习题十下半部分

1.X射线是怎样产生的？它有哪些基本性质？答:X射线是一种比紫外线波长更短的电磁波，波长在10-3nm～10nm之间，是能量很大的光子流。由于它的光子能量很大，除了具有电磁波的共同性质之外，还有以下基本性质:电离作用、荧光作用、光化学作用、生物效应、贯穿本领。2.在X射线衍射实验中，一波长为0.084nm的单色X射线，以30o的掠射角射到某晶体上，出现第三级反射极大，求该晶体的晶格常数。解:已知nm084.0，30，即21sin，3k，则由布拉格方程kdsin2可得，晶格常数为mnmnmkd101025.20252.0084.033.若X射线管管电压为50kV,（1)求连续X射线谱最短波长λmin为多少？（2)从阴极发射的电子（初速度为0)到达阳极靶时的速度为多大？（1）已知管电压U=50kV，则其X射线的最短波长为mnmkVU11min10484.201242.050242.1)(242.1（2）再求电子到达阳极靶的速度，因为最短波长的X光子能量hν等于电子到达阳极靶时的动能，即221mvh，由此可得电子到达阳极靶的速度为18311934101.2101.91031062.622smmhv4.设某X射线连续谱的短波极限为0.1nm，求加于X射线管的管电压。（12.42kV）解：kVU42.121.0242.1242.1min5.设密度为3g·cm-3的物质对某X射线的质量吸收系数为0.03cm2·g-1，求放射线束穿过厚度为1cm、10cm、100cm的吸收层后的强度为原入射强度的百分数。解:已知物质的密度为3g·cm-3，质量吸收系数m为1203.0gcm，则该物质对X射线的线性吸收系数μ为109.0303.0cmm。设入射线的强度为0I，出射线的强度为I，它们之间有以下关系xeII0。当x=1cm时，并将μ=0.09cm-1代入上式，可得X射线穿过1cm后射出与射入的X射线强度之比为%4.91914.0109.00eII同理，可分别得x=10cm，x=100cm时，射出与射入强度的百分数约为40.6%和0.012%。6.对波长为0.154nm的X射线，铝的吸收系数为132cm-1，铅的吸收系数为2610cm-1，要得到与1mm厚的铅层相同的防护效果，铝板的厚度应为多大?解:已知铅的吸收系数122160cm，厚度cmmmx1.012，铝的11132cm；设铝的厚度为1x，入射线的强度均为0I，1I为铝板的出射强度，2I为铅板的出射强度，根据吸收定律可得111132001xxeIeII26101.0261000222eIeIeIIx因为要求得到相同的防护效果，即它们的出射线的强度应相等，21II，所以从上面两式可以得到26101320eIeIx，-132x=261解之得cmx98.11，即要获得相同的防护效果，铝板的厚度应为1.98cm。7.要把氦离子从n=1态激发到n=2态需要约41eV的能量，但把氦原子的一个电子从n=1态激发到n=2态却只要21eV的能量，试解释其原因。答：在氦原子中有两个核外电子，其价电子由于受到另一个电子的屏蔽，它基本上只受到原子核的一个正电荷+e的作用。而在氦离子中则只有一个电子，它受到原子核的两个正电荷+2e的作用，其大小约为原子情况的两倍，所以同样是从n=1态激发到n=2态，所需要的能量约是原子时的2倍（原子为21eV，离子则为41eV）。8.什么是激光？产生激光应满足什么条件？激光是由受激辐射而获得的相干光。工作物质、泵浦源和光学谐振腔是产生激光的三大要素。将具有亚稳态能级的工作物质置于光学谐振腔内，通过泵浦源将工作物质的原子激发到较高能级的激发态，在很短的时间内，原子从较高能级的激发态过渡到亚稳态，使亚稳态的粒子数目大大增加，从而在亚稳态与基态（或比亚稳态更低的能级）之间实现粒子数反转分布。如果处于亚稳态能级的某个原子自发跃迁到低能级而辐射出光子，且沿着光学谐振腔轴线方向在腔内传播，它作为扰动光子在途中使处于亚稳态的原子发生受激辐射，产生一个特性完全相同的新光子，这两个光子继续沿轴线方向运动，使其他处于亚稳态的原子产生受激辐射，使光子数进一步增加。光子在光学谐振腔内来回传播形成光振荡使光强不断加强，部分光子从部分反射端面射出形成激光束。9．激光有哪些主要特性和生物效应？激光在医学上有哪些主要应用？答：主要特性：单色性强，高亮度，方向性好，相干性强生物效应：热作用，压强作用，光化学作用，电磁场作用，生物刺激作用。医学上的主要应用：光凝固作用：光能转化为热能使细胞内水分蒸发，组织蛋白凝固。烧灼：中等能量，一般适用于浅表肿瘤治疗。气化：组织高热而气化，用于切割组织称“光刀”。散焦照射：括束器，使局部组织充血，反射性引起深部组织血运增加，加快新陈代谢，从而产生消炎镇痛作用。光敏疗法：先用光敏剂，是肿瘤细胞致敏，再用激光照射，观察肿瘤的荧光来诊断和治疗肿瘤。10.某一原子具有如下的能态：-13.2eV（基态），-11.1eV，-10.6eV，-9.8eV，其中只有-11.1eV能态有激光作用，-10.6eV能态主要是向-11.1eV态跃迁，-9.8eV主要向基态跃迁，如果以这种原子作激光器的工作物质，问应该用多大波长的光激励这一激光器才合适？发射的激光波长是多少？解:①为产生激光，应将处于基态的工作物质的原子激励到能量为-10.6eV的激发态，再过渡到-11.1eV的亚稳态，当原子从-11.1eV的能态跃迁到基态（-13.2eV）时，即产生激光的光子。因此，激励光的能量、频率、波长分别为)2.13(6.10eVeVE=JJ19191016.4106.16.2HzhE1434191028.61062.61016.4nmmc47810478.01028.61036148②激光的光子能量、频率、波长分别为JJeVeVE19191036.3106.11.2)2.13(1.11HzhE1434191007.51062.61036.3nmmc59210592.01007.51036148该激光器要用波长为478nm的光激励，产生的激光的波长为592nm。