圖1
在本文中，我們主要討論散射。
物質對x射線的散射主要是物質中原子的核外電子與x射線相互作用的結果，原子的核外電子分為兩類：1.原子核外束縛較緊的內層電子；2.原子核外束縛較鬆的外層電子。因此入射x射線與這兩種x射線發生相互作用會出現兩種散射效應：相干散射（又稱彈性散射或湯姆遜散射）和非相干散射。
x射線光子與原子核外束縛較緊的內層電子相撞時，光子把全部的能量轉給電子，電子受到入射x射線電磁波的影響後將繞其平衡位置發生受迫振動，不斷被加速或減速，且振動頻率與x射線頻率相同。
根據經典電磁理論，乙個加速的帶電粒子可作為乙個新的波源向四周各方向輻射電磁波（可以看作球面波），即x射線散射裡的散射波，這些散射波與入射波具有相同的振動方向、相同的振動頻率以及恆定的相位差，即散射波與入射波滿足光的干涉條件，這就是x射線被內層電子散射稱為相干散射的原因。
這裡需要注意的是，入射x射線是乙個平面波，而出射的散射波卻是乙個球面波，它不是乙個直接偏轉的過程，而是乙個先被吸收再被輻射的過程。同時，發生相干散射時，散射波與入射波的波長相同，即振動頻率相同，即散射前後不改變x射線波長。
其變化用數學表示如下：
x射線光子與外層電子（價電子）或金屬晶體中的自由電子碰撞時，可利用乙個光子與乙個電子的彈性碰撞機制來描述：當乙個具有動能的物體a去與另外乙個靜止的物體b發生彈性碰撞，滿足能量守恆、動量守恆，碰撞後a、b的總動能不變，但a會有一部分動能轉移到b上，使b具有一定的動能。所以當入射x射線光子與外層電子發生彈性碰撞時，入射x射線光子將會轉移一部分能量到外層電子上，使其偏離原執行軌道並帶有一部分動能形成反衝電子，而原來的x射線因為碰撞損失了一部分能量，使得波長增加、方向偏離。
由於散布於空間各個方向的量子散射波與入射波波長不同，位相也不存在確定的關係，因此不能產生干涉效應，因此這種散射被稱為非相干散射。
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