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，每一個展開，每一個 代表一個波長，照片上的黑度表代表一個波長，照片上的黑度表示示X X射線的強(qiáng)度?？梢缘玫缴渚€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，才只發(fā)射連僅當(dāng)電子能量不超過某一限度時，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 速電壓增高時速電壓增高時 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驟然減速，由此伴隨產(chǎn)生的輻射稱場作用就會驟然減速，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能連續(xù)譜的能量來自電子動能, ,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，時，由于由于V和和 min均可以由實(shí)驗(yàn)測定，因此可以用這個公式來測定普均可以由實(shí)驗(yàn)測定，因此可以用這個公式來測定普朗克常數(shù)。朗克常數(shù)。19151915年，杜安和亨特用這個方法測量普朗克常數(shù)與年，杜安和亨特用這個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。年的諾貝爾物理獎。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。【X 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量、自旋角動量和總角動量都為零，所由于滿殼層的軌道角動量、自旋角動量和總角動量都為零，所以少一個電子的殼層的上述角動量分別與該殼層只有一個電子以少一個電子的殼層的上述角動量分別與該殼層只有一個電子的角動量相同（方向相反）。的角動量相同（方向相反）。由此推知，少一個電子的原子態(tài)由此推知，少一個電子的原子態(tài)（電離態(tài)）與只有一個電子（堿金屬）的原子態(tài)相同。（電離態(tài)）與只有一個電子（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