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1、铜的 X-射线特性 相关内容相关内容(Related topics) X-射线管、轫致辐射、特征辐射、能级、晶体结构、晶格常数、吸收、吸收 边沿、干涉、布拉格等式、衍射级 原理和任务原理和任务(Principle and task) 用不同的单晶分析阳极铜的 X-射线谱，并把结果绘制成图。从衍射倾角的 不同位置，可以确定特征谱线的能量。 实验设备实验设备(Equipment) X-射线基本组件，35kV 09058.99 1 X-射线的角度计，35kV 09058.10 1 铜 X-射线管的插入组件 09058.50 1 计数管，B 型 09005.00 1 晶体锂-氟化物，裱好的 09056
2、.05 1 晶体钾-溴化物，裱好的 09056.01 1 记录设备： X-Y 记录仪 11416.97 1 连接线缆，100cm，红色 07363.01 2 连接线缆，100cm，兰色 07363.04 2 或者 X-射线组件软件，35kV 14407.61 1 数据线，插头/插座，9 针 14602.00 1 计算机 课题课题(Problems) 1使用锂-氟（Li-F）单晶分析仪，记录阳极铜发射的 X-射线的强度，在最 大阳极电压和阳极电流处，与布拉格角的的函数关系。 例图 1 X-射线分析仪实验设备 2换用钾-溴（K-Br）单晶做分析仪，重复步骤 1。 3铜的特征谱线的能量值将被计算出来
3、，并与铜不同能级系列的能量进行 比较。 实验设备组装和实验过程实验设备组装和实验过程(Set-up and procedure) 按例图1连接实验设备， 在X-射线仪的输出管固定一个光圈管。（锂-氟 （Li-F） 晶体是直径 1mm 的管子，钾-溴（K-Br）晶体是直径 2mm 的管子） 。 把 X-射线仪的开关关掉，在实验设备基板面的相应的套接口上连接好角度 计和计数管，在中间放置角度计和裱好的晶体分析仪，设置计数管在右档板。 记录光谱还需要以下的设置： 自动和手动模式 门时 2s，角步进宽度 0.1。 使用锂-氟（Li-F）单晶的扫描范围：3-55，使用钾-溴（K-Br）单 晶的扫描范围：
4、3-75。 阳极电压UA=35kV, 阳极电流IA=1mA。 当使用 X-Y 记录仪来记录光谱时，将 Y 轴连在 X-射线仪基本组件的模拟输 出口（lmp/s） ，相应的，为了晶体的角度的定位，将 X 轴插入模拟输出口。 （设 置按钮在输出位置，为晶体的角选择模拟输出） 当记录中需要使用计算机时，可通过 X-射线仪的基本组件的 SUB-D socket 套接口连接。 注意：注意： 请不要将计数管长时暴露在主辐射下。 理论和计算理论和计算(Theory and evaluation) 当高能电子撞击X-射线管的金属阳极时，X-射线产生一个连续的能级分布 （这就是所谓的轫致辐射） 。这些能量不取决
5、于阳极电压，并由特定的阳极物质 发出的X-射线，就是所谓的X-射线特征谱线在连续区域的叠加。该现象可以通过 以下方法产生：在阳极原子的K层发生电子碰撞，例如：原子电离。由此产生的 空穴，随后由高能的电子填充。这个激发过程所释放的能量就转换成该阳极原子 的X-射线。例图 2 显示了铜原子的能级框架图。X-射线特征线的产生要么是LK的跃迁，要么是MK的跃迁，分别叫做K和K线。MK和LK的跃迁是不遵从量子力学的选择定则的。 按规定， 铜的特征射线存在如下的能量值 （例图 2） ： （E K*=E K1/2(EL2+EL3)=8.038keV （1） EK= E KEM23=8.905keV K*代表
6、K1和K2的平均值。单晶仪的使用，使分析多色X-射线成为可能。当波长为的X-射线以观察角度入射一单晶，发生散射后，相干干涉只能发生在当 波从晶面反射的路程差是波长的整数倍这一部分。 （例图 3） 例图 2 铜的能级图（Z=29） 例图 3 晶格面的布拉格散射 这种情况可以用布拉格式子来解释。 2dsinn （2） （d 是上下面的间隔， n 是衍射的能级） 。 当 d 给定时， 结合光谱获得的观察角， X-射线的能量可以用下面的公式计算出来： E=hf=hc/ （3） 结合（3）和（2）又可以得到： E=（nhc）/（2d sin） （4） 普朗克常数 h=6.625610-34Js 光速 c
7、=209979108m/s 晶格常数锂-氟（Li-F） （100） d=2.01410-10m 晶格常数钾-溴（K-Br） （100） d=3.29010-10m 恒等式 1eV=1.602110-19J 例图 4 显示了一些规定好的线在轫致辐射连续区域重叠。当阳极电压变化 时，这些特定直线的的角度保持不变。这样的线就是铜的特征谱线。第一对就是 第一级衍射（n=1） ，第二对就是第二级衍射（n=2） 。当用钾-溴（K-Br）单晶代 替锂-氟 （Li-F） 单晶来分析铜的 X-射线谱时， 布拉格散射可达到第四级衍射 （n=4）（例图 5） 。那些比例图 4 多增加的的结构，是由于使用了更高晶格常
8、数的钾-溴 （K-Br）单晶。用（4）式计算出来的铜 X-射线的特征谱能量值被列于下表中： 根据表中提供的能量值，可计算出特征谱线的平均值EK=8.028keV和EK=8.867keV。所有这些实验数值和对应的理论数值相差不到 1%（见和例图 2） 。 为了从另一光谱推出相应的晶格常数， 从一光谱计算所得的铜X-射线的特征谱线 存在差异是可能。 在例图6中的轫致辐射是遵从在小角度8.0和16.3方向上有明显的强度 减弱这一规律。溴化物第一二级衍射的K吸收边沿（EK13.474keV）的这种强 度减弱，跟理论值是相一致的。钾、锂和氯的K 吸收边沿是不能观察到的，因 为轫致辐射光谱的强度在这些能量区域内很低。 （关于K吸收边沿请查阅实验 5.4.12） 注意：注意： 相关原子能量值引自“化学和物理手册” ，CRC Press Inc.Florida 例图 4 铜的 X-射线的强度和观察角的函数关系，单晶锂-氟（Li-F） （100） 做布拉格分析仪 例图 5 铜的 X-射线的强度和观察角的函数关系，单晶钾-溴（K-Br） （100） 做布拉格分析仪
