基本介紹
- 中文名：非彈性電子散射
- 外文名：inelastic electron scattering
- 所屬學科：物理學、化學、晶體學
非彈性散射,彈性散射和非彈性散射,概念,原理,套用,
非彈性散射
高能快中子射入物質，與構成物質的原子核（靶核）發生作用時，先被靶核吸收形成複合核，而後再放出較低能量的中子，靶核吸收了能量處於激發態。這一作用稱為非彈性散射。
在非彈性散射中，部分粒子的能量增加或是減少了。非彈性散射以往會視為和動力學中非彈性碰撞有關，但二者的概念有很大的差異：非彈性碰撞是指碰撞前後的總動能不守恆。一般而言，由非彈性碰撞產生的散射會是非彈性散射，不過因為彈性碰撞會使二個粒子交換能量，由彈性碰撞產生的散射也可能是非彈性散射，例如康普頓散射。
若粒子能量的變化遠小於粒子本身的能量，一般會稱為準彈性散射。
彈性散射和非彈性散射
又稱彈性碰撞和非彈性碰撞。在碰撞中,如兩粒子間只有動能的交換，粒子的類型及其內部運動狀態並無改變,則這種碰撞稱為彈性散射。如在高能物理e+e─→e+e、e+p─→e+p、p+p─→p+p諸過程中，始末態粒子的類型及其內部運動狀態並無改變，分別稱之為高能電子－電子、電子－質子、質子－質子彈性散射。如除有動能交換外，粒子內部狀態在碰撞過程中有所改變或轉化為其他粒子，則稱為非彈性散射。如電子－原子碰撞中所引起的原子電離和激發，又如高能ee碰撞產生μμ,ττ或各種強子等都是非彈性散射過程。
電子－質子-內部結構模型圖圖冊
散射過程的研究對於了解許多物理現象有很重要的意義。例如E.盧瑟福對α粒子被物質散射的研究，發現原子中存在著比原子本身尺度小得多、但幾乎集中了整個原子質量的原子核；И.М.夫蘭克、G.L.赫茲等人所進行的電子與原子碰撞的實驗證明了N.玻爾關於原子有定態的假設；在宇宙射線、氣體放電、氣體分子碰撞等現象中，散射過程也占著重要地位；目前世界上建造的高能加速器，就是利用基本粒子間散射過程來研究基本粒子的性質及其相互作用和相互轉化的規律。
概念
在散射過程中，若參於散射的兩粒子內部能量與結構不發生變化，則稱這種散射為彈性散射。在彈性散射過程中，系統能服從能量守恆定律和動量守恆定律。反之，只要有一個參與散射的粒子發生內部結構或能量的變化（如激發），就稱這種散射為非彈性散射。[1]
原理
對於某些絕緣體和半導體材料，入射電子的能量損失可以使價電子帶的電子升入導帶,形成一個電子-空穴對。當電子和空穴複合時，以光子的形式釋放其能量，稱陰極射線發光效應，其能量的大小等於物體導帶與價電子帶間的能隙。
電子在原子的庫侖場中運動，經受非彈性碰撞所損失的能量可以轉換成連續X射線，稱軔致輻射，所發射X射線的能量範圍從零到等於入射電子的能量。電子所損失的能量也可以激發物體點陣的振動，轉變為熱輻射。此外，電子在物體內經受一次或多次非彈性碰撞後，本身可以逸出體外，這種電子稱背散射電子。
套用
非彈性電子散射過程所產生的各種輻射可作為成分或結構分析的信號。次級電子和背散射電子是掃描電子顯微鏡中成像的主要信號，它們可以提供試樣表面形貌和元素分布信息。標識X射線是X射線波譜儀和能譜儀用以進行成分分析的信號，俄歇電子用於10埃以內表面層的成分分析。陰極發光光譜可提供帶間能隙的信息，連續X射線譜攜帶了試樣中平均原子序數的信息,有助於對由輕元素構成的試樣進行定量分析的校正，電漿激元提供了試樣中價電子濃度的信息。
當電子穿透薄膜試樣時，非彈性散射所導致的電子能量損失譜也有助於進行試樣的成分和結構分析，它和非彈性散射過程所發射的輻射是互補的。低能區（低於50電子伏）的能量損失源自等離子激元的激發，高能區（高於50電子伏）源自原子內層電子的電離。高能區的電子能量損失譜稱電離損失譜，用其進行元素分析的方法稱為電離損失譜法，或離子化損失譜法。與X射線波譜和能譜相比，電離損失譜更宜於作輕元素分析。電離損失譜有時有幾十至幾百電子伏的起伏，稱擴展電離損失譜精細結構譜，它和擴展X射線吸收精細結構譜相類似，能提供近鄰原子間距、化學配位數和晶體學配位數的信息，有助於研究非晶態薄膜的結構。電子能量損失譜分析技術和套用尚在發展中。
