电子与物质相互作用

电子与物质的相互作用及其应用电子束与固体样品作用时产生的信号图是电子束与固体样品作用时产生的信号。

它包括：背散射电子、二次电子、吸收电子、透射电子、特征x射线、俄歇电子。

1.背散射电子背散射电子是被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。

弹性背散射电子：被样品中原子核反弹回来的，散射角大于90 的那些入射电子，其能量没有损失(或基本上没有损失)。

非弹性背散射电子：入射电子和样品核外电子撞击后产生的非弹性散射，不仅方向改变，能量也有不同程度的损失。

如果有些电子经多次散射后仍能反弹出样品表面，这就形成非弹性背散射电子。

弹性背散射电子和非弹性背散射电子的比较见表。

表弹性背散射电子和非弹性背散射电子的比较2．二次电子在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品的核外电子叫做二次电子。

3．吸收电子入射电子进入样品后，经多次非弹性散射能量损失殆尽(假定样品有足够的厚度没有透射电子产生)，最后被样品吸收而成为吸收电子。

4．透射电子如果被分析的样品很薄，就会有一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子。

5．特征x射线当样品原子的内层电子被入射电子激发或电离时，原子就会处于能量较高的激发状态，此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺，从而使具有特征能量的X射线释放出来。

6．俄歇电子在入射电子激发样品的特征X射线过程中，如果在原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量并不以x射线的形式发射出去，而是用这部分能量把空位层内的另一个电子发射出去(或使空位层的外层电子发射出去)，这个被电离出来的电子称为俄歇电子。

表电子束与固体样品作用时产生的各种信号的比较。

电子与固体物质的相互作用一、电子散射二、内层电子激发后的弛豫过程三、自由载流子四、电子与固体作用产生的各种信号五、相互作用体积与信号产生的深度和广度一、电子散射¾当一束聚焦电子束沿一定方向射入试样内，在原子库仑电场作用下，入射电子方向改变，称为散射。

¾原子对电子的散射可分为弹性散射和非弹性散射。

¾弹性散射中，电子只改变方向，基本无能量的变化。

¾非弹性散射中，电子不但改变方向，能量也有不同程度的减小，转变为热、光、X射线和二次电子等。

在非弹性散射过程中，¾入射电子把部分能量转移给原子，引起原子内部结构的变化，产生各种激发现象。

因为这些激发现象都是入射电子作用的结果，所以称为电子激发。

电子激发是非电磁辐射激发的一种形式。

1.原子的散射截面¾一个电子被一个试样原子散射后偏转角等于或大于α角的几率可用原子散射截面σ(α)来度量。

¾原子散射截面可定义为电子被散射到等于或者大于α角的几率除以垂直入射电子方向上单位面积的原子数。

量纲为面积。

¾原子散射截面是弹性散射截面与非弹性散射截面之和，即σ(α)= σe(α)+ σi(α)σe(α)----原子的弹性散射截面；σi(α)----原子的非弹性散射截面。

原子对电子的散射又可分为¾原子核对电子的弹性散射，原子核对电子的非弹性散射；¾核外电子对电子的非弹性散射。

入射电子与原子核作用，被散射到大于2θ的角度以外，故可用πr n 2（以原子核为中心、r n 为半径的圆的面积）来衡量一个孤立原子核把入射电子散射到大于2θ角度以外的能力。

由于电子与原子核的作用表现为弹性散射，故将πr n 2叫做弹性散射截面，用σn 表示。

πr n 2: 原子的弹性散射面积。

¾弹性散射电子由于其能量等于或接近于入射电子能量E 0，因此是透射电镜中成像和衍射的基础。

2.原子核对电子的弹性散射试样的原子序数越大，入射电子的能量越小，距核越近，散射角越大。

带电粒子和物质相互作用方式嘿，大家好！今天咱们聊聊带电粒子和物质的那些事儿。

听起来是不是有点高深？别担心，我保证不会让你听得像在读古文，咱们就像喝茶聊天一样轻松。

带电粒子，哦，那可不是什么外星人，咱们生活中随处可见，比如电子。

你想啊，电子就像个调皮的小孩子，总是四处乱跑，没个正形。

它们可不喜欢安静，碰到什么东西就会跟它们互动，哎，真是让人又爱又恨。

这些小家伙一碰到物质，就像小孩子碰到玩具，兴奋得不得了。

想象一下，电子在物质中跑来跑去，碰到原子核，就像在跟一个个大叔打招呼，这些大叔可没那么容易亲近，得小心翼翼。

说到互动，哇，那真是个热闹的场面。

电子和原子之间就像朋友之间的打闹，偶尔也有点小摩擦。

比如，当一个带电粒子接近原子时，可能会把原子的电子吓得四处逃窜，这就像你在学校里看到老师突然走进来，大家瞬间安静了。

哎，这可不止是吓一跳哦，可能还会引发一场“电子大战”。

当电子被撵走了，留下的原子就会变得不稳定，难免有点儿不舒服。

你看，带电粒子不仅仅是跑来跑去那么简单，它们还会放出电磁波，像是发射信号。

就像你跟朋友发消息一样，传递信息。

这种电磁波不仅可以影响周围的物质，还能传递能量，嘿，真是厉害。

就好像在聚会中，有人带来了饮料，大家都乐呵呵的，气氛瞬间活跃起来。

不过，有时候带电粒子跟物质的互动也会让人哭笑不得。

想象一下，电子们不小心闯入了一个“禁区”，它们可就遭殃了，碰到其他粒子或者分子，结果可能就会发生反应，产生新的物质。

这就像朋友之间玩游戏，一不小心搞砸了，结果把整个局势搞得一团糟。

说不定还会制造出一些奇怪的化合物，大家哈哈大笑。

有些粒子还会通过碰撞带走一部分能量。

你想啊，就像你跟朋友打球，你用力一击，球飞出去，你自己反而跌了个跟头，哈哈，这就是能量转移。

物质中有很多“潜规则”，带电粒子进来，总是需要适应，学会如何在这个环境中生存。

而说到这个，辐射可就不能不提了。

带电粒子一旦高速运动起来，跟物质的碰撞可不是开玩笑的，能引起一系列反应，甚至产生辐射，真的是“不可小觑”。

带电粒子与物质的相互作用引言：带电粒子是指具有电荷的微观粒子，例如电子、质子等。

在物质中，带电粒子与其他物质之间会发生相互作用。

这种相互作用是物质世界中一种重要的基本现象，对于我们理解和应用自然界具有重要意义。

本文将从带电粒子与物质的相互作用的基本原理、类型和应用等方面进行阐述。

一、基本原理带电粒子与物质的相互作用遵循电磁相互作用力。

根据库仑定律，带电粒子之间的相互作用力与它们之间的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

这种相互作用力可以是吸引力，也可以是排斥力，取决于带电粒子之间的电荷性质。

二、类型1. 静电作用：带电粒子与物质之间的相互作用可以表现为静电作用。

当带电粒子靠近物质时，它们之间会发生电荷的转移或者重排，导致电荷的分布发生变化，从而产生静电力。

这种作用在电荷不移动的情况下发生，例如静电吸附、静电排斥等。

2. 磁场作用：带电粒子的运动会产生磁场，而物质对磁场也会产生响应。

当带电粒子通过物质时，物质中的电荷会受到磁场力的作用，并产生相应的运动或变化。

这种作用可以用于磁共振成像、磁性材料的制备等。

3. 电流作用：带电粒子在物质中运动时，会与物质中的电荷发生相互作用。

当带电粒子通过物质时，会产生电流，而电流会产生磁场。

这种作用可以用于电子输运、电磁感应等。

4. 能量转移：带电粒子与物质之间的相互作用还可以导致能量的转移。

当带电粒子与物质发生碰撞或相互作用时，它们之间的能量会发生转移，从而改变物质的性质或状态。

例如带电粒子的辐射与物质的相互作用会导致能量的转移，产生辐射损失。

三、应用带电粒子与物质的相互作用在科学研究和技术应用中具有广泛的应用价值。

1. 粒子加速器：粒子加速器利用带电粒子与物质之间的相互作用，通过电场或磁场加速带电粒子的运动。

这种技术被广泛应用于高能物理实验、核物理研究等领域。

2. 材料表征：带电粒子与物质的相互作用可以用于材料的表征。

例如扫描电子显微镜（SEM）利用电子与物质的相互作用，观察和分析材料的表面形貌和成分。

带电粒子与物质的相互作用在物理学中，带电粒子与物质之间的相互作用是一个重要的研究领域。

带电粒子指的是带有电荷的基本粒子，如电子、质子等，而物质则包括了构成我们周围世界的一切物质实体。

这两者之间的相互作用机制不仅对于理解物质的性质和行为具有重要意义，也为各种应用提供了基础。

一、静电作用最基本的带电粒子与物质的相互作用是静电作用。

当两个物体中的带电粒子之间存在电荷差异时，它们会产生静电力的相互作用。

根据库仑定律，两个电荷之间的静电力与电荷的大小成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

这种相互作用可以导致物体的吸附、斥力、电荷传递等现象。

静电作用在日常生活中也经常出现，比如我们身体摩擦后产生的静电电荷可以使身体与物体发生吸引或者排斥的现象。

在工业中，静电作用也是一种重要的物料处理技术，例如静电吸附、静电喷涂等。

二、电磁作用电磁作用是带电粒子与物质之间更加复杂的相互作用方式。

它包括两个方面，一方面是带电粒子在物质中受到的电场力的作用，另一方面是带电粒子的运动状态对物质电磁性质的影响。

对于带电粒子在电场中的相互作用，根据库仑定律和电场叠加原理，可以得到带电粒子在电场中所受到的电场力大小和方向。

这种相互作用广泛应用于电子学和电路中，例如电荷在电场中的偏转、电势差引起的电子流等。

带电粒子对物质电磁性质的影响则涉及到材料的导电性、磁性等方面。

带电粒子的运动会在物质中引起电流，进而改变物质的导电性质。

而当带电粒子的运动速度接近光速时，还会产生磁场效应，即洛伦兹力。

这些现象在电磁学、材料科学等研究中有着广泛的应用。

三、辐射作用带电粒子与物质相互作用的另一种重要方式是辐射作用。

当带电粒子在物质中运动时，会释放出能量并产生辐射，例如电子在物质中的电离和俄歇效应。

辐射作用在核物理、粒子物理等领域中具有重要意义。

例如，在医学上，正电子发射断层成像（PET）技术利用正电子与物质相互作用产生的辐射进行人体成像；在核反应中，粒子与原子核的相互作用可以产生高能粒子和辐射。

电子与固体物质的相互作用随着扫描电镜、透射电镜、电子探针、俄歇电子能谱仪、X 射线光电子能谱仪等现代分析仪器的发展，促进了电子、X 光子等辐射粒子与物质相互作用的研究。

本报告就电子与物质相互作用的基本物理过程，电子与物质相互作用产生的各种信号，这些信号的特点及其在电子显微分析中的应用作一些概要介绍。

1 电子散射当一束聚焦电子束沿一定方向射入试样内，在原子库仑电场作用下，入射电子方向改变，称为散射。

原子对电子的散射可分为弹性散射和非弹性散射。

在弹性散射中，电子只改变方向，基本无能量的变化。

在非弹性散射中，电子不但改变方向，能量也有不同程度的减小，转变为热、光、X 射线和二次电子等。

为了定量地分析和研究电子的散射作用，需要引入散射截面的概念。

一个电子被一个试样原子散射后偏转角等于或大于α角的几率可用原子散射截面σ(α)来度量，它可定义为电子被散射到等于或大于α角的几率除以垂直入射电子方向上单位面积的原子数。

量纲为面积。

可以将弹性散射和非弹性散射看成是相互独立的随机过程，原子散射截面是弹性散射截面与非弹性散射截面之和，即σ(α)=σe (α)+ σi (α) （1） 式中 σ (α)——原子散射截面σe (α)——原子的弹性散射截面；σi (α)——原子的非弹性散射截面。

原子对电子的散射又可分为：原子核对电子的弹性散射，原子核对电子的非弹性散射和核外电子对电子的非弹性散射。

下面分别予以讨论。

1.1 原子核对电子的弹性散射入射电子与试样中的原子核发生碰撞时，可以用经典力学方法近似处理。

当一个电子从距离为r n 处通过原子序数为Z 的原子核库仑电场时，将受到散射。

由于核的质量远远大于电子的质量，电子散射后只改变方向而不损失能量，因此，电子受到散射是弹性散射，根据卢瑟福的经典散射模型，散射角α是：（2）n r E Ze 02=α式中 E 0——入射电子的能量（eV ）。

由上式可知，试样原子序数越大，入射电子的能量越小，距原子核的距离越近，散射角α越大。