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X射线与物质的相互作用X射线与物质的相互作用一次就可能损失全部能量或大部分能量，而未与物质发生相互作用的X射线将保持初始的能量穿过物质，因此用作用截面来描述它与物质的相互作用，作用截面的物理意义是一个光子与单位面积上一个原子发生作用的几率，它具有面积的量纲。
主要作用如下：光电效应，当一个γ光子与物质原子中的束缚电子作用时，光子将全部能量交给这个电子，使它脱离原子的束缚而发射出去，而光子本身消失，这个过程称为光电效应。
发射出去的电子叫光电子。
如下图：图1光电效应示意图原子的内层失掉一个电子后，原子处于激发态，这种状态不稳定，很快通过两种方式退激。
一种是外层电子向内层空位跃迁，并发射特征X射线以释放多余的能量；另一种是多余的能量直接使外层电子从原子中发射出来，这样发射的电子称为俄歇电子。
如下图：图2光电效应后原子的两种退激方式康普顿散射：光子与核外电子发生非弹性碰撞，光子把部分能量转移给电子使其从原子内部反冲出来，而能量降低了的光子沿着与原来运动方向不同的角度散射出去，这个过程称为康普顿散射。
康普顿效应示意图如下：图3康普顿效应示意图电子对效应：γ光子可能在原子核的库仑场作用下，转化为一个正电子和一个负电子，γ光子本身消失，这种过程称电子对效应。
如下图：图4电子对效应示意图在常见的能量范围内，如几KeV到十几MeV范围内，X射线与物质的相互作用主要有：光电效应、康普顿效应和电子对效应这三类过程。
这三类效应的反应截面与X射线的能量有关，但在一定的能量区域只有一种效应占优势，这三种主要的相互作用过程存在着竞争。
如下图所示。
当光子能量在0.8至4MeV之间时，无论原子序数Z多少，康普顿效应都占主导地位；在很宽的光子能量范围内，对于低能X射线和原子序数高的吸收物质，光电效应占优势；中能X射线和原子序数低的吸收物质，康普顿效应占优势；而对于高能X射线和原子序数高的吸收物质，电子对效应占优势；如下图所示：图5光子三种主要相互作用与吸收物质原子序数和光子能量的关系其它相互作用：前面讨论的光子与物质相互作用是从光子的粒子性来讨论的，对应于光子的波动性，存在着相干散射（如瑞利散射等）和光核反应等作用过程。
X线与物质的相互作用X线是一种高能电磁辐射，具有很强的穿透力和能量。
当X线与物质相互作用时，会发生一系列的物理过程，包括散射、吸收和荧光等。
这些相互作用的方式和过程对于X线的应用和对物质的分析具有重要意义。
首先，X线经过物质时会发生散射现象。
散射是指X线的方向发生改变，但其频率不变。
散射分为弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指X线与物质相互作用后，X线的能量和频率保持不变，而方向变化。
非弹性散射则是指X线的能量和频率发生改变。
散射现象可以用来研究物质的结构和组成，例如通过测量散射角度可以得到物质的晶体结构信息，通过散射谱可以分析物质的元素含量。
其次，X线在物质中会被吸收。
吸收是指X线的能量被物质吸收，并转化为其他形式的能量。
物质对X线的吸收程度取决于其密度和原子序数。
高密度和高原子序数的物质对X线的吸收更强。
利用物质对X线的不同吸收特性，可以进行X射线吸收测定，即通过测量透射X线的强度变化来确定物质的含量或浓度。
此外，物质还会产生X射线荧光。
当X线照射到物质上时，物质中的原子会受到激发，从能级较高的态转移到能级较低的态。
在这个过程中，物质会发射出一定能量的X射线。
这种现象被称为X射线荧光。
利用X射线荧光分析技术可以进行非破坏性的物质分析，例如矿石中的金属元素含量的测定等。
此外，X线还能通过共振现象与物质发生相互作用。
共振是指当X线的能量和物质的激发能级之间存在相等关系时，X线与物质之间会发生共振吸收。
这种共振吸收现象可以用来研究物质的电子结构和原子核结构。
通过测量共振吸收谱，可以获得物质的电子能级和原子核能级的信息。
综上所述，X线与物质的相互作用包括散射、吸收、荧光和共振等现象。
这些相互作用的方式和过程提供了丰富的物理信息，可以用来研究物质的结构、组成、含量等。
X射线技术在材料科学、地球科学、生物医学等领域有广泛的应用，为科学研究和工业生产提供了重要的手段和方法。
第三节 X 射线与物质相互作用我们前面讲过当X 射线穿透物质时，与物质发生各种作用有吸收、散射、透 射光电效应等一、X 射线的散射X 射线是一种电磁波，当它穿透物质时，物质的原子中的电子，可能使 X 射线光子偏离原射线方向，即发生散射。
X 射线的散射现象可分为相干散射和非 相干散射。
1、相干散射及散射强度当X 射线通过物质时，在入射电场作用下，物质原子中的电子将被 迫围绕其平衡位置振动，同时向四周辐射出与入射 X 射线波长相同的散 射X 射线，称为经典散射。
由于散射波与入射波的频率或波长相同，位 相差恒定，在同一方向上各散射波符合相干条件，又称为相干散射。
按动力学理论，一个质量为 m 的电子，在与入射线呈29角度方向 上距离为R处的某点，对一束非偏振X 射线的散射波强度为：2(1 cos 2v2它表示一个电子散射X 射线的强度，式中f e =e 2/mC 2称为电子散射 称为极化因子或偏振因子。
它是由入射波非偏振化引起的从上式可见（书P5）相干散射波之间产生相互干涉，就可获得衍射。
可见相干散射是X射线衍射技术的基础。
2、非相干散射 当入射X 射线光子与原子中束缚较弱的电子或自由电子发生非弹性 碰撞时，光子消耗一部分能量作为电子的动能，于是电子被撞出离子外（即反冲电子）同时发出波长变长，能量降低的非相干散射，或康普顿 散射l e =| 0 4 e 2~2 4 R m C 因子l e =l 0 7.9 10 ^6 R 2(1 cos 2 2^ 2这种散射分布在各方向上，波长变长，相位与入射线之间也没有固 定的关系，故不产生相互干涉，不能产生衍射，只会称为衍射谱的背底， 给衍射分析工作带来干扰和不利的影响。
二、 X 射线的透射X 射线射线透过物质后强度的减弱是 X 射线射线光子数的减少，而不是 X 射线能量的减少。
所以，透射 X 射线能量和传播方向基本与入射线相同。
X 射线与物质相互作用，实质上是 X 射线与原子的相互作用，其基本原理 是原子中受束缚电子被X 射线电磁波的振荡电场加速，短波长的 X 射线易穿过 物质，长波长X 射线易被物质吸收。
