《X射线实验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《X射线实验报告（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、X 射线的吸收和单晶布拉格衍射及其能谱特性研究实验实验报告姓名：任宇星 班级：F1407204（致远物理）学号：5140729003指导老师：叶庆好实验日期：2016.4.1一、实验目的1. 初步了解 X 射线的产生、基本性质；2. 观察 X 射线影像；3. 研究 X 射线的衰减与吸收体厚度的关系4. 研究 X 射线的衰减与吸收体材料的关系二、实验内容1实验研究 X 射线衰减与吸收体物质材料厚度和吸收体材料的关系，并分析实 验结果。2. 测定NaCI单晶的X射线布拉格衍射谱。3研究杜红昆特关系，测定普朗克常数，并分析实验结果。4.研究X射线的边缘吸收，分析解释实验现象。三、实验仪器X 射线管，
2、 NaCI 晶体，吸收体样品， Zr 滤罩四、实验原理1、研究 X 射线的衰减与吸收体厚度的关系理论上透射强度R= Roe-uxX射线衰减与吸收体物质材料厚度的关系满足Lambert定律，即透射率T随 吸收体物质材料厚度的增大，呈指数衰减。T = e-弊或InT = -px其中T为透射率，为透射前计数和透射后计数的比值，P为衰减系数，x为 材料厚度。不同厚度的吸收样品置于同一圆弧状底片上，中心间距10, （0处厚度 为0）则对准第一个中心位置，设置好仪器参数不变，逐次将底片旋转10，记 下透射强度（各角度均测100秒透射计数平均值），即可得到X射线的衰减与吸 收体厚度的关系。再加上Zr滤罩，每
3、个位置取300s计数平均值，重复实验。2、研究X射线的衰减与吸收体物质的关系与上实验装置类似，不同材料的吸收片间隔排列，依次旋转底片即得X射线 的衰减与吸收体材料的关系。3、测定NaCI单晶的X射线布拉格衍射谱布拉格衍射公式：n入=2dsin0其中d为晶面间距，n为衍射级数，入为入射波波长。将NaCI单晶置于X射线管中，等时间间隔旋转一定角度。测得各角度下的 衍射强度即得其布拉格衍射谱。已知的初级衍射角为7.2度，将样品台和探测头调整至0点，在2度至25 度之间扫描，即可得到NaCI单晶的布拉格衍射谱。4、研究杜红一昆特关系，测定普朗克常数X光子能量关系：E = eU = hvmaxmax则：
4、_ eUVmax =c he 1min ve Umax即最小波长和电压的倒数成正比。 故测得入min即可计算普朗克常量h.用已有的程序进行计算波长的值：入=2dsin0其中d=282.01pm，由此可以得到R关于波长的曲线5、研究X射线的边缘吸收材料吸收X射线时，对某些波长的X光会出现透射率的突变:对应频率称边缘频率。实验中，用同样的材料作为x射线发射管，发射出两个波长的射线，峰值分 别为入a和入B，两个波长满足关系:heE - E入k Lhe我们测定某特定材料的吸收系数。B Ek-Em设定U = 30.0 kV I = 1.00 mA，从4.2度到8.3度每0.1度取一个数据点，得到一条吸收
5、。加上 Zr 滤罩，重复实验，得到稍低的另一条曲线。测量各峰值面积，代入下方公式计算入B的辐射特征:五、实验数据及处理1、研究X射线的衰减与吸收体厚度的关系(U=22.0kV,I=0.20mA)无 Zr 滤罩样品转过角度B/R/S-i厚度x/mm透射率TlnT04615.4010102843.620.50.6161160.484321201833.9810.3973610.92291301214.421.50.2631231.33513240767.0520.1661941.79460250571.682.50.1238642.08857460359.0130.0777852.553804有
6、Zr 滤罩样品转过角度B/R/S-1厚度x/mm透射率TlnT02081.65010101143.20.50.54918-0.5993320645.0310.309865-1.1716230375.331.50.180304-1.7131140204.3220.098153-2.3212350141.22.50.067831-2.690746082.8830.039815-3.22352实验软件所得曲线有Zr滤罩无Zr滤罩无Zr滤罩T-x、LnT-x关系如下图所示:根据 Origin 拟合，衰减系数为：(无 Zr) 口=8.3869+0.1898/mm-l,u=2.26%(有 Zr) 口 =1
7、0.7164+0.2719/mm-l,u=2.54%可以看到与理论上呈指数衰减的规律吻合得较好。2、研究X射线的衰减与吸收体材料的关系参数设置：0、10 (C)、20(AI)： U=30.0kV,l=0.02mA,t=30s；30 (Zr)、40 (Fe)、50 (Ag)、60 (Cu)： U=30.0kV,I= 1.00Ma,t=300s； 背景：U=0 kV,I=1.0mA,t=300s样品转过角度B/原子序 数Z材料R/S-1吸收率T-lnT有Zr无Zr有Zr无Zr无Zr有Zr00无1999.07897.831100106C1920.97869.770.9609320.9687470.0
8、317520.0398522013Al1360.6545.730.6806160.6078320.3847560.4978563040Zr517.987204.480.2591140.2277491.3504871.4795114026Fe114.19744.30.0571250.0493412.8625123.0089965047Ag334.123132.750.1671390.1478561.7889281.9115136029Cu54.5818.030.0273030.0200823.600773.907944(背景所得吸收强度为:0.67)又因为材料厚度为0.5mm，故算得材料的衰减系
9、数如下表:原子序数Z材料衰减系数口（cm-1）无Zr有Zr0无006C0.6350390.79703613Al7.6951269.95712840Zr27.0097429.5902126Fe57.2502560.1799247Ag35.7785638.2302629Cu72.015478.15887衰减系数口随原子序数变化关系为:衰减系数p随原子序数Z变化关系徵于吊数zTE2二卸旺蚩斥3、测定 NaCl 单晶的 X 射线布拉格衍射谱 调节仪器接受衍射的角度，依次从 2至 25，所得衍射谱如下根据软件采集的数据表可以读出:衍射角级数n/K-B谱线 衍射角K-a谱线 衍射角16.47.2212.9
10、14.6319.622.1理论上谱线波长分别为：入=71.08pm，入=63.09pmaB则：实验中衍射角与n入关系为：衍射角eSin en入6.40.111563.0912.90.2233126.1819.60.3355189.277.20.125371.0814.60.2521142.1622.10.3762213.24220-140 -120/Equationy = a +-bBx/WeghtNo W&flhtiogResidual SumTlJU -of Squares-Pearsons rao-/Adj. R-SquareStaridaid ErrorIntercept0.006&9
11、0.437660 -nAS5.33371.7CM120.100.150.200.250.300.350.40衍射角正弦值拟合得NaCI的晶格常数d=(282.7+0.8)pm相对误差为0.3%4、研究杜红一昆特关系，测定普朗克常数 设定仪器参数为：昔J mAPmln gro.grdgrd221 OO3D5.26201241.M3D5.D氐20.1261.0d2D4.S6.20.128IM2D3.S&.D0.1301 M1D3.26.00.132131U2.56.00.1341.M11)2.56.00.135131U2.56.00.1测得曲线为：利用实验软件得到最小波长与电压倒数的关系为：入 m
12、in(pm)1/U(1/V)34.128.5714335.129.4117637.331.2539.933.3333342.935.7142946.138.4615449.941.6666754.545.45455Equaticffi =. a +Weigh?No WeightingResidual Sum ofQ.OMGSPearsons r099996Adjt. R-Squar0.999ValueStarxlafd ErrAminintercepl-0.43630.16127Slope1.20907OOOW9VU (1/V)斜率为 k=1.20907pm 可以看到结果很符合杜红昆特关系，即最小波长和电压的倒数成正比代入 C=2.9979y108m/s, e=1.60222y10-i9C得h=e/Cxk=646x10-3Js,与理论值的相对误差为2.5%5、研究 X 射线的边缘吸收 实验软件所得曲线为：ioa nt算得峰的面积及辐射特征值如下：a峰面积B峰面积辐射特征值V有Zr滤罩42483.09969.80.0
