第2節(jié)X射線的發(fā)射譜

1、8.2 X8.2 X射線的發(fā)射譜射線的發(fā)射譜裝置包括三部分：裝置包括三部分：1 1、X X射線發(fā)生器射線發(fā)生器 （X X射線管）；射線管）；2 2、分光計(jì)（晶、分光計(jì)（晶 體，相當(dāng)于柵）；體，相當(dāng)于柵）；3 3、記錄儀。、記錄儀。X射線波譜儀一、一、X X射線的發(fā)射光譜射線的發(fā)射光譜將結(jié)果按照將結(jié)果按照 展開，每一個(gè)展開，每一個(gè) 代表一個(gè)波長，照片上的黑度表代表一個(gè)波長，照片上的黑度表示示X X射線的強(qiáng)度。可以得到射線的強(qiáng)度?？梢缘玫絏 X射線的發(fā)射譜。射線的發(fā)射譜。X射線譜由兩部分組成：射線譜由兩部分組成：一是波長連續(xù)變化的一是波長連續(xù)變化的連續(xù)譜連續(xù)譜，它，它的最小波長只與外加電壓有關(guān)；另

2、一部分是具有分立波長的最小波長只與外加電壓有關(guān)；另一部分是具有分立波長的線狀譜，波長取決于靶材料，稱為的線狀譜，波長取決于靶材料，稱為標(biāo)識譜、特征譜標(biāo)識譜、特征譜。鎢靶，不同外加電壓鎢靶和鉬靶，固定外加電壓【問題問題】連續(xù)譜和特征譜分別是如何產(chǎn)生的？都是原子能級連續(xù)譜和特征譜分別是如何產(chǎn)生的？都是原子能級的躍遷嗎？的躍遷嗎？二、二、X X射線的連續(xù)譜射線的連續(xù)譜【產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件】僅當(dāng)電子能量不超過某一限度時(shí)，才只發(fā)射連僅當(dāng)電子能量不超過某一限度時(shí)，才只發(fā)射連續(xù)譜。續(xù)譜。 【特特 征征】 強(qiáng)度隨波長變化，有明顯的極值（強(qiáng)度隨波長變化，有明顯的極值（ min）. . min與材料無關(guān)，只與加速電

3、壓有關(guān)，當(dāng)加與材料無關(guān)，只與加速電壓有關(guān)，當(dāng)加 速電壓增高時(shí)速電壓增高時(shí) min減小。減小?！井a(chǎn)生機(jī)制產(chǎn)生機(jī)制】快速電子射到陽極上快速電子射到陽極上, ,受到陽極中原子核的庫侖受到陽極中原子核的庫侖場作用就會(huì)驟然減速，由此伴隨產(chǎn)生的輻射稱場作用就會(huì)驟然減速，由此伴隨產(chǎn)生的輻射稱之為之為軔致輻射軔致輻射。由于電子速度連續(xù)變化，所以由于電子速度連續(xù)變化，所以產(chǎn)生連續(xù)譜。產(chǎn)生連續(xù)譜。 連續(xù)譜的能量來自電子動(dòng)能連續(xù)譜的能量來自電子動(dòng)能, ,因而因而 minmin 與陽極材料無關(guān)。與陽極材料無關(guān)。 連續(xù)變化連續(xù)變化 連續(xù)變化連續(xù)變化由能量守恒由能量守恒: :212hcmveV消耗在靶上的熱能通常通常 :

4、 :（ 為轉(zhuǎn)化為光子能量的比例系數(shù)為轉(zhuǎn)化為光子能量的比例系數(shù)) )hceVhmin1.24nm(kV)hceVVmin1; 0 0hceVeVh時(shí)，時(shí)，由于由于V和和 min均可以由實(shí)驗(yàn)測定，因此可以用這個(gè)公式來測定普均可以由實(shí)驗(yàn)測定，因此可以用這個(gè)公式來測定普朗克常數(shù)。朗克常數(shù)。19151915年，杜安和亨特用這個(gè)方法測量普朗克常數(shù)與年，杜安和亨特用這個(gè)方法測量普朗克常數(shù)與用光電效應(yīng)的方法測量的用光電效應(yīng)的方法測量的h值完全一致，進(jìn)一步說明普朗克常數(shù)值完全一致，進(jìn)一步說明普朗克常數(shù)的普適性。稱之為量子極限，是量子論正確性的又一證明。的普適性。稱之為量子極限，是量子論正確性的又一證明。特征特征

5、X射線譜是由英國的射線譜是由英國的巴克拉巴克拉首先發(fā)現(xiàn)的。他觀察到：首先發(fā)現(xiàn)的。他觀察到：從任何給定元素中發(fā)出的從任何給定元素中發(fā)出的特征譜包含若干系列特征譜包含若干系列，按輻射的，按輻射的硬度硬度（貫穿能力）遞減次序可以標(biāo)以（貫穿能力）遞減次序可以標(biāo)以K、L、等，等，K系列系列包含包含K 、K 、K ，其中，其中K 最強(qiáng)，最強(qiáng)，實(shí)際上是由兩根譜線構(gòu)實(shí)際上是由兩根譜線構(gòu)成的（成的（ 1和和 2）。）。L系列包含系列包含L 、L 、L ，因特征譜的因特征譜的發(fā)現(xiàn)使他獲發(fā)現(xiàn)使他獲1917年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。三、三、X X射線的特征（標(biāo)識）譜射線的特征（標(biāo)識）譜30keV30keV電

6、子撞電子撞擊銀靶產(chǎn)生的擊銀靶產(chǎn)生的X X射線射線特征譜特征譜特征特征X X射線也被用來作為元素的標(biāo)識，也稱為射線也被用來作為元素的標(biāo)識，也稱為標(biāo)識譜標(biāo)識譜。12 12 1 躍遷到躍遷到 n=1 的結(jié)果。的結(jié)果。K 波長最長，強(qiáng)度最大，是波長最長，強(qiáng)度最大，是 n=2 躍遷到躍遷到n=1的結(jié)果；的結(jié)果；K 是是 n=3 躍遷到躍遷到 n=1的結(jié)果。的結(jié)果。L線系：線系：內(nèi)層內(nèi)層電子電子從從 n 2 躍遷到躍遷到 n=2的結(jié)果的結(jié)果。M線系線系：內(nèi)層內(nèi)層電子從電子從 n 3 躍遷到躍遷到 n=3 的結(jié)果的結(jié)果?！綳 X射線的躍遷射線的躍遷】【X X射線的能級射線的能級】X X射線特征譜來源于原子內(nèi)

7、層電子的躍遷射線特征譜來源于原子內(nèi)層電子的躍遷，但是內(nèi)層的電子是填，但是內(nèi)層的電子是填滿的，根據(jù)泡利原理，不可能再增加電子。要產(chǎn)生滿的，根據(jù)泡利原理，不可能再增加電子。要產(chǎn)生X X射線特征譜，射線特征譜，就需要把原子內(nèi)層電子電離出去，使原子處于電離態(tài)。就需要把原子內(nèi)層電子電離出去，使原子處于電離態(tài)。由于滿殼層的軌道角動(dòng)量、自旋角動(dòng)量和總角動(dòng)量都為零，所由于滿殼層的軌道角動(dòng)量、自旋角動(dòng)量和總角動(dòng)量都為零，所以少一個(gè)電子的殼層的上述角動(dòng)量分別與該殼層只有一個(gè)電子以少一個(gè)電子的殼層的上述角動(dòng)量分別與該殼層只有一個(gè)電子的角動(dòng)量相同（方向相反）。的角動(dòng)量相同（方向相反）。由此推知，少一個(gè)電子的原子態(tài)由此推知，少一個(gè)電子的原子態(tài)（電離態(tài)）與只有一個(gè)電子（堿金屬）的原子態(tài)相同。（電離態(tài)）與只有一個(gè)電子（堿金屬）的原子態(tài)相同。K吸收限吸收限K線系線系鎘：鎘：1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s2OININIINIIINIVNVMIMIIMIIIMIVMVLILIILIIIK2S1/2 1s2S1/2 2s2S1/2 3s2S1/2 4s2P1/22P3/22