Bài giảng Đại cương bức xạ tia X

tài liệu vật lý tham khảo môn vật lý
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Đại cương bức xạ tia X Chöông 1 Ñaïi cöông veà böùc xaï tia X 1 Chöông 1 Ñaïi cöông veà böùc xaï tia X1.1 Caùc khaùi nieäm cô baûn1.1.1 Böùc xaï1. Böùc xaï laø moät daïng naêng löôïng coù baûn chaát soùng–haït.2. Theo lyù thuyeát soùng, böùc xaï laø moät soùng ñieän töø ñieàu hoøa coù ñieän tröôøng cuøng pha vaø vuoâng goùc vôùi töø tröôøng. Hình 1.1 Dao ñoäng ñieän vaø dao ñoäng töø cuûa soùng ñieän töø3. Böùc xaï ñieän töø ñöôïc bieåu thò ñaëc tröng baèng phöông trình soùng ñieàu hoøa hình sin: y = Asinωt = Asin2πνt (1.1) trong ñoù: vaän toác goùc ω taàn soá ν Hình 1.2 Dao ñoäng hình sin cuûa soùng ñieän töø Chöông 1 Ñaïi cöông veà böùc xaï tia X24. Söï toå hôïp caùc soùng cuøng taàn soá khi xem xeùt veà yeáu toá pha coù theå daãn ñeán hai giôùi haïn bieân laø söï (1) trieät tieâu vaø (2) coäng höôûng naêng löôïng cuûa caùc soùng naøy.Hình 1.3 Söï toå hôïp trieät tieâu soùng Söï toå hôïp coäng höôûng soùng5. Böùc xaï ñieän töø di chuyeån trong chaân khoâng vôùi vaän toác aùnh saùng c ≈ 3×108 m/s.6. Theo lyù thuyeát haït, böùc xaï bao goàm caùc “haït naêng löôïng” ñöôïc goïi laø photon ñöôïc theå hieän trong hieäu öùng quang ñieän vaø hieäu öùng Compton.Hình 1.4 Hieäu öùng quang ñieän Hieäu öùng Compton7. Nhö vaäy, naêng löôïng cuûa böùc xaï ñaõ ñöôïc löôïng töû hoùa thaønh töøng löôïng töû naêng löôïng voâ cuøng nhoû.8. Söï toå hôïp caùc photon khoâng daãn ñeán söï trieät tieâu hay coäng höôûng naêng löôïng cuûa caùc photon maø chæ laø söï coäng toång naêng löôïng cuûa caùc photon.9. Chæ coù theå giaûi thích ñaày ñuû caùc hieän töôïng xaûy ra khi thöøa nhaän baûn chaát nhò nguyeân soùng–haït cuûa böùc xaï.1.1.2 Caùc ñaïi löôïng ño böùc xaï1. Böôùc soùng λ Chieàu daøi cuûa moät dao ñoäng hoaøn chænh cuûa moät böùc xaï. Ñôn vò: m, cm cho böùc xaï vi soùng μm cho böùc xaï hoàng ngoaïi nm cho böùc xaï khaû kieán, töû ngoaïi cho böùc xaï tia X Å 1m = 102cm = 106μm = 109nm = 1010Å2. Taàn soá ν Soá dao ñoäng trong moät ñôn vò thôøi gian. c 3 × 1010 (cm / s) -1 ,s (1.2) ν= = λ (cm) λ3. Soá soùng ν Soá dao ñoäng trong moät ñôn vò chieàu daøi. 1ν = , cm-1 ≡ K (K: kaiser) (1.3) ν= λc Chöông 1 Ñaïi cöông veà böùc xaï tia X 34. Naêng löôïng ε cuûa moät photon ñöôïc xaùc ñònh theo heä thöùc Planck: c (1.4) ε = hν = h = hcν λ trong ñoù: h haèng soá Planck, h = 6,626×10–27 erg.s = 6,626×10–34 J.s naêng löôïng cuûa moät photon, ε tính baèng erg khi ν tính baèng cm–1 hay λ tính baèng cm 1erg = 10–7 J = 2,3884×10–8 cal = 0,6241 eV Ví duï 1: Moät photon böùc xaï hoàng ngoaïi coù soá soùng ν = 1 cm–1 coù naêng löôïng: • ε1cm–1 = hc ν = 6,626×10–27 erg.s × 3×1010 cm.s–1 × 1 cm–1 ε1cm–1 = 1,988×10–16 erg = 1,988×10–23 J Ví duï 2: Moät mol chaát haáp thu 1 mol photon böùc xaï hoàng ngoaïi coù soá soùng ν = 1 • cm–1 seõ taêng theâm moät löôïng naêng löôïng: E1cm–1 = ε × NA = 1,988×10–16 erg × 6,023×1023 mol–1 = 1,197×108 erg.mol–1 E1cm–1 = 1,197×108 erg.mol–1 = 11,97 J.mol–1 = 2,859 cal.mol–1 Ví duï 3: Moät photon böùc xaï töû ngoaïi coù böôùc soùng λ = 1 nm coù naêng löôïng: • ε1nm = hc/λ = [6,626×10–27 erg.s × 3×1010 cm.s–1] / 10–7 cm ε1nm = 1,988×10–10 erg = 1,988×10–17 J Ví duï 4: Moät mol chaát haáp thu 1 mol photon böùc xaï töû ngoaïi coù böôùc soùng λ = 1 nm • seõ taêng theâm moät löôïng naêng löôïng: E1nm = ε × NA = 1,988×10–10 erg × 6,023×1023 mol–1 = 1,197×1014 erg.mol–1 E1nm = 1,197×1014 erg.mol–1 = 1,197×105 kJ.mol–1 = 2,859×104 kcal.mol–11.1.3 Töông taùc giöõa böùc xaï vôùi chaát1. Khi moät böùc xaï ñeán chaát, böùc xaï coù theå ñöôïc (1) haáp thu vaøo chaát, (2) truyeàn qua chaát hay (3) phaûn xaï vaø (4) taùn xaï treân beà maët chaát.2. Boán quaù trình treân coù theå xaûy ra ñoàng thôøi sao cho toång naêng löôïng cuûa chuùng baèng toång naêng löôïng cuûa böùc xaï tôùi. Hình 1.5 Töông taùc Hình 1.6 Moâ hình ñôn giaûn vaø sai leäch giöõa böùc xaï vôùi chaát veà quaù trìn ...