Page 166 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

m  2 R dB

 2 arccot 4  0 a e 2 a b arctan 2m  2 dz  cos  （9.22）
sa
a
a
θ是散射电子的实际偏转角。由于电偏转的方向和磁偏转的方向可能不同，可以规定，在某
个散射平面上，逆时针偏转为正，顺时针偏转为负，则实际偏转角θ等于电偏转角θE 和磁偏
转角θB 的代数和。
入射电子或散射电子是自由电子。根据经典电磁学原理，自由电子在不均匀磁场中的运
－
－
动轨迹是等能面与垂直于磁场的平面的交线即等能线，因此，e -e 电子偶素中的出射电子
应倾向于沿磁场 B 的等能线方向运动，所谓磁偏转实质上就是使出射电子的散射路径向磁
场 B 的等能线方向偏转。这样一来，磁场 B 的等能线的空间取向决定了磁偏转的方向，当
磁场 B 确定时，磁偏转的方向就确定了。由（9.19）式可知，磁场 B 是入射电子周围磁场
Ba 和靶电子周围磁场 Bb 的叠加，当入射电子的速度 和靶电子的轨道能级确定时，Ba 和
a
Bb 是确定的，则叠加磁场 B 可近似为确定的，磁场 B 的等能线的方向近似为确定的，那么
磁偏转的方向近似为确定的。所以，当入射电子与某个特定轨道能级的靶电子碰撞时，被散
射电子将在磁场 B 的作用下向特定的等能线方向偏转，这种磁偏转近似为定向偏转。通过

这种定向磁偏转，大部分电子被集中散射到散射空间的某个特定的空间立体角内（即散射立
体角），形成一个电子密度较高的空间区域，在接受屏或感光底片上可产生一个明亮的“带
状”影像，即所谓“明带”。由于靶原子中的外层轨道电子都有可能与入射电子发生碰撞，
也就是说，靶电子可以是不同轨道能级上的电子，某一特定轨道能级的靶电子具有一个特定
的磁场 Bb，可产生一个特定的立体角的定向磁偏转，形成一个特定的“明带”。不同轨道
能级的靶电子所产生的不同的“明带”在感光底片上依次排列，由此形成了明暗相间的衍射

图案。
例如，戴维孙-革末的电子-晶体衍射实验使用的是镍单晶，镍原子有 28 个核外电子，
排布式为：
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2
其中 K 壳层 2 个、L 壳层 8 个、M 壳层 16
1 2 3 4
个、N 壳层 2 个。N 壳层和 M 壳层的电子
是外层轨道电子，它们都有可能成为靶电子，
特别是能级较高的 2 个 4s 电子和 8 个 3d 电
5
子。这些轨道能级上的靶电子具有各自不同
的磁场 Bb，可产生不同的散射立体角的定向
磁偏转，形成不同的“明带”，由此构成了

明暗相间的电子-镍单晶衍射图案。
电子-晶体衍射还与衍射晶体的内部结
构有关。在晶体中，原子按一定规律排列，
构成很多组不同方向的平行面，同一方向的
平行面构成一个晶面簇，如图 9-6 所示。图
中标出了 6 个不同方向的晶面簇。入射电子 6
是经由不同的晶面簇被散射的。在不同的晶

面簇上，靶原子朝向电子入射方向暴露出来 图 9-6 晶体中原子构成的不同方向的
的外层轨道电子可能是不同的，譬如，晶面 晶面簇

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