阴极射线管管壁。射线来自阴极射线管管壁。第一节：第一节：X X射线的发现射线的发现第第六六章章:X射射线线X X射线的射线的发现发现X X射线的射线的产生产生上一页上一页下一页下一页首页首页令人惊奇的是令人惊奇的是当用木头等不透明物质挡住这种射线时，当用木头等不透明物质挡住这种射线时，荧光屏仍然发光，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，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。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经过一个多月的研究，他未能搞清这种射线的本

6、质，的本质，因此赋予它一个神秘的名字因此赋予它一个神秘的名字-X-X射线。射线。18951895年年1212月月2828日，伦琴向德国物理学医学日，伦琴向德国物理学医学会递交了第一篇关于会递交了第一篇关于X X射线的论文，论新的射射线的论文，论新的射线，并公布了他夫人的线，并公布了他夫人的X X射线手骨照片。射线手骨照片。第一节：第一节：X X射线的发现射线的发现第第六六章章:X射射线线X X射线的射线的发现发现X X射线的射线的产生产生上一页上一页下一页下一页首页首页第一节：第一节：X X射线的发现射线的发现第第六六章章:X射射线线X X射线的射线的发现发现X X射线的射线的产生产生上一页上

7、一页下一页下一页首页首页放射线的发现看似偶然，但正如杨振宁先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，生在评价这一故事时所说的那样，“科学家的科学家的灵感灵感对科学家的发现对科学家的发现非常重要非常重要；这种；这种灵感必源于他的丰富的实践和经验。灵感必源于他的丰富的实践和经验。”第一节：第一节：X X射线的发现射线的发现第第六六章章:X射射线线X X射线的射线的发现发现X X射线的射线的产生产生上一页上一页下一页下一页首页首页如图，在真空管如图，在真空管 两阴极和阳两阴极和阳极之间加高压，阳极选用不同的重金属材料极之间加高压，阳极选用不同的重金属材料制成，电子打在阳极上

8、便可得到制成，电子打在阳极上便可得到X X射线，其射线，其波长因高太的不同而异。波长因高太的不同而异。当当称称硬硬X X射线；射线；称称软软X X射线。射线。当当X X射线的射线的发现发现X X射线的射线的产生产生第一节：第一节：X X射线的发现射线的发现第第六六章章:X射射线线上一页上一页下一页下一页首页首页X X射线的性质射线的性质1 1）X X射线能使照相底片感光；射线能使照相底片感光；2 2）X X射线有很大的贯穿本领；射线有很大的贯穿本领；3 3）X 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 4）X X射线是不可见光，它能使某些物质发出射线是不可见光，

9、它能使某些物质发出可见光的荧光；可见光的荧光；5 5）X X射线本质上是一种电磁波，同此它具有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。反射、折射、衍射、偏振等性质。第一节：第一节：X X射线的发现射线的发现第第六六章章:X射射线线X X射线的射线的发现发现X X射线的射线的产生产生上一页上一页下一页下一页首页首页第二节：第二节：X射线的产生机制射线的产生机制 另一部分波长是分立的，与靶材料有关，成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，所以称为为某种材料的标识，所以称为标识谱标识谱，又叫，又叫特特征谱征谱-它迭加在连续谱上。它迭加在连续谱上。实验表明，实

10、验表明，X射线由两部分构成，一部分射线由两部分构成，一部分波长连续变化，称为波长连续变化，称为连续谱连续谱；连续谱连续谱标示谱标示谱第第六六章章:X射射线线上一页上一页下一页下一页首页首页连续谱连续谱轫致辐射轫致辐射1 1、连续谱的特征、连续谱的特征在上述产生在上述产生X X射线的装置中，电子打到阳极射线的装置中，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。分两点研究辐射的特性。1 1）连续谱与管压的关系（）连续谱与管压的关系（靶不变靶不变）前图表示以钨作阳极材料加不同电前图表示以钨作阳极材料加不同电压压时，时，以以为横轴，

11、辐射强度为纵轴；在不同管压下得为横轴，辐射强度为纵轴；在不同管压下得到的波长到的波长强度分布曲线。强度分布曲线。由图可见，当阳极材料不变时，由图可见，当阳极材料不变时，和和 随管压随管压V V的升高都向短波方向移动。的升高都向短波方向移动。第二节：第二节：X射线的产生机制射线的产生机制第第六六章章:X射射线线连续谱连续谱标示谱标示谱上一页上一页下一页下一页首页首页2 2）连续谱与阳极材料的关系（）连续谱与阳极材料的关系（电压不变电压不变）前图表示管压为前图表示管压为35KV35KV时，用钼和钨作靶材时，用钼和钨作靶材料时的料时的I I曲线。由图可见曲线。由图可见 与靶无关。是与靶无关。是由由管

12、压管压V V决定的。决定的。连续谱产生的微观机制连续谱产生的微观机制（1 1）连续谱不应该是原子光谱，而应该是连续谱不应该是原子光谱，而应该是 电子在靶上减速而产生的。电子在靶上减速而产生的。第二节：第二节：X射线的产生机制射线的产生机制第第六六章章:X射射线线连续谱连续谱标示谱标示谱上一页上一页下一页下一页首页首页设电子入射速度设电子入射速度 ，在靶上减速而损失的能，在靶上减速而损失的能量为量为 ；减速过程中的能量差为；减速过程中的能量差为 ，则则根据上面的分析，根据上面的分析，将以光子的形式向外辐射；将以光子的形式向外辐射；由于由于 是连续变化的，而是连续变化的，而 是一定的，是一定的，所

13、以所以 连续变化连续变化.即式中，即式中，v v是连续的，作为极限情况，是连续的，作为极限情况，则则从而得到从而得到，第二节：第二节：X射线的产生机制射线的产生机制第第六六章章:X射射线线连续谱连续谱标示谱标示谱=ev(1)上一页上一页下一页下一页首页首页上式表明，电子在电压上式表明，电子在电压V V下加速而获得能量下加速而获得能量并全部转化为辐射时并全部转化为辐射时 由此得：由此得：（1 1）式最早是在实验工作中，从实验数据）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，解释光电效的总结得到的。需要指出的是，解释光电效应的应的EinsteinEinstein方程是：方程是：当金

14、属的逸出功能很小时，近似的有：当金属的逸出功能很小时，近似的有：这与（这与（1 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 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。第二节：第二节：X射线的产生机制射线的产生机制第第六六章章:X射射线线连续谱连续谱标示谱标示谱(2)上一页上一页下一页下一页首页首页标识辐射标识辐射线状谱线状谱它是迭加在连续谱上的分立谱线它是迭加在连续谱上的分立谱线线状谱的特征线状谱的特征不同元素不同元素线线状状谱谱的波的波长长是不同的，从而成是不同的，从而成为为我我们识别们识别某种元素的某种元素的标标准，故得名准，故得名为标识

15、谱为标识谱，但是，但是他他们们的的线线系系结结构是相似的，都分构是相似的，都分为为K,L,M,K,L,M,等等线线系；且系；且谱线谱线具有精具有精细结细结构，构，K K系分系分为为；L L系分系分为为等；等；改变靶物质时，随改变靶物质时，随Z Z的增大，同一线系的线状的增大，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；谱波长向短波方向移动，但没有周期性变化；连续谱连续谱标示谱标示谱第二节：第二节：X射线的产生机制射线的产生机制第第六六章章:X射射线线上一页上一页下一页下一页首页首页某元素的标识谱与的化合状态无关；某元素的标识谱与的化合状态无关；对一定的阳极靶材料，产生标识谱的对一定的

16、阳极靶材料，产生标识谱的外界电压有一个临界值。外界电压有一个临界值。2 2.线状谱产生的机制线状谱产生的机制 通过对上述特点的分析、归纳、总结、我们可通过对上述特点的分析、归纳、总结、我们可得到如下几点结论：得到如下几点结论：1 1）线状谱产生于原子内层电子的跃迁。线状谱产生于原子内层电子的跃迁。2 2）产生线状谱的条件是：产生线状谱的条件是：a a.在原子的内层能级上有电子空位；在原子的内层能级上有电子空位；b b.其他壳层上电子向空位跃迁。其他壳层上电子向空位跃迁。第二节：第二节：X射线的产生机制射线的产生机制第第六六章章:X射射线线连续谱连续谱标示谱标示谱上一页上一页下一页下一页首页首页

17、 事实上，当外界提供足够大的能量时，使事实上，当外界提供足够大的能量时，使原子内层电子电离，原子内层电子电离，从而使原子内层出现空从而使原子内层出现空位，外层电子向内层补充，放出的能量便形成位，外层电子向内层补充，放出的能量便形成了了X X射线的标识谱。射线的标识谱。3 3.定律定律-线状谱的定量计算线状谱的定量计算 1913 1913年，英国物理学家年，英国物理学家MoseleyMoseley通过对不同通过对不同元素（不同元素（不同Z Z）的）的X X射线标识谱加以分析（共分射线标识谱加以分析（共分析了从钴到金的析了从钴到金的3838种元素）种元素）,发现一个规律：发现一个规律：对对同一同一

18、线线系的某条系的某条谱线谱线来来说说，不同元素的，不同元素的X X射射线线频频率的平方根与原子序数率的平方根与原子序数Z Z成成线线性关系，性关系，变变即即，比，比喻对喻对线线，MoseleyMoseley得到一个得到一个经验经验公式公式 （1）第二节：第二节：X射线的产生机制射线的产生机制第第六六章章:X射射线线连续谱连续谱标示谱标示谱上一页上一页下一页下一页首页首页 事实上，这个公式可以从玻尔理论得到，根事实上，这个公式可以从玻尔理论得到，根据玻尔理论，内壳层中缺一个电子的状态与碱金据玻尔理论，内壳层中缺一个电子的状态与碱金属原子中属原子中n n能级的状态相似，所以能级的状态相似，所以n

19、n能级的状态能能级的状态能近似用碱金属原子能级公式表示：近似用碱金属原子能级公式表示：式中式中反映了反映了跃跃迁迁电电子之外的子之外的电电子子对对核的核的总总屏蔽屏蔽效效应应，即，即跃跃迁迁电电子感受到的有效子感受到的有效电电荷是荷是Z-Z-，这这样样当当n=2n=2上的上的电电子向子向n=1n=1跃跃迁迁产产生生 线时线时，我，我们们有有 实验实验表明表明，将其余常数代入得，将其余常数代入得（2）（3）第二节：第二节：X射线的产生机制射线的产生机制第第六六章章:X射射线线连续谱连续谱标示谱标示谱上一页上一页下一页下一页首页首页4 4.线状谱的标记方法线状谱的标记方法前面提到，前面提到，X X

20、射线标识谱分为射线标识谱分为K,L,M,K,L,M,等线等线系，每一系的谱线也分系，每一系的谱线也分:,:,等。但是，能级并不只与主量子数等。但是，能级并不只与主量子数n n有关。还有关。还与与l,jl,j有关，所以谱线被标记为有关，所以谱线被标记为等。等。第二节：第二节：X射线的产生机制射线的产生机制第第六六章章:X射射线线连续谱连续谱标示谱标示谱上一页上一页下一页下一页首页首页5 5、标识谱产生的其它效应、标识谱产生的其它效应1 1）俄歇俄歇(Auger)(Auger)电子电子 当内壳层有空穴时，外层电子向内层跃迁当内壳层有空穴时，外层电子向内层跃迁发出的能量不产生发出的能量不产生X X射

21、线，而是将另一层电子电射线，而是将另一层电子电离，这样产生的电子称离，这样产生的电子称Auger LAuger L电子。电子。比如，比如，L L电子向电子向K K层跃迁所产生能量将层跃迁所产生能量将M M电子电子 电离，则相应的俄歇电子动能为：电离，则相应的俄歇电子动能为：第二节：第二节：X射线的产生机制射线的产生机制第第六六章章:X射射线线连续谱连续谱标示谱标示谱上一页上一页下一页下一页首页首页其中其中 分分别别是是K K、L L、M M壳壳层层中中电电子的子的结结合能，而合能，而这这些能些能量是由元素本性决定的，量是由元素本性决定的，所以所以也是由元素本性决定的，它可以作也是由元素本性决定

22、的，它可以作为为元素的元素的标识标识。因此因此AugerAuger电子测量可作为分析元素的手段之一；电子测量可作为分析元素的手段之一；、第二节：第二节：X射线的产生机制射线的产生机制第第六六章章:X射射线线连续谱连续谱标示谱标示谱上一页上一页下一页下一页首页首页2 2）核激发效应：内层电子间的跃迁，将能量核激发效应：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。传给原子核，使原子核跃迁到激发态。以上两个效应，分别是法国物理学家以上两个效应，分别是法国物理学家AugerAuger和和日本物理学家森田正一提出的，并分别被实验日本物理学家森田正一提出的，并分别被实验所证实。所证实。电子在

23、同步回旋加速器中，作圆周运动时产电子在同步回旋加速器中，作圆周运动时产生的辐射。称同步辐射，这实质上是带电粒子加生的辐射。称同步辐射，这实质上是带电粒子加速运动时辐射电磁波的一种表现。速运动时辐射电磁波的一种表现。同步辐射同步辐射第二节：第二节：X射线的产生机制射线的产生机制第第六六章章:X射射线线连续谱连续谱标示谱标示谱上一页上一页下一页下一页首页首页第三节：第三节：ComptonCompton散射散射 前面我们讨论了前面我们讨论了X X射线波的一面，事实上，射线波的一面，事实上，X X射线还有粒子性的一面，下面射线还有粒子性的一面，下面1 1.我们将要讨论的是我们将要讨论的是X X射线的粒

24、子性。射线的粒子性。按照经典理论，光在介质表面反射后按照经典理论，光在介质表面反射后,其频率是其频率是不会改变的。不会改变的。然而然而ComptonCompton在在X X射线与物质散射的实验里却射线与物质散射的实验里却发现，被散射的发现，被散射的X X射线中，除了与入射射线中，除了与入射X X射线具有射线具有相同波长成分外，还有波长增加的部分出现，且相同波长成分外，还有波长增加的部分出现，且这部分这部分X X射线的波长因散射角的不同而异。射线的波长因散射角的不同而异。这被称作这被称作ComptonCompton 效应。效应。它是经典理论所无法解释的。而量子理论可给予它是经典理论所无法解释的。

25、而量子理论可给予圆满的解释。圆满的解释。光子的描光子的描述述量子的解量子的解释释有关的讨有关的讨论论第第六六章章:X射射线线上一页上一页下一页下一页首页首页光子的能量的动量：光子的能量的动量：按照按照EinsteinEinstein的光子理论，光子的能量为的光子理论，光子的能量为 按相对论的能量关系按相对论的能量关系 对对于光子于光子 所以光子动量所以光子动量 第三节：第三节：ComptonCompton散射散射第第六六章章:X射射线线光子的描光子的描述述量子的解量子的解释释有关的讨有关的讨论论上一页上一页下一页下一页首页首页Compton Compton 认为，认为，X X射线射线在物质表面

26、的散射实际在物质表面的散射实际上是光子与电子的碰撞上是光子与电子的碰撞过程。碰撞中能量和动过程。碰撞中能量和动量守恒。量守恒。Compton Compton 散射散射设入射光子能量为设入射光子能量为hvhv，动量，动量 ，散射光子，散射光子能量为能量为 动量动量 ；初时电子静止，散射后质；初时电子静止，散射后质量量m m，动量，动量则守恒关系为：则守恒关系为：其中其中写成标量式后，上式化为：写成标量式后，上式化为：光子的描光子的描述述量子的解量子的解释释有关的讨有关的讨论论第三节：第三节：ComptonCompton散射散射第第六六章章:X射射线线上一页上一页下一页下一页首页首页由这组方程可解

27、得由这组方程可解得 此式可变为此式可变为 ComptonCompton解释是否正确，就要看它的结论是否解释是否正确，就要看它的结论是否与实验吻合。下面我们将对此进行讨论。与实验吻合。下面我们将对此进行讨论。（1）（2）第三节：第三节：ComptonCompton散射散射第第六六章章:X射射线线光子的描光子的描述述量子的解量子的解释释有关的讨有关的讨论论上一页上一页下一页下一页首页首页1 1.在（在（1 1）式中，令）式中，令得得，称为，称为ComptonCompton波长，波长，的表达式可见的表达式可见与与无关，不论无关，不论多少，多少，对实际对实际 ；在给定方向测；在给定方向测量，量，一定，

28、一定，一定；所以一定；所以越小，越小，才越大；才越大；的的X X射线，射线，而对可见光，而对可见光，很很大大 ，经典理论与实验符合的很好。经典理论与实验符合的很好。ComptonCompton解释的讨论解释的讨论很小，很小，所以通常情况下，观察不到这种波长的改变，所以通常情况下，观察不到这种波长的改变，由由 是一定的；是一定的；测量来说，有意义的测量是测量来说，有意义的测量是所以只对波长较短的所以只对波长较短的才大到足以被观察的程度。才大到足以被观察的程度。光子的描光子的描述述量子的解量子的解释释有关的讨有关的讨论论第三节：第三节：ComptonCompton散射散射第第六六章章:X射射线线上

29、一页上一页下一页下一页首页首页2 2.散射光的能量与入射光波长密切相关散射光的能量与入射光波长密切相关（2 2）式可改写为）式可改写为（3 3）由此可见由此可见 ；除；除之外，之外，随随E E 的增大程度是受到一定限制的，的增大程度是受到一定限制的，例如例如3 3.在任一方向，相干散射和非相干散射同时存在任一方向，相干散射和非相干散射同时存在在,通常定义通常定义的散射为的散射为相干散射相干散射，否则为否则为非相干散射非相干散射。第三节：第三节：ComptonCompton散射散射第第六六章章:X射射线线光子的描光子的描述述量子的解量子的解释释有关的讨有关的讨论论上一页上一页下一页下一页首页首页

30、 事实上，大量光子打向原子时，有些光子同内事实上，大量光子打向原子时，有些光子同内层束缚电子发生作用，却不能使其电离，总的效层束缚电子发生作用，却不能使其电离，总的效果是同整个原子发生弹性散射，此时果是同整个原子发生弹性散射，此时表达式变为表达式变为，由于，由于，故，故这便出现了相干散射。这便出现了相干散射。的微观机制是什么呢？的微观机制是什么呢？4 4.ComptonCompton波长的测量，为我们提供了另一种测量波长的测量，为我们提供了另一种测量PlanckPlanck常数的方法。常数的方法。，第三节：第三节：ComptonCompton散射散射第第六六章章:X射射线线光子的描光子的描述述

31、量子的解量子的解释释有关的讨有关的讨论论上一页上一页下一页下一页首页首页第四节：第四节：X X射线的吸收射线的吸收 X X射线通过物质时，我们将射线通过物质时，我们将X X射线称为光子，射线称为光子，则根据光子能量（则根据光子能量（hvhv）的不同，它们物质的相互）的不同，它们物质的相互作用有以下三种情况：作用有以下三种情况：1、X射线的光子打在吸收物上，打出电子来，射线的光子打在吸收物上，打出电子来，而光子本身消失了，此即光电效应。对光子来而光子本身消失了，此即光电效应。对光子来说，这是真实吸收。说，这是真实吸收。“光电效应光电效应”的电子可以是的电子可以是自由电子，也可以是束缚电子。光子能

32、量自由电子，也可以是束缚电子。光子能量hv不不太大是发生这种相互作用；太大是发生这种相互作用；2、X射线通过物质后，波长和能量发生改变，射线通过物质后，波长和能量发生改变，此称此称compton效应；当效应；当hv增大时，发生增大时，发生compton效应；效应；X射线与射线与物质的作物质的作用用定量计算定量计算吸收限吸收限第第六六章章:X射射线线上一页上一页下一页下一页首页首页以上三种效应不光与光子的以上三种效应不光与光子的能量能量有关，还与靶有关，还与靶的的原子序数原子序数有关。有关。光子能光子能hvhv大于电子静止质量的两倍时（大于电子静止质量的两倍时（1.02Mev1.02Mev），光

33、子在原子核场附近将转化为一对），光子在原子核场附近将转化为一对正、负电子。这被称作正、负电子。这被称作电子偶效应电子偶效应；3、第四节：第四节：X X射线的吸收射线的吸收第第六六章章:X射射线线X射线与射线与物质的作物质的作用用定量计算定量计算吸收限吸收限上一页上一页下一页下一页首页首页1 1.强度表达式强度表达式可见强度可见强度I(x)I(x)随随厚度厚度x x指数衰减指数衰减。设一束设一束X X射线，射向吸收体前强度是射线，射向吸收体前强度是，通过厚度为通过厚度为dxdx的吸收体后，强度增量为的吸收体后，强度增量为dIdI，减少量减少量-dI-dI将正比于将正比于dxdx和通过和通过dxd

34、x时的强度时的强度I I，若取比例系数为若取比例系数为，则则-dI=I-dI=I（x x）dxdx两边积分得两边积分得(1)X射线与射线与物质的作物质的作用用定量计算定量计算吸收限吸收限第四节：第四节：X X射线的吸收射线的吸收第第六六章章:X射射线线上一页上一页下一页下一页首页首页（1 1）线性吸收系数）线性吸收系数称其为线性吸收系数。通常定义称其为线性吸收系数。通常定义时的时的x x为吸收长度，即吸收长度为吸收长度，即吸收长度它表示透射粒子占入射粒子它表示透射粒子占入射粒子70%70%时吸收体的厚度。时吸收体的厚度。2 2.关于吸收系数的讨论关于吸收系数的讨论(1)式中，式中，x单位单位:

35、cm，单位：单位：；，第四节：第四节：X X射线的吸收射线的吸收第第六六章章:X射射线线X射线与射线与物质的作物质的作用用定量计算定量计算吸收限吸收限上一页上一页下一页下一页首页首页为了使吸收系数的数值不依赖于吸收体的物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），定义质量吸收系数理状态（汽、液、固），定义质量吸收系数,其中其中是吸收体密度。是吸收体密度。式中式中称为质量厚度，单位是称为质量厚度，单位是，称为质量吸收系数，单位为称为质量吸收系数，单位为（2）质量吸收系数质量吸收系数则（则（1 1）式化为：）式化为：第四节：第四节：X X射线的吸收射线的吸收第第六六章章:X射射线线

36、X射线与射线与物质的作物质的作用用定量计算定量计算吸收限吸收限上一页上一页下一页下一页首页首页 由前面的讨论可知，由前面的讨论可知，X X射线同物质的作用有三射线同物质的作用有三种，有些情况下，三种效应都是存在的。所以定种，有些情况下，三种效应都是存在的。所以定义一个总吸收系数，它是三种效应的迭加，即：义一个总吸收系数，它是三种效应的迭加，即：描绘出描绘出 随随X X射线能量的变化曲线是分析吸收体射线能量的变化曲线是分析吸收体的常用方法。的常用方法。（3 3）总吸收系数）总吸收系数第四节：第四节：X X射线的吸收射线的吸收第第六六章章:X射射线线X射线与射线与物质的作物质的作用用定量计算定量计

37、算吸收限吸收限上一页上一页下一页下一页首页首页 在在EE图中，在某一个能量图中，在某一个能量E E处，处，发声突发声突变，称之为吸收限。变，称之为吸收限。2.2.吸收限的应用吸收限的应用1.1.吸收限吸收限 产生吸收限的原因是：产生吸收限的原因是：当当X射线的能量恰能将吸收体某一内层电子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。电离，从而引起原子的共振吸收。X射线与射线与物质的作物质的作用用定量计算定量计算吸收限吸收限第四节：第四节：X X射线的吸收射线的吸收第第六六章章:X射射线线上一页上一页下一页下一页首页首页 应用应用1 1：运用：运用“通带通带”过滤片，选通某些光

38、过滤片，选通某些光强的强的X X射线射线.原理：我们知道，产生原理：我们知道，产生KX射线的阈能总要射线的阈能总要大于该元素本身大于该元素本身KX射线的能量。而某物质的射线的能量。而某物质的KX线的阈能正是该物质线的阈能正是该物质E图上图上K吸收限的能量吸收限的能量。因此因此 ，该物质的，该物质的KXKX射线的能量位置，必定在射线的能量位置，必定在K K吸收限的左边，并且靠近吸收限的附近。吸收限的左边，并且靠近吸收限的附近。第四节：第四节：X X射线的吸收射线的吸收第第六六章章:X射射线线X射线与射线与物质的作物质的作用用定量计算定量计算吸收限吸收限上一页上一页下一页下一页首页首页 根据这个原

39、理，我们用该根据这个原理，我们用该 元素成一个薄片，元素成一个薄片，放在放在x x射线射线的光路上，就可以使的光路上，就可以使kxkx线顺利线顺利通过，而其它频率成分被大量通过，而其它频率成分被大量吸收，从而起到选通某些频率吸收，从而起到选通某些频率x x射线的作用。射线的作用。比如黄铜是铜和锌的混合物，当射线打到黄比如黄铜是铜和锌的混合物，当射线打到黄铜上时，会同时出现铜上时，会同时出现CuCu和和ZnZn的特征的特征 射线，两射线，两者相差不大，我们可以用镍做成过滤片，者相差不大，我们可以用镍做成过滤片，由于由于(Cu)(Cu)的能量比镍的吸收限低，所以可的能量比镍的吸收限低，所以可以顺利

40、通过，以顺利通过，而而(Zn)(Zn)的能量比它高，将会被吸收。的能量比它高，将会被吸收。第四节：第四节：X X射线的吸收射线的吸收第第六六章章:X射射线线X射线与射线与物质的作物质的作用用定量计算定量计算吸收限吸收限上一页上一页下一页下一页首页首页应用应用2.在心血管造影术上的应用在心血管造影术上的应用 心血管阻塞是严重的心血管病变，治疗的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。常用的方法是心血第一步是查出阻塞的地点。常用的方法是心血管造影。管造影。在血管中注入造影剂碘（在血管中注入造影剂碘（）；）；I I对对X X射线射线吸收要比肌肉、骨骼对吸收要比肌肉、骨骼对X X射

41、线吸收强得多。射线吸收强得多。因此，在因此，在X光照射下，哪里血管有阻塞，光照射下，哪里血管有阻塞，I无法达到，无法达到，哪里就能被显示出来。哪里就能被显示出来。它的原理是：它的原理是：第四节：第四节：X X射线的吸收射线的吸收第第六六章章:X射射线线X射线与射线与物质的作物质的作用用定量计算定量计算吸收限吸收限上一页上一页下一页下一页首页首页 但这种方法要求有较大浓度才能造影，但这种方法要求有较大浓度才能造影，所所以早期是将很细的导管插入人体股动脉，在导管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，病人痛苦而且有一定危险。中注入碘再造影，病人痛苦而且有一定危险。新的造影术利用碘

42、的新的造影术利用碘的K吸收限，在碘的浓度吸收限，在碘的浓度不是很大时，用两种能量不是很大时，用两种能量 的的X射线分别造影；射线分别造影；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 吸吸收系数很小，收系数很小，吸收系数很大，对两次造影的吸收系数很大，对两次造影的进进行数值处理并相减，以消除肌肉和骨骼的影响行数值处理并相减，以消除肌肉和骨骼的影响。第四节：第四节：X X射线的吸收射线的吸收第第六六章章:X射射线线X射线与射线与物质的作物质的作用用定量计算定量计算吸收限吸收限上一页上一页下一页下一页首页首页 两次造影时，肌肉、骨两次造影时，肌肉、骨骼对的贡献是几乎相同的

43、。骼对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射线吸收的贡献。如果某一个部位两的贡献。如果某一个部位两次造影值相减后几乎为零，次造影值相减后几乎为零，说明没有碘的贡献，这就很说明没有碘的贡献，这就很容易查出血管阻塞处。容易查出血管阻塞处。采用这种方法，碘通过静脉注入血管，在采用这种方法，碘通过静脉注入血管，在全身扩散后，尽管浓度不大，也能达到很好的全身扩散后，尽管浓度不大，也能达到很好的造影效果。造影效果。第四节：第四节：X X射线的吸收射线的吸收第第六六章章:X射射线线X射线与射线与物质的作物质的作用用定量计算定量计算吸收限吸收限上一页上一页下一页下一页首页首页第六章第六章:X射线射线