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光子能量的测量
发布时间:2016-01-03 15:56:29 作者:屈进禄

    为了测量一个光子的能量,我们首先需要能探测到它。如果X射线通畅地穿过了一个探测器,那么它也可能没有经过探测器。解决办法把进入到我们的探测器的X射线引导到它能和电子相互作用的地方。这样做的一种方法是把探测器充满氙气这样的气体。当入射的X射线撞击到氙气时,它会把它的能量传递给氙原子,导致电子被击出。因为在探测器中加上了强电场,电子会加速,进而它会撞击出其它氙原子的外层电子。这会持续发生,直到这个级联过程产生了一个小的电子云。这个电子云倾泻到这个探测器中的一根金素丝上,使金属丝得到了电荷。这个电荷量的大小正比于初始光子的能量。所以,这个方法不仅能帮助我们探测到X射线,还能帮助我们测量它们的能量。

    有几种探测器就是通过让入射的X射线与气体相互作用来工作的,其中一种叫做正比计数器。像闪烁体和荧光体这样的探测器实际上测量的是当X射线与气体探测器中的原子相互作用并被吸收时所放出的可见光子。测量可见光子的数量可以让你知道入射的X射线有多高的能量。另一种探测器叫做热量计,它直接测量冷气体当吸收入射的X射线时所产生的热量。

一个X射线观测的障碍就是X射线背景的干扰。除了来自你所指向的(即你要测量的)源的X射线,还有来自各个方向的其它的源的光子和高能粒子入射到你的望远镜和探测器中。那些可能是大气层反射的太阳X射线,或者是来自太阳的高能粒子,这些粒子假装成X射线与你的探测器相互作用。所有的这些多余的东西都被称为噪声。一个关于“源”与“噪声”的问题的合理类比可以在午餐时间在学校食堂里发现。通常同时存在沸沸扬扬的噪声和谈话,很难听清楚每个人在说什么。想象一下,试图从所有你周围发生的其他对话中得到你想要听到的对话。能够从背景噪声中分离和探测出来自一个源的X射线信号是一个微妙的艺术,而且那是非常重要的。