反冲电子是
X射线与物质相互作用产生的一种电子。一般认为,电子被
光子散射,由于获得的能量特别大,直接反冲出原子的束缚,因而就此定义它为反冲电子。
X射线与物质相互作用会产生:散射
X射线、
电子、荧光X射线;还有穿过物质的透射X射线和热能。产生的电子包括有
俄歇电子、
光电子、和反冲电子。
X射线散射中的
非相干散射,当能量为hv的光子与自由电子或与受核束缚较弱的电子碰撞,将一部分能量传给电子,使其动量提高,成为反冲电子。
对于光子散射后的状况,相关论述已作探讨,且散射后的光子数与散射体的电子密度有关系,相应地也提出了很多应用方面的研究,甚至有些应用已经非常成熟。但是对于散射后电子的状态,还没有较为全面的讨论。
一般认为,未发生康普顿散射之前,电子绕核在一定轨道上运动,电子的能量状态是量子化的,不同能级上电子的能量状态不同。发生
康普顿散射之后,电子获得一定的能量,因此反冲电子的状态也就南所获得的能量值决定。
此时,电子所获得的能量满足跃迁所需能量,电子可能跃迁至
激发态。由于入射光子的扰动,处于激发态的光子仍有可能跃迁回原
稳定态,同时辐射Eif的能量。
电子所获得的能量超过跃迁所需能量,电子的行为可能表现为跃迁至激发态,同时把多余的能量辐射出去。由于入射光子的扰动,处于激发态的光子仍有可能跃迁回原稳定态,同时辐射Eif的能量。不过,从量子力学角度看,由于电子跃迁到更高能级必须遵循一定的选择定则,而电子所获能量无法满足该要求,因此,电子所处状态应该与情形(1)一致:散射电子将把在散射中获得的能量以电磁辐射的形式辐射出去,并恢复原状,而不是发生跃迁。
电子获得的能量超过电子的逸出功形(
电离能),可以逃离原子的束缚,从而被散射出来,真正成为反冲电子。当入射光子能量较高,反冲电子获得的能量可能远大于
逸出功,此时就可以认为电子被反冲出原子的束缚,而忽略逸出功的影响。
由于原子中电子逸出功只有几eV或十几eV,因此可得入射光的能量最低量级为KeV。比如,铝金属形为2.50~3.60 eV,如取2.50 eV,而电子的静能鼍为0.511MeV,代入可得0.800 KeV
当电子被反冲出原子的束缚时,这种散射与光电效应的光电子有相似之处,电子逃离原子的初动能等于获得的能量减去逸出功。但更重要的是与光电效应相区别:
1)
光电效应是对入射光子能量的伞部吸收,整个过程遵循能量守恒,
康普顿散射则是部分的获得入射光子的能量。在整个过程中,康普顿散射既遵循能量守恒也遵循动星守恒。
2)光电效应中无散射光,而康普顿散射中有散射光,且(当散射角不为零时)散射光的能量比入射光低。
3)光电效应中,入射光的能量大于等于逸出功,就可以得到光电子,而康普顿散射中,要使电子逸出,能量与逸出功之间必须满足入射光能量公式。
4)光电效应中,电子获得能量大于逸出功时,电子要逃离原子束缚成为光电子,而康酱顿散射中,由前面分析可知,电子散射后可能出现的状态为保持原状态,保持原状态并电离出获得的能量,跃迁,电离并以较高速度反冲出原子(获得的能量远高于逸出功时)等可能的状态。