电子与物质的相互作用

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电子与物质的相互作用及其应用

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。

电子与物质相互作用

fn0 (q) 简化为偶极振子强度， fn0 (q) → fn ， fn 表示原子对入射光子的响应（光学吸收）。
Bethe 理论也可用来描述电子在固体中运动时的非弹性散射作用总贡献，这是由振子强度的求和规则
不随原子环境改变的性质决定的，尽管此时已不能准确求得各种非弹性散射机制（如价电子激发）的截面。
2
射角较大时屏蔽和无屏蔽 Rutherford 散射截面很相近，图中难以区分。更精确的截面是通过解 Schrodinger 方程计算原子势获得。此外，考虑包括电子自旋和相对论效应的
Dirac 方程，可以获得描述电子弹性散射的 Mott 截面。
Mott 载面
图 10.1.2 屏蔽和无屏蔽 Rutherford 散射微分截面的比较。
屏蔽 Rutherford 公式的优点是它的简单解析性，缺点是近似程度差，特别是对于重原子和电子能谱学
中的电子能量(数 keV 范围)，Born 近似已不再成立。严格准确的微分弹性散射截面应该由相对论的 Dirac
方程导出，Mott 在 1929 年用散射问题的普遍方法（分波法）得到了相对论性微分弹性散射截面的一般数
的作用超过后者，也就是说电子云屏蔽了原子核的一部分的作用。
1
图10.1.1 电子在原子势场中散射的示意图。左图中为经典力学图像，在小面积 dσ 中的电子运动方向偏转θ 后被散射到立体角 dΩ 中，散射角θ 对应一个特定的碰撞参数 b 。右图为波动力学中电子散射的图像，散
射后球面波在θ 角方向的振幅为 f (θ ) ，动量转移为 q = k − k0 ，而散射前后的波矢大小或能量不变。
Bethe 理论
电子在物质中与原子的电子云发生碰撞，造成散射电子的能量损失。原子电子因而获得能量形成电子

电子与固体物质的相互作用

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。

电子与物质的相互作用

K态（K电子去除）
原子能量
K激发
Ⅰ Ⅱ Ⅲ L态（L电子去除） L激发
M N
M态（M电子去除） N态（N电子去除）价电子去除中性原子
二次电子
被入射电子(E<50ev)在样品的导带和价带里打出来的电子，称为二次电子。 ● 二次电子在样品 (5-10nm) 和容易逸出表面，可用来表征样品表面形貌信息。 ● 扫描透射模式(STEM)利用二次成像，具有比扫描电镜像有更高的分辨率。扫描电镜中二次电子像的分辨率为 3-6nm ，透射电镜为 2-3nm。
●
真空导带价带
入射电子束（如 100KeV） K
特征X射线
损失能量的电子
特征x射线示意图
不同材料X射线波长不同，所以叫特征X射线，波长取决于阳极靶元素的原子序数。特征X射线谱是叠加在连续X射线谱上的。
10 8 6 Mo 4 2 Cr 连续光谱
15.2 W β
37.2 特征光谱 α
●
透射电子
透过试样的电子束携带试样的成分信息，通过对这些透射电子损失的能量进行分析，可以得出试样中相应区域的元素组成，得到作为化学环境函数的核心电子能量位移信息。 ● 能量损失谱 (EELS) ：由于非弹性散射碰撞使电子损失一部分能量，这一能量等于原子与入射电子碰撞前基态能量与碰撞后激发态能量之差。 ● 如果最初电子束能量是确定的，损失的能量又可准确的测量，就可以得到试样内原子受激能级激发态的精确信息。 ● EELS可以分析原子序数z>=1的元素。
●
入射高压电子束背散射电子俄歇电子
二次电子特征X射线可见光
吸收电子
样品
电子空穴对
韧致辐射X射线
弹性散射电子透射电子

X射线的产生和性质

X射线产生效率（ η ）是产生的X线能量与高速电子流的能量之比，即：
X 线能量 IV 2 Z ＝K ＝KVZ 高速电子流能量 IV
上式中，Z为原子序数，V为管电压，I为管电流，K为比例常数，通常K＝10-9，上式可写成 η＝ZV×10-9。

由上式可知，X线的产生效率与管电压和靶物质的原子序数成正比，高压波形越接近恒压，X线的产生效率越高。研究证明，X线管产生X线的效率极低，一般不足1 ％，而绝大部分的高速电子能都在阳极变为了热能，使阳极靶面产生很高的温升。这是X线管不能长时间连续工作的原因所在。因此X线管必须有良好的散热冷却装置。 X射线的利用率也很低，不足总量的10%。绝大部分都被阳极靶、管壳、管套、绝缘油等吸收。

二、厚靶周围X射线强度的空间公布

厚靶：是指把入射电子全部阻止，靶体几乎把电子入射方向上产生的X射线全部吸收的靶，称为厚靶。具有这种靶的X射线管称为厚靶X射线管或称为反射式X射线管。这种靶的靶面与垂直方向有一定的倾角——阳极角θ。
二、特征X射线
4.连续X线和特征X线的比例大小. 由上所述可知：高速入射电子与靶物质原子作用，会产生连续X射线和特征X射线。连续射线与特征射线的比例，随着管电压数值的变化而变化。管电压升高，连续射线量所占百分比减少，特征射线所占百分比增加。

二、特征X射线
对于钨靶X射线管，低于K系激发电压不会产生K系放射；80～150KV时，特征放射只占 10％～28%；管电压高于150KV，特征放射相对减少；管电压向300KV时，特征放射可以忽略。医用X射线主要是连续X射线，但在物质结构的光谱分析中使用的是特征X射线。
表2-2

x射线的原理和应用

x射线的原理和应用一、x射线的原理x射线是一种高能电磁辐射，由电子束与物质相互作用产生。

其原理如下：1.电子束：x射线的产生需要一束高速运动的电子。

通常采用电子加速器或x射线管产生电子束。

2.电子束与物质的相互作用：电子束与物质相互作用时会发生电子-原子核相互作用、电子-电子相互作用和电子-原子轨道相互作用。

在这些相互作用下，电子会失去能量并发射出x射线。

3.x射线的产生：电子束与物质相互作用后，部分电子会失去能量并被重新组合，形成x射线。

x射线的能量取决于电子束的能量和物质的成分。

二、x射线的应用x射线在医学、工业和科学研究中有着广泛的应用。

1. 医学应用•诊断：x射线在医学诊断中起到了至关重要的作用。

医生可以利用x 射线影像来观察骨骼和内脏器官，从而发现病变和异常情况。

常见的应用包括X线检查、CT扫描和乳腺X线摄影等。

•放疗：x射线的高能量可以用于治疗肿瘤和其他疾病。

通过照射患者的肿瘤区域，x射线可以破坏癌细胞的DNA，从而达到治疗的目的。

2. 工业应用•材料检测：x射线可以用于材料的非破坏性检测。

通过对材料进行x 射线照射和观察，可以检测材料的结构和缺陷，如金属的裂纹和焊接接头的质量。

•质量控制：很多工业生产过程中都需要对产品进行质量控制。

x射线可以用于检测产品是否符合规格和标准，例如食品中金属异物的检测和纺织品的密度检测等。

3. 科学研究应用•结构分析：x射线衍射技术可以用于研究材料的结构。

通过将x射线束照射到样本中，研究者可以观察到x射线经过样本后的衍射图案，从而推断样本的结晶结构和晶体学参数。

•谱学分析：x射线也可以用于谱学分析。

通过测量x射线在材料中发生的散射和吸收现象，研究者可以获得材料的元素组成和化学环境等信息。

以上只是x射线应用的一部分，随着科技的发展，对x射线的研究和应用还将不断扩展和深化。

三、结语x射线是一种重要的电磁辐射，其原理和应用广泛而深入。

在医学、工业和科学研究领域，x射线发挥着巨大的作用。

电子与物质的相互作用

五、相互作用体积与信号产生的
1、相深互度作用和体广积度
当电子射入试样后，受到原子的弹性、非弹性散射。特别是在许多次的散射后，电子在各个方向散射的几率相等，也即发生漫射。由于这种扩散过程，电子与物质的相互作用不限于电子入射方向，而是有一定的体积范围，此体积范围称为相互作用体积。
2、各种物理信号产生的深度和广度俄歇电子<1nm 二次电子<10nm 背散射电子>10nm X射线1um
一、电子散射
当一束聚焦电子束沿一定方向射入试样时，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。在弹性散射过程中，电子只改变方向，而能量基本无损失。在非弹性散射过程中，电子不但改变方向，能量也有不同程度的减少，转变为热、光、X 射线和二次电子发射。
原子对电子的散射可分为： 1. 原子核对电子的弹性散射 2. 原子核对电子的非弹性散射 3. 核外电子对入射电子的非弹性散射
二、内层电子激发后的弛豫过程当内层电子被运动的电子轰击脱离原子后，原
子处于高度激发状态，它将跃迁到能量较低的状态，这种过程称为弛豫过程。它可以是辐射跃迁，即特征X射线；也可以是非辐射跃迁，如俄歇电子发射，这些过程都具特征能量，可用来进行成分分析。
扫描电镜和电子探针中应用背散射电子成像
称为背散射电子像。其分辨率较二次电子象低。
2、透射电子
当试样厚度小于入射电子的穿透深度时，电子从另一表面射出，这样的电子称为透射电子。
TEM就是应用透射电子成像的。如果试样只有10~20nm的厚度，则透射电子主要由弹性散射电子组成，成像清晰。
如果试样较厚，则透射电子有相当部分是非弹性散射电子，能量低于E0，且是变量，经过磁透镜后，由于色差，影响了成像清晰度。

带电粒子与物质的相互作用

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。

《电工电子学》电子与物质的相互作用

对于多晶体而言，由于晶粒数目极大且晶面位向在空间任意分布，多晶体的倒易点阵将变成倒易球。倒易球与爱瓦尔德球相交后在相纸上的投影将成为一个个同心圆。
电子衍射结果实际上是得到了被测晶体的倒易点阵花样，对它们进行倒易变换从理论上讲就可知道其正点阵的情况―― 电子衍射花样的标定。与X射线衍射类似，遵循布拉格定律: 2d sin n
倒易点阵是埃瓦尔德(P.P.Ewald)1920年引入的概念，是一种虚点阵。正点阵中每组平行晶面(hkl)相当于倒易点阵中的一个倒易点，此点在这组晶面的公共法线上，它到原点的距离为该组晶面间距的倒数。
扫描电子显微镜(SEM)
1935年：德国的 Knoll提出了扫描电镜(SEM)的概念; 1942 Zworykin. Hillier, 制成了第一台实验室用的扫描电镜。1965 年第一台商品扫描电镜问世。
4)背散射电子(BE)—从距样品表面0.1-1um深度范围内散射回来的入射电子，其能量近似入射电子能量。主要特点:a)对样品物质的原子序数敏感;b)分辨率和信号收集率较低; 5)吸收电子(AE)—残存在样品个的入射电子,用于表面化学成份和表面形貌分析。 6)俄歇电子(AUE)—从距样品表面几Å深度范围内发射的并具有特征能量(固定值，随元素不同而异)的二次电子。特点是用于分析轻和超轻元素和表面薄层分析 (<1nm)。 7)非弹性散射电子—入射电子受到原子核的吸引改变方向的电子。能量损失谱。原子核(连续波长X射线)和核外电子(二次电子和特征X射线) 8)阴极荧光—入射电子束激发发光材料表面时，从样中激发出来的光子波长大约在可见光到红外光范围之间。 9)感应电动势—对半导体物质，入射电子产生的电子-空穴对在外电场作用下,各自运动到一定的区域积累起来,形成净空间电荷而产生电位差，形成附加电动势 10)Cherenkov 辐射 1932-1933年间，德国的Ruska和Knoll 等在柏林制成了第一台电子显微镜(1986诺贝尔奖) ,放大率只有l2倍,表明电子波可以用于显微镜。 1939年德国的西门子公司产生了分辨本领优于100 Å的电子显微镜。我国从1958年开始制造电子显微镜。现代高性能的透射电子显微镜点分辨本领优于3Å，晶格分辨本领达到1-2Å，自动化程度相当高。

带电粒子与物质的相互作用

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。

电子探针的测量原理是

电子探针的测量原理是电子探针是一种常用的表面化学分析工具，它利用电子与物质的相互作用原理，通过对材料表面进行扫描和探测，得到样品的表面形貌信息以及元素组成和分布情况。

电子探针主要包括电子显微镜（SEM）和扫描电子显微镜（SEM）两种类型。

电子探针的测量原理主要基于以下几个方面：1. 康普顿散射：当高能电子与物质相互作用时，它们会发生散射。

康普顿散射是一种散射过程，其中电子与物质中的自由电子发生相互作用，从而改变电子的运动方向和能量。

通过测量散射电子的能量和散射角度，可以获得材料中电子的能带结构、晶格参数和原子间距等信息。

2. 透射电子显微镜（TEM）：透射电子显微镜利用电子的波动性质，通过物质内部的透射来对样品进行分析。

电子束穿过样品后，会与样品中的原子进行相互作用，散射出去的电子被收集，并通过荧光屏显示成一幅图像。

通过观察透射电子的衍射图案，可以确定晶体结构和晶胞参数。

3. 荧光X射线：当电子束与样品相互作用时，样品中的原子会吸收能量并重新辐射出来。

其中一部分辐射是以荧光X射线的形式发射出来的。

通过测量荧光X 射线的能谱，可以确定样品中的化学元素以及它们的含量和分布。

4. 俄歇电子能谱（AES）：俄歇电子能谱是一种基于能级跃迁的分析技术。

当高能电子与物质碰撞时，会将其中一部分能量转移到样品表面的原子或分子。

这些原子或分子会吸收能量并将其通过电离或激发的方式重新辐射出去。

通过测量这些重新辐射出来的俄歇电子的能量，可以获得样品表面的元素组成和化学状态信息。

综上所述，电子探针的测量原理是基于电子与物质相互作用的原理进行的。

通过测量电子的散射、透射、荧光X射线以及俄歇电子等参数，可以获得样品的表面形貌、晶格结构、元素组成和化学状态等信息。

这些信息对于材料科学、表面化学和纳米科学等领域具有重要的研究和应用价值。

带电粒子与物质相互作用的类型、特点与作用参数

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带电粒子与物质相互作用可产生

带电粒子与物质相互作用可产生1. 引言嘿，你有没有想过那些看似平常的电荷和物质碰撞后会发生什么有趣的事情？其实，这背后可大有文章。

带电粒子就像一颗颗小小的炸弹，它们碰撞到物质时，可不是简单的“嗨”一下那么简单。

来，我们一块儿探探这其中的奥秘，看看这些电荷们能在物质里搞出什么大动静！2. 电荷与物质的奇妙碰撞2.1. 光的产生首先，带电粒子碰到物质时，最常见的就是产生光了。

你看，荧光灯、电视机、甚至一些闪闪发光的玩意儿，都是依靠这种原理的。

带电粒子（比如电子）飞速撞击物质内部的原子，这些原子就像被打了一针兴奋剂一样，变得很激动。

当这些原子从高能状态回到低能状态时，它们就会释放出光，照亮你的世界。

是不是感觉像是电子们在物质中举行了一场灯光秀？2.2. 电离效应接着，带电粒子还会让物质发生电离。

电离就是把原本平静的原子搞得一团乱。

带电粒子碰到原子时，有可能把它们的电子给打飞了，留下带正电的原子核和一个自由的电子。

这种现象在日常生活中有很多应用，比如X光检查，医学上用得特别广。

电离就像是带电粒子给物质带来了小型的炸弹爆炸，瞬间改变了原本的状态。

3. 电荷与物质的互动效果3.1. 激发与辐射除了光和电离，带电粒子还会引发激发效应。

当带电粒子撞到物质时，它们能把物质中的原子或分子推到激发状态，就像是给它们加了“鸡血”，让它们兴奋起来。

这时候，物质就会在某些特定的条件下释放出特定的辐射，比如紫外线、X射线等。

这种辐射可以用来研究物质的内部结构，了解它们的秘密。

3.2. 粒子散射最后，带电粒子还可能引起粒子散射。

想象一下你扔石子进水里，水面就会产生涟漪。

带电粒子也差不多，它们在碰到物质时，会把物质中的其他粒子“撞”得东倒西歪。

这种散射现象被用来分析物质的性质，比如研究物质的结构、密度等信息。

科学家们就像在用带电粒子玩一个复杂的“弹珠游戏”，在不断地揭示物质的奥秘。

4. 结论综上所述，带电粒子和物质的互动不仅仅是“碰一碰”那么简单，而是会引发一系列精彩的反应。

电子与固体物质的作用

随着入射电子与样品中原子核或核外电子发生非弹性碰撞次数的增多，电子的能量和活动能力不断降低，以致最后被样品全部吸收。
用检测电流的方式可以得到吸收电子的信号像，它是背散射电子像和二次电子像的负像。现在一般不采用这种方式获得照片。
透射、吸收、背散射和二次电子之间的强度关系
样品本身要保持电平衡，这些电子信号必须满足以下关系： ip=ib+is+ia+it 式中：ip是入射电子强度；ib是背散射电子强度；is是二次电子强度；ia是吸收电子强度；it是透射电子强度。将上式两边同除以ip，得： η +δ +α +T=1 式中：η = ib/ip，为背散射系数；δ = is/ip，为二次电子发射系数； α = ia/ip，为吸收系数； T = it/icattered Electron)
背散射电子及二次电子的产额随原子序数的增加而增加，但二次电子增加的不明显。而背散射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，也可以用来显示原子序数衬度，定性地成分分析。不同的物质相也具有不同的背散射能力，用背散射电子的测量亦可以大致的确定材料中物质相态的差别。背散射电子像亦称为成分像。
4.2 背散射电子(Back-scattered Electron)
背散射电子是指被固体样品原子反射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。
弹性背散射电子是指被样品中原子核反弹回来的，散射角大于90度的那些入射电子，其能量基本无变化（几到几十KeV）。非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射，不仅能量变化，而且方向也发生变化。能量范围很宽，从数十 eV 到数千eV。从数量上看，弹性背散射电子远比非弹性背散射电子所占的份额多。背散射电子的产生范围在样品的 100nm-1m m 深度，能量在几十几千eV。背散射电子成像分辨率一般为 50200nm（与电子束斑直径相当）。

03-电子显微分析-基础知识与TEM(2-电子与固体物质的相互作用)

§2 电子与固体物质的相互作用
原子核对入射电子的散射一、入射电子的散射核外电子对入射电子的散射
二、入射电子与固体材料相互作用产生的信号
背散射电子二次电子透射电子吸收电子特征X射线俄歇电子……
三、相互作用体积与信号产生的深度和广度
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一、入射电子的散射
1、散射定义及分类
散射:当一束聚焦电子束沿一定方向照射到固体上时，在固体原子的库仑电场作用下，入射电子方向发生改变，这种现象称为电子的散射。
第1§ 、2§ 小结
光学显微镜的局限性→电子显微镜电子枪加速电压与电子束波长关系电子透镜：静电透镜磁透镜像差：几何像差色差场深焦深电子束与固体物质的相互作用电子与物质相互作用体积和深度、广度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ19
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R（Z -）2
Z—原子序数 R、σ—常数
来源深度：特征X射线来自样品较深的区域应用：用特征值进行成分分析
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6、俄歇电子
俄歇电子产生过程
每种原子都有自己的特定壳层能量，所以它们的俄歇电子能量也各有特征值。
能量特点：俄歇电子能量值很低，几十ev ～几百ev ；来源深度：来自样品表面1—2nm范围；用途：适合做表面分析。
散射分类：有弹性散射和非弹性散射之分。原子中的原子核和核外电子对入射电子均有散射作用。
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2、原子核对入射电子的散射原子核对入射电子的散射包括弹性散射和非弹性散射（1）弹性散射电子:只改变运动方向，不损失能量。
弹性散射电子是透射电镜成像和电子衍射的基础
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（2）非弹性散射
入射电子运动到原子核附近损失能量
3、透射电子eT 当试样厚度小于入射电子的穿透深度时，电子从

电子与物质的相互作用

一.
二次电子
1. 产生：入射电子束轰击出来并离开样品表面的
样品中的核外电子。
2. 特点：⑴ 能量较低（<50eV）；
⑵ 一般在表层5~10nm深度范围内
发射出来，对样品表面形貌非常敏感。
(3)与原子序数无关，不能做成份分析
3.二次电子能量较低，只能从样品表面层5~10nm深度范围内激发出来； ②其数量和原子序数没有明显的关系，但对微区表面的形状十分敏感；
跃迁以填补内层电子的空位，从而辐射出具
有原子序数特征的特征X射线。
2. 特点：反映了样品中原子序数特征。
3. 应用：微区成分分析（元素）。
六. 俄歇电子
1. 产生：入射电子激发样品的特征X射线过程中，外层电子向内层跃迁时辐射出来的能量不是以X射线的形式发射出去，而被外层的另一个电子吸收而摆脱原子核的束缚而逃离出来，这个被电离的电子称为俄歇电子。 2. 特征：⑴ 俄歇电子能量很低，并且具有反映原子序数的特征能量； ⑵ 只有距离表面1nm左右范围内逸出的俄歇电子才具备特征能量。
背散射电子产额
两种图像的对比
锡铅镀层的表面图像（a）二次电子图像（b）背散射电子图像
两种图像的对比
铝钴镍合金二次电子照片
铝钴镍合金背散射电子照片
三. 吸收电子
1. 产生：入射电子多次非弹性散射后能量消失，最后被样品吸收。
入射电子被样品吸收后也会产生电流强度。
逸出表面的背散射电子的电流强度
⑶而二次电子能量低，可利用检测器收集栅上加一定正电压来吸引能量较低的二次电子，使它们以弧形路线进入闪烁体，使背向检测器的部位逸出的电子也能对成像有贡献，使图像层次增加，细节清楚。
2. 背散射电子原子序数衬度原理 ⑴ 原子序数衬度：是利用对样品微区原子序数或化学成分变化敏感的物理信号作为调制信号得到的，

电子与物质的相互作用及其应用

电子与物质的相互作用及其应用首先，电子散射是指电子与物质中的原子、分子或晶格发生碰撞并改变运动方向的过程。

根据散射角度的不同，电子散射可以分为弹性散射和非弹性散射。

弹性散射是指电子在与物质发生碰撞后，能量、动量和角动量守恒，只改变运动方向而不改变能量的过程。

非弹性散射是指电子在与物质发生碰撞后，除了改变运动方向外，还会转移或转化能量的过程。

电子散射的研究可以揭示物质的结构和性质，也是电子显微镜等技术的基础。

其次，电子吸收是指电子被物质中的原子、分子吸收并转化为其他形式的能量的过程。

电子吸收通常发生在原子或分子的能级间跃迁的过程中。

当电子吸收能量与物质能带结构相吻合时，电子可以激发到更高的能级上，并导致电子的离子化或电子激发。

电子吸收的研究可以揭示物质的化学成分和电子能级结构，并应用于光谱学和能谱学等领域。

最后，电子激发是指电子通过与物质相互作用，使物质中的原子、分子或晶格发生能级跃迁的过程。

电子激发通常发生在物质中的特定能级上。

当电子激发能量与物质的能级结构相吻合时，电子可以使物质中的原子、分子或晶格发生激发态到基态的跃迁，并导致发光或发射其他形式的能量。

电子激发的研究可以揭示物质的发光机制和能量转换过程，并应用于光电子学和光学传感器等领域。

基于电子与物质的相互作用，有许多重要的应用。

首先，在电子技术中，电子与物质的相互作用是电子器件工作的基础。

例如，电子与半导体材料相互作用可以产生电子在材料中的载流子，从而实现电流的传导和控制。

这种相互作用被应用于各种电子器件，如晶体管、场效应管和二极管等。

此外，电子与材料的相互作用还被用于制造和改变材料的性质，如半导体材料的掺杂和表面修饰。

其次，在材料科学中，电子与物质的相互作用被应用于制备新的材料或改变材料的性质。

例如，通过电子束物理气相沉积技术，可以在材料表面聚积一层薄膜，从而改变材料的光学、电学或磁学性质。

此外，通过电子束激光束处理，还可以实现对材料的微细加工和纳米结构的制备。

肿瘤放射物理学-物理师资料-22 带电粒子与物质的相互作用

用 Scol 或
dE ( dl )col
表示
质量碰撞阻止本领（mass collision stopping power）：线性碰撞阻止本领除以靶物质的密度。
用
(
S
)col
或
1 dE
( dl )col 表示
电离损失与入射粒子的能量、电荷数及靶物质的每克电子数之间的关系
1、重带电粒子质量碰撞阻止本领表达式：
或
1 dE
( dl )rad
辐射损失与入射粒子及靶物质部分物理量之间的关系
关系式：
S
z2Z 2
( )rad m2 NE
带电粒子的能量
结论：
带电粒子静止质量
单位质量靶物质中的原子数
（1）与入射带电粒子的质量m的平方成反比，重带电粒子的轫致
辐射引起的能量损失可以忽略；
（2）与Z2成正比，说明在重元素物质中的韧致辐射损失比轻元素
物质大；
（3）与粒子的能量成正比，这与电离损失的情况不同。
（三）带电粒子与原子核的弹性碰撞当带电粒子与靶物质原子核库仑场发生相互作用时，尽管带电粒
子的运动方向和速度发生变化，但不辐射光子，也不激发原子核，它满足动能和动量守恒定律，属弹性碰撞，也称弹性散射。
当带电粒子能量较低时，才有明显的弹性碰撞。重带电粒子由于质量比较大，与原子核发生弹性碰撞时运动方向改变小，散射现象不明显，因此它在物质中的径迹比较直。电子质量很小，与原子核发生弹性碰撞时，运动方向改变可以很大，而且还会与轨道电子发生弹性碰撞，因此它在物质中的径迹很曲折。
（二）带电粒子与原子核的非弹性碰撞当带电粒子从原子核附近掠过时，在原子核库仑场作用下，运
动方向和速度发生变化，此时带电粒子的一部分动能就变成具连续能谱的X射线辐射出来，这种辐射称为韧致辐射。