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X-射线吸收

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X-射线吸收

X射线吸收相关内容RELATEDTOPICS轫致辐射、特征辐射、布喇格散射、微弱吸收、质量吸收系数、吸收边沿、半吸收厚度、光电效应、康普敦散射、配对生产原理和任务PRINCIPLEANDTASK使用单晶分析仪可以对多色的X射线进行能量的选择,获得的单色辐射做为主辐射,用它来测量各种金属的吸收行为与吸收厚度和主辐射波长的函数关系。实验设备EQUIPMENTX射线基本组件,35KV09058991X射线的角度计,35KV09058101铜X射线管的插入组件09058501计数管,B型09005001晶体锂氟化物,裱好的09056051X射线吸收设备09056021推荐的附件X射线组件软件,35KV14407611数据线,插头/插座,9针14602001计算机课题PROBLEMS1.由测量得到,铝、锌的主辐射强度的减弱是材料厚度和在两个不同波长处的函数。从测量值的图中可以决定物质的吸收系数。例图1X射线吸收实验设备2.确定铝、锌、锡箔物质吸收系数的厚度常数与波长的函数关系,这可以用函数Μ/ΡFΛ3图象表示出来。3.确定铜、镍的物质吸收系数与波长和测量划分值的函数关系。计算K层能量。4.函数Μ/ΡFZ3被证明是有效的。实验设备组装和实验过程SETUPANDPROCEDURE按例图1组配实验设备。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,设置角度计和裱好的晶体分析仪在左挡板,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50S或更长角步进宽度01阳极电压UA2535KV,阳极电流IA1MA注意请不要将计数管长时暴露在主辐射区下。为了保证最小的相对误差,总是使用一个50S或更长的门时,以致所有的脉冲数总能高于1000。在脉冲小时,本底辐射必须被计算在内,并在加速电压UA0V时,开始仔细考虑。由于计数器存在死时间Τ,高脉冲率N应根据如下的式子,被修改为正确的脉冲率N。为了确定两种不同材料的吸收是吸收器厚度的函数,首先,不用吸收器测量不同观察角(波长)的强度,然后用吸收器再测一遍。两种金属箔可以结合使用。在例图2中绘制测量值。在6Θ16范围内以ΘΔ12方式递增,先确定铝的吸收,然后是锡(D0025MM)并绘制在例图3中。为了保证镍和铜(D0025MM)的测量值达到足够的精度,可以在吸收边沿附近增加测量点的数目和在宽波长内增加测量间隔(例图4和例图5)。理论和计算THEORYANDEVALUATION如果让强度为I0的X射线穿透厚度为D的物质,那么穿透后的强度将由如下公式算出直线的斜率U量的单位是CM1,它与主辐射的波长R和原子序数Z相关。例图2脉冲率的半对数坐标表述与吸收器厚度的函数关系UA35KV,IA1MV曲线1铝(Z13);曲线2铝(Z13);曲线3锌(Z30);为了能对不同物质的吸收能力进行直接比较,最好使用半吸收厚度D1/2,这种材料厚度能将主辐射强度减半。当使用半吸收厚度时,(2)式变成(3)式()(3)由于下降率和质量成比例,质量的吸收系数Μ/Ρ常被使用(其中Ρ是质量密度,单位是CM2/G)。下列过程将引起强度的减弱1.光电效应2.散射3.配对产生第三步是适合Γ射线辐射的,为了符合最低能量的要求,正好等于电子静止能量的2倍。2E0=2MC2=102MEV为此,X射线的吸收系数由下面分量组成ΣΤΜ(4)Τ光电效应吸收系数Σ散射系数例图3L铝和锡的是主辐射波长的函数;UA25KV在这里使用的波长范围,主要是考虑光电效应吸收的原因,为此Τ﹥Σ。下面使用的等式(经验所得)已经足够精确(-)(5)其中Z是原子序数。以上的常数K的各个因数只适用于波长,其中把理解为相应的K能级吸收边沿波长。它是与随着主辐射吸收的波长增加的吸收和吸收元素的原子序数相一致的。由于吸收是整个原子的特性,它相当于从相关的元素的附加吸收系数编译出来的分子吸收为了产生铜X射线光谱吸收分析所必须的单色辐射,一个单晶将被作为单色仪使用。波长Λ由布喇格等式决定。2DSINΘ=NΛ(6)Θ观察角度N(1、2、3)散射级D2014PM锂氟(LIF)晶体常数例图2显示了不同吸收厚度和绘制在半对数坐标的两个不同波长的测量脉冲率。曲线1和曲线2对应铝(Z13、Ρ27G/CM3),曲线3对应锌(Z30、Ρ714G/CM3)。从例图2中可以明显看出吸收是伴随着主辐射的波长和原子序数的增加而增加。从例图2获得的结果,并被用于(2)式和(6)式,被列于表一中。根据(5)式,波长和铝吸收的关系是明显的。根据(5)式对铝、锌的原子序数Z和质量吸收系数做验证是不可能的,因为主辐射的波长是根据锌的K吸收边沿相应变化的。(5)式只在吸收边沿以外有效。例图3显示了(5)式给出的波长Λ相应的Λ3,由实验确定的铝和锡(Z50、Ρ728G/CM3)相互关系。如果X射线的波长减少,以致它的能量等于某一个吸收器原子能级的能量时,发现吸收有一个突然的增加。例图4显示了铜的这种情况(Z29、Ρ896G/CM3)。因此,根据(5)式,当数值直线下降到极限波长ΛK时,又忽然上升到下降以前。在这个实验中,Λ﹥ΛK138PM,所以要使用下面的式子其中H662561034JS普朗克常数C209979108M/S光速E160211019J基本电荷电量可以得到如下这些铜K层能量CUEK898KEV(理论值898KEV)通过增加由第二级散射衍射产生的短波光电子,在吸收边沿前产生了吸收背离直线现象。例图5显示了镍的吸收曲线(Z28、Ρ899G/CM3)。因为镍的原子序数比铜的原子序数小,EK(NI)EK(CU)和ΛK(NI)ΛK(CU)在这里都可以使用。当ΛK(NI)149PM时,这是完全正确的。使用从(7)式得到的ΛK(NI)值EK(镍)832KEV(理论值833KEV)。镍滤波器被用来对从铜X射线管的辐射做单色化。当完成单色化后,只有具有E(KΑ)EKEL23=(889095)KEV803KEV的铜辐射KΑ特征射线允许通过,而E(KΒ)EKEM23(8980074)KEV89KEV的KΒ特征射线被吸收(请查看相关实验5406)。吸收曲线在Λ﹤100PM处的减少是第二级散射衍射的结果。通过简单的计算可以帮助加强验证这个事实。在高能区,X射线谱的开始,是由X射线管的加速电压决定的(请查看相关实验5409)。根据(7)式,25KV的加速电压对应496PM的波长。如果这一值被代入第二级衍射布喇格方程,那么散射将在观察角小于143时发生。在这个观察角下,波长为992PM的X射线从第一级衍射发射,以致在观察角Θ﹥13(992PM)下主辐射有一定百分比的短波光子与吸收器发生碰撞。结果,吸收器表现比本身跟清晰。这种扰乱效果并不象例图5表现的那么生动。由于选定特定的减小的源电压UA20KV,轫致辐射只在大的观察角范围内有活动。而且,轫致辐射的强度在UA35KV处比UA20KV小。最后,例图6显示了吸收和原子序数Z的关系。请记住在ΛΛK和ΛΛK范围内,吸收行为是不同的,原子序数Z对吸收系数的关系,只能在相等的吸收范围内进行比较。有交叉标注的文献数值可以作为测量值的参考。参考文献相关原子能级值引自“化学和物理手册”,科学研究协作委员会CRC印刷公司佛罗里达美国州名FLORIDA例图4铜的吸收边沿;UA25KV;ΛK=138PM例图5镍的吸收边沿;UA25KV;ΛK=149PM例图6()用圆标注的值是文献值

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