《北京大学物理学院-第3章-原子和分子.2..》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京大学物理学院-第3章-原子和分子.2..（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二节第二节 X射线射线1一、一、X射线的发射射线的发射(X-ray 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，以加速阴极发射的热电子。间加几万伏高压，以加速阴极发射的热电子。-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年德国物理学家年德国物理学家伦琴伦琴在作在作阴极射线管阴极射线管中气体放电的实验研中气体放电的实验研究时，偶然发现了有一种使荧光屏上有微弱的荧光产生的看不
2、究时，偶然发现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年年克鲁克斯克鲁克斯曾抱怨放在他的阴极射线管附近的照相曾抱怨放在他的阴极射线管附近的照相底片老出现模糊的阴影底片老出现模糊的阴影)；(1890年年古德斯比德古德斯比德和和詹宁斯詹宁斯都发现他们阴极射线管后面都发现他们阴极射线管后面的照相底片特别发黑的照相底片特别发黑)。W.C.Rontgen,Science,3(1896)227W.C.Rontgen,Sc
3、ience,3(1896)7261、X X射线的发现射线的发现3伦琴伦琴的发现引起了全世界物理学界和医学界的强烈反应的发现引起了全世界物理学界和医学界的强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使用了就在外科检查中使用了x射射线拍片手段。线拍片手段。第二年第二年(1896年年)就有近千就有近千篇有关篇有关x 射线的研究和应用射线的研究和应用的文章发表。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 twelve months
4、. 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：“科科学学史史告告诉诉我我们们，在在每每一一项项科科学学发发现现中中，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；在在这这种种情情况况下下，许许多多外外行行人人也也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造造个个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、把把完完善善的的实实验验艺艺术术和和最最高高的的科科学学诚诚意意及及注注
5、意意力力结结合合起起来来的研究者，应当得到作出这一伟大发现的幸福。的研究者，应当得到作出这一伟大发现的幸福。” 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射线性质射线性质： x 射线是一种高
6、能光子射线是一种高能光子穿透性很强。穿透性很强。用普通光栅观察不到衍射现象。用普通光栅观察不到衍射现象。 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，能穿过不透明的物体，还能使荧光物质发出荧光。片感光，能穿过不透明的物体，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(其中包括对人体
7、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发现的发现的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，于是想通过光栅来观察它的衍射现象，但实验中并没有看到衍射现象。通过光栅来观察它的衍射现象，但实验中并没有看到衍射现象。原因是原因是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实际上是无法分辩的。要分辩实际上是无法分辩的。要分辩X射线的光栅也要在埃的数射线的光栅也要
8、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。是天然的三维光栅。距也在埃的数量级。是天然的三维光栅。0.002o71912年德国物理学家年德国物理学家劳厄劳厄想到了这一点，去找普朗克老师，没想到了这一点，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，两次实验后终于做得到支持后，去找正在攻读博士的索末菲，两次实验后终于做出了出了X射线的衍射实验。射线的衍射实验。X-ray晶体晶体crystalLauespots晶体的三维光栅晶体的三维光栅Three-dimensional“diffrac
9、tiongrating”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，衍衍射现象明显。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射线是波长非常短的横波。10 1913年年英英国国的的布布拉拉格格父父子子，提提出出了了一一种种精精
10、确确研研究究X射射线线的的方方法法，并并作作出出了了精精确确的的定定量量计计算算。不不但但能能解解释释劳劳厄厄斑斑点点，而而且且能能用用于于对对晶晶体体结结构构的的研研究究。由由于于父父子子二二人人在在X射射线线研研究究晶晶体体结结构构方面作出了巨大贡献，于方面作出了巨大贡献，于1915年共获诺贝尔物理学奖。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、
11、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射线经射线经两晶面反射后，两束光的光程差为两晶面反射后，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
12、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研研究究晶晶体体结结构构的的新新领领域域，而而且且用
13、用它可以作光谱分析，在科学研究和工程技术上有着广泛的应用。它可以作光谱分析，在科学研究和工程技术上有着广泛的应用。14X射线射线(光子光子)的能量范围是从的能量范围是从 100eV 到到 100,000eV。 这么大的能量表示这么大的能量表示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 10 nm二、二、X射线谱及其产生机制射线谱及其产生机制15X-Ray ProductionBlack Body RadiationWould require temperature over 10 times hotter than surface of
14、sunExcitation of outer electronsTypically have energy around 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,发射电子用发射电子用;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
15、喇格公式测定波长喇格公式测定波长;按照记录底片上按照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实验表明，实验表明，X X射线由两部分构成，一部分波长连续变化，称射线由两部分构成，一部分波长连续变化，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
16、产生机制进行详细分析。谱上。下面对这两部分谱线的特点和产生机制进行详细分析。19All Together Now.Brehmsstrahlung X-Rays and Characteristic X-Rays both occur at the same time. 0intensityKKintensityKKintensity 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
17、连续谱的特征？的特征？(2)为什么连续谱的为什么连续谱的形状形状与阳与阳极的材料无关？极的材料无关？(3)为什么连续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
18、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该是原子光谱，而应该是电子在靶上减速而产生的。被高压加速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。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
19、运动，必然有电磁辐射产生，这便是产生速度，而伴随着带电粒子的加速运动，必然有电磁辐射产生，这便是产生x射线连续谱的原因，用光子的概念可以对连续谱的产生给出定量的分析。射线连续谱的原因，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50,000V高压加
20、速，当它打在靶上产生的高压加速，当它打在靶上产生的x射线的射线的短波长短波长 0是多少？是多少？电子打在靶上损失电子打在靶上损失所有的能量所有的能量，同时发射出，同时发射出x射线射线intensity 0韧致辐射韧致辐射举例举例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
21、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、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
22、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) )，发现一个规律：，发现一个规律：对对K K 线系，有一个经验公式线系，有一个经验公式26Moseley (1913) 画出画出X-ray特征谱的频率图发现特征谱的频率图
23、发现常数常数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实验数值，而且还给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射线的研究成果，在周期表上可以依照原子序数来排列各个元素，而不是按照原子量。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
24、置相互对易。这一研究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属原子中n能级的状态相似，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，有实验表明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
25、；p-X ；I-X ；X-X 质子荧光分析质子荧光分析p-X(PIXEProtonInducedX-rayEmission)29估算从银靶估算从银靶(Z=47)上出射的上出射的K X射线的能量射线的能量LKn=2n=1photon(实验值实验值 21.7KeV)Not bad!注意注意!K X射线出射表明在射线出射表明在K层有一个电层有一个电子空穴被子空穴被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)K X射线计算举例射线计算举例intensityK30The two plots correspo
26、nd to X-ray tubes that are:1)Operating 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 a
27、t the higher voltage?1) Top 2) BottomKK Continuous spectrum of deceleration x-rays00Higher voltage means higher energy deceleration x-ray photon can be produced, or smaller maximum wavelength, 0. X-Ray Question32intensityintensityThe top spectrum comes from a tube with a silver target (Ag, 47). What
28、 is the bottom target?1) PB 462) Ag 473) Cd 48KK X射线的连续谱射线的连续谱00X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)成正比成正比 E增加增加 = 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(透明片透明片) 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。
29、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，据探索杂志报道，自隶属美国史密森学会的国家自然历史博物馆从19世纪中期开始收集
30、海洋动物标本以来，鱼类标本数量急剧增长。美国国家鱼类收藏馆如今拥有约350万鱼类标本。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研究人员斯蒂芬妮柯莫(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域的暗礁周围。珍稀海鳗，它们一般躲藏在东南亚和大洋洲海域的暗礁周围。36在
31、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光的发现使得用胶卷捕捉这种动光的发现使得用胶卷捕捉这种动物和物体细微内部构造的照片成为可能。物和物体细微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提光技术仍在不断向我们提供令人叫绝的照片，比如供令人叫绝的照片，比如黄貂鱼黄貂鱼的这张奇特照的这张奇特照片。片。X光照片使动物看上去栩栩如生。鱼类研究者丹尼尔光照片使动物看上去栩栩如生。鱼类研究者丹尼尔帕里在书中一片短文中写道：帕里在书中一片
32、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，身体倒成了其次。”根据其牙齿或下颚确根据其牙齿或下颚确定一种动物如何进食，经常让科学家伤透脑筋。但是，定一种动物如何进食，经常让科学家伤透脑筋。但是，有时有时X光会让动物最后一顿美餐清晰地展现在大家的光会让动物最后一顿美餐清晰地展现在大家的眼前，以这条眼前，以这条巨鲶巨鲶(sharkcatfish)为例，它的肚子中为例，它的肚子中就有几个蛤，巨鲶非常善于消化这种东西。就有几个蛤，巨鲶非常善于消化这种东西。国家鱼类收藏馆成立之初从国家鱼类收藏馆成立之初从“威尔克斯探险威尔克斯探险”(WilkesExpedition
33、)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年至年至1842年环游南太平洋的任务。如今，鱼类研究人员每年仍会向收藏馆提供数千种新鱼类。这些照片最初的目的年环游南太平洋的任务。如今，鱼类研究人员每年仍会向收藏馆提供数千种新鱼类。这些照片最初的目的是让史密森学会的科学家去研究鱼类的内部构造，同时不必对它们进行解剖。照片中的是让史密森学会的科学家去研究鱼类的内部构造，同时不必对它们进行解剖。照片中的尖嘴鱼尖嘴鱼是是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收藏有约史密森学会照片图书馆如今收藏有约2万种不同鱼类万种不同鱼类的标本，提供
34、了堪称无价的海洋多样性的记录。这的标本，提供了堪称无价的海洋多样性的记录。这些玻甲鱼些玻甲鱼(shrimpfish)属于虾鱼科属于虾鱼科(centriscidae)家族，这个家族共有家族，这个家族共有13种不同种类。种不同种类。玻甲鱼玻甲鱼亦称亦称“剃刀鱼剃刀鱼”(razorfish)，因为它们的口鼻部尖尖的，因为它们的口鼻部尖尖的，长度大约达到长度大约达到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，它们均拥有对付捕无论你怎么称呼这些水生动物，它们均拥有对付捕食者的有力武器。这张
35、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态的刺猬鱼刺猬鱼(前面前面)，体内充满水和空气，锐利的尖刺，体内充满水和空气，锐利的尖刺全部展开，后面则是它处于正常、放松的状态。一旦全部展开，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
36、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失了。我被迫得出这样的结论，即我们海洋消失了。我被迫得出这样的结论，即我们正正全力以赴全力以赴消灭海洋中的鱼类。消灭海洋中的鱼类。”多种海多种海马处于危险之中，包括照片中所示的马处于危险之中，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“易受威胁易受威胁”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，可以不发射外层电子向空位跃迁时，可以不发射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，
37、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，称为获得能量而脱离原子，称为俄歇俄歇(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行一种发射：特征射：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射射线的的发射几率射几率较大，原子序数小大，原子序数小的元素，俄歇的元素，俄歇电子子发射几率射几率较大，当原子序数大，当原子序数为33时，两种两种发射几率大致相等。因此，俄歇射几率大致相等。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：
38、在真空中以光速运动的相对论带电粒子在二极磁场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发射连续谱的电磁波。作用下偏转时，会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波。http:/ 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
39、的连续光谱，并且能根据使用者的需要获得特定波长的光。射线范围内的连续光谱，并且能根据使用者的需要获得特定波长的光。高准直：高准直：同步辐射光的发射集中在以电子运动方向为中心的一个很窄的圆同步辐射光的发射集中在以电子运动方向为中心的一个很窄的圆锥内，张角非常小，几乎是平行光束，堪与激光媲美。锥内，张角非常小，几乎是平行光束，堪与激光媲美。高偏振：高偏振：从偏转磁铁引出的同步辐射光在电子轨道平面上是完全的线偏振从偏转磁铁引出的同步辐射光在电子轨道平面上是完全的线偏振光，此外，可以从特殊设计的插入件得到任意偏振状态的光。光，此外，可以从特殊设计的插入件得到任意偏振状态的光。高纯净：高纯净：同步辐射光
40、是在超高真空中产生的，不存在任何由杂质带来的污同步辐射光是在超高真空中产生的，不存在任何由杂质带来的污染，是非常纯净的光。染，是非常纯净的光。高亮度：高亮度：同步辐射光源是高强度光源，有很高的辐射功率和功率密度，第同步辐射光源是高强度光源，有很高的辐射功率和功率密度，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。窄脉冲：窄脉冲：同步辐射光是脉冲光，有优良的脉冲时间结构，其宽度在同步辐射光是脉冲光，有优良的脉冲时间结构，其宽度在10-1110-8秒之间可调，脉冲之间的间隔为几十纳秒至微秒量级，这种特性对秒之间可调，脉冲之间的间隔为几十纳秒至微秒量级，这
41、种特性对“变变化过程化过程”的研究非常有用，如化学反应过程、生命过程、材料结构变化过程的研究非常有用，如化学反应过程、生命过程、材料结构变化过程和环境污染微观过程等。和环境污染微观过程等。可精确预知：可精确预知：同步辐射光的光子通量、角分布和能谱等均可精确计算，因同步辐射光的光子通量、角分布和能谱等均可精确计算，因此它可以作为辐射计量此它可以作为辐射计量特别是真空紫外到特别是真空紫外到X射线波段计量射线波段计量的标准光源。的标准光源。41Synchrotron Radiation Large international facilities.- Brightest X-ray sources
42、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射线的发射射线的发射X射线谱及其产生机制射线谱及其产生机制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
