大学物理（原子物理学）知识梳理与例题选讲：§07 X射线

X射线的基本性质

# X射线的基本性质

• 发现： 1895年伦琴
• 产生：高能物质轰击靶物质，产生短波长电磁波

## X射线的波性

• 折射：不明显，折射率 n = 0.999
• 偏振
• 波长、能量
• 衍射：晶体衍射

## X射线衍射应用：确定晶体的结构

X射线的产生机理

# 实验现象

注：X射线不是特定波长的电磁波，而是一个范围的电磁波

• 特征峰与轰击的原子有关
• 连续谱：X射线线谱中光滑连续的线谱

## 连续谱：轫致辐射

• 短波极限：X射线线谱中的最小的波长

### 轫致辐射

轫致辐射：由外界的高能物质所决定

### 问题

1、为什么连续？

自由电子没有能级，其为连续的能量，因而在与原子碰撞后也为连续，所以连续谱为连续的

2、为什么存在波长λ_min？

## 特征峰

与靶原子有关

原子激发 -> 退激发

• 原子激发：内层电子跃迁，进而产生电子层级的空穴
• 退激发：外层电子填补空穴

## 特例物质

有些物质不能发生特征X光

有些原子的最大电子跃迁【即基态电子能量】不能达到X射线的电磁波能量，如氢原子

康普顿散射

# 康普顿散射

## 现象

## 解释现象

### 光的粒子性解释

#### 理论计算

由相对论，可得

消去φ，可得

变换可得

等式左侧，可得

等式的右侧，可得

整理，可得

可求出波长之差Δλ

其中康普顿波长 λ_c

#### 解释现象

由康普顿公式可解释 1、2、4的问题

## 问题

### λ_0的存在？

原因：自由电子的假设并不都是成立的，X射线既与自由电子发生碰撞，也可能由原子的内层电子发生碰撞

### 不被电子吸收？

X射线能量较大，电子也要遵循不超越光速，因而只能发生碰撞，而不是如光电效应一样发生吸收。

# 例题：康普顿散射

## 例1：与自由电子的碰撞

• 出射光子的最小能量

• 电子的最大动能

注意：此为相对论体系

可得动量 E_k 为

## 例2：康普顿散射

求解

结果为

# 章节结语