第二章:X射线与物质的相互作用
第二章：X射线与物质的相互作用
1概述 ◆X射线与物质相互作用的宏观效应 (波)相干散射、衍射,界面的反射、折射,衰减 (粒子)不相干散射,光电吸收及其二次效应(荧光俄歇) 电子对的产生Ex1022Mev) 物质的变化:热效应改性辐射损伤(结构变化) ◆微观本质:X射线与物质中电子的相互作用 ◆理论处理方法:经典电磁理论,量子力学
1.概述 ◆ X射线与物质相互作用的宏观效应 （波） 相干散射、衍射，界面的反射、折射，衰减 （粒子）不相干散射，光电吸收及其二次效应(荧光,俄歇) 电子对的产生(Ex>1.022MeV) 物质的变化：热效应 改性 辐射损伤(结构变化) ◆ 微观本质 ：X射线与物质中电子的相互作用 ◆ 理论处理方法：经典电磁理论，量子力学
2X射线的相干散射 ●相干散射(λ不变远场光学) ●弹性散射(EX不变) ● Rayleigh散射 ●不相干散射(A改变) ●非弹性散射(Ex改变) ● Compton散射 Raman散射
2.X射线的相干散射 ⚫相干散射 (λ不变,远场光学) ⚫弹性散射(Ex不变) ⚫ Ryleigh散射 ⚫不相干散射（λ改变） ⚫非弹性散射(Ex改变) ⚫ Compton散射 Raman散射
1)自由电子的相千散射 *电子在入射X射线的交变电场作用下作受迫振动, 成为具有交变电矩的电偶极子 电偶极子辐射出次级辐射,即是散射Ⅹ射线。 *电子受迫振动的频率与入射波的振动频率一致 (不考虑阻尼),故散射波的频率与入射波一致 也即散射波的波长与入射波相同。即相干散射, 对入射X射线(原级)来说,这种散射只是改变 方向而波长不变的一种次级辐射
1)自由电子的相干散射 电子在入射X射线的交变电场作用下作受迫振动， 成为具有交变电矩的电偶极子。 电偶极子辐射出次级辐射，即是散射X射线。 电子受迫振动的频率与入射波的振动频率一致 （不考虑阻尼），故散射波的频率与入射波一致， 也即散射波的波长与入射波相同。即相干散射， 对入射X射线（原级）来说，这种散射只是改变 方向而波长不变的一种次级辐射
由电动力学,一个电子作加速运动时,电磁辐射为 e E (r, t)= () 47cn×(nxa(t 式中n为辐射方向,R为观察点与电子之间的距离, R t= t C
由电动力学，一个电子作加速运动时，电磁辐射为 式中 为辐射方向，R为观察点与电子之间的距离， 2 0 ( , ) ( ( )) 4 e e E R t n n a t c R − = − n R t t c = −
(1)入射X射线为线偏振光 ee 令电场为E2e,则a()= 已 设为E与n的夹角,则 R iw(t-=) E (R, t) SIn ae 4Ie cRm 0
(1)入射X射线为线偏振光 令电场为 ，则 ， 设α为 与 的夹角，则 0 iwt E e− 0 ( ) e E iwt a t e m − = − E0 n 2 ( ) 0 0 2 0 ( , ) sin 4 R iw t c e E E R t e c Rm − − = − e
式中负号表示在入射波前进方向上,散射波 与入射波位相差180度,散射波的强度为 I=1 0 sin a=I sin a 16丌 ocRm R 为电子经典半径,l=28×10m
式中负号表示在入射波前进方向上，散射波 与入射波位相差180度，散射波的强度为 为电子经典半径， 2 4 2 2 2 0 0 2 2 4 2 2 0 sin sin 16 e e e r I I I c R m R = = e r 15 2.8 10 e r m − =
(2)入射波为非偏振情况 E 0z E x 日 JX 图6单个电子的X射线相干散射
图6 单个电子的X射线相干散射 O E px p E pz (2)入射波为非偏振情况
(2)入射波为非偏振情况 令入射方向为OY,P为观察点,散射方向m(OP)与 O确定的平面为散射面YOZ,令散射方向与入射方向 夹角为0。 可将任一偏振方向的E的入射波,分解为Em、B Eor= Eo cos Eo= Eo sin o
(2)入射波为非偏振情况 令入射方向为 ，P为观察点，散射方向 与 确定的平面为散射面 ,令散射方向与入射方向 夹角为θ。 可将任一偏振方向的 的入射波，分解为 、 OY n OP ( ) OY YOZ E0 E ox E oz 0 cos E E ox = 0 sin E E oz =
分别计算它们的散射波电场Em、En,然后矢量相 加求岀散射波总的电场及散射强度。计算可得散 射波强度为 e(cos P+sin cos 0)o(2.4) R
分别计算它们的散射波电场 、 ，然后矢量相 加求出散射波总的电场及散射强度。计算可得散 射波强度为 （2.4） E px E pz 2 0 2 2 2 2 0 (cos sin cos ) e r I I R = + e