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x-ray中文手册_060911_V1.1

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x-ray中文手册_060911_V1.1

1目录Contents1铜的X射线的特性CharacteristicXraysofcopper52钼的X射线的特性CharacteristicXraysofmolybdenum93铁的X射线的特性CharacteristicXraysofiron134X射线的强度是阳极电流和阳极电压的函数TheintensityofcharacteristicXraysasafunctionofanodecurrentandanodevoltage175钼的X射线的单色化MonochromatizationofmolybdenumXrays216铜的X射线的单色化MonochromatizationofcopperXrays257钼X射线的αK线的二重分裂/精细结构αKdoubletsplittingofmolybdenumXrays/finestructure298铁X射线的αK线的二重分裂/精细结αKdoubletspilittingofironXrays/finestructure339杜安-亨特位移定律和普朗克常数DuaneHuntdisplacementlawandPlancksquantumofaction3710不同阳极物质的X射线特征线/莫塞莱定律里德伯频率和屏蔽常数CharacteristicXrayslinesofdifferentanodematerials/MoseleysLawRydbergfrequencyandscreeningconstant4111X射线的吸收AbsorptionofXrays4512K和L的X射线的吸收限/莫塞莱定律和里德伯常数KandLabsorptionedgesofXrays/MoseleysLawandtheRydbergconstant5113从不同方向检测NaCl单晶的结构ExaminationofthestructureofNaClmonocrystalswithdifferentorientations5514立方晶体的X射线调查/德拜谢勒粉末法Xraysinvestigationofcubiccrystalstructure/DebyeScherrerpowdermethod5915六角晶体的X射线调查/德拜谢勒粉末法Xraysinvestigationofhexagonalcrystalstructure/DebyeScherrerpowdermethod6316晶体结构的X射线研究/劳厄法Xraysinvestigationofcrystalstructure/Lauemethod6717X射线德康普顿散射ComptonscatteringofXrays7118X射线的剂量测定Xraysdosimetry7519带有血管样式的模型(核子)造影剂试验Constrastmediumexperimentwithabloodvesselmodel7920不可见物体的长度和位置的确定Determinationofthelengthandpositionofanobjectwhichcannotbeseen81Page23Fig1分析X射线的实验仪器的组装CharacteristicXraysofcopper铜的X射线的特性1相关主题X射线管,轫致辐射,标识辐射,能级,晶体结构,晶格常数,吸收,吸收边沿,干涉,布拉格方程,衍射级。原理和任务使用不同的单晶分析由铜的阳极射出的X射线谱,将其结果用图形描绘。由不同衍射角的位置,可以确定特征谱线的能量。实验设备X射线基本装置,35kV09058.991X射线装置的角度计,35kV09058.101插入模块铜09058.501计数器B型09005.001锂的氟化物晶体09056.051溴化钾晶体09056.011纪录设备XYt型纪录仪器11416.971连接线,100cm,红色07363.012连接线,100cm,蓝色07363.042或者X射线装置的软件,35kV14407.611数据线,插座,9针14602.001实验问题1.将在最大的正电流和正电压处,从铜的阳极发射出的X射线强度作为布拉格角的函数纪录,使用LiF作为分析器。2.重复第1步,使用KBr单晶体作为分析器。3.计算铜的特征线的能量值,比较铜的能级的不同的能量。设备的搭建和步骤如图Fig.1所示搭建实验设备。在X射线的射出管端固定光阑管1mm直径的管子使用LiF晶体,2mm直径的管子使用KBr晶体。关闭X射线装置,将计数器和角度计连接到实验设备中的基区板上合适的插座中去。调整角度计,同晶体分析仪一起放在中间,设置计数管右侧止动。光谱纪录需要下列设置自动耦合模式门时间2s角度步进宽度0.1°扫描范围3°55°,使用LiF晶体,扫描范围3°75°,使用KBr晶体。阳极电压UA35kV,阳极电流IA1mA当用XY型记录器纪录光谱时,将Y连接到X射线基础装置单元的模拟输出端口Imp/s,相应的,将X端输入连至模拟输出端,用于测定晶体角度选择按钮在输出位置时,为晶体角度选择模拟信号。当计算机用于纪录仪器时,通过SUBD插座与X射线基本装置相连。4Fig2铜的能级(z29)CharacteristicXraysofcopper铜的X射线的特性1当PC被用来记录光谱时,参数设置如下1.打开XRAY基本单元的开关2.打开安全门(检查记数管的位置)3.用RS232连接XRAY基本单元到PC的COM1COM2或USB接口(使用RS232的USB转接头进行连接。4.打开测量软件选择规格→XRAY设备5.选择参数设置按照Fig.1a.按下继续按钮(选择你要用的晶体KBr或LiF)6.关闭安全门7.开始测量见(Fig.1b)Fig.1a记录软件的测量参数注意不要将计数器长时间的暴露在原辐射下Fig.1BxRAY测量软件的绘制界面原理和计算当高能电子撞击X射线管的金属板的阳极时,持续能量分布的X射线就产生了(也叫轫致辐射)。这些能量并不是取决于正极电压,对阳极物质是特殊的,就是所谓的X射线的特征谱线在连续区域的叠加。其产生如下,例如,一个电子碰撞到K层的阳极原子,可以电离出该原子。该层上所造成的空穴被高能级的电子所填满。释放到退避进程中的能量可以传输到特殊的正极原子的X射线中。如Fig.2所示为铜原子的能级图表。特有的X射线产生于从L﹥K或者从M﹥K的跃迁,分别叫做Kα和Kβ线。由于量子力学的规则M1﹥K和L1﹥K的跃迁不能发生。当PC被用来记录光谱时,参数设置如下8.打开XRAY基本单元的开关9.打开安全门(检查记数管的位置)10.用RS232连接XRAY基本单元到PC的COM1COM2或USB接口(使用RS232的USB转接头进行连接。11.打开测量软件选择规格→XRAY设备12.选择参数设置按照Fig.1a.按下继续按钮(选择你要用的晶体KBr或LiF)13.关闭安全门14.开始测量见(Fig.1b)Fig.1a记录软件的测量参数注意不要将计数器长时间的暴露在原辐射下。Fig.1BxRAY测量软件的绘制界面原理和计算当高能电子撞击X射线管的金属板的阳极时,持续能量分布的X射线就产生了(也叫轫致辐射)。这些能量并不是取决于正极电压,对阳极物质是特殊的,就是所谓的X射线的特征谱线在连续区域的叠加。其产生如下,例如,一个电子碰撞到K层的阳极原子,可以电离出该原子。该层上所造成的空穴被高能级的电子所填满。释放到退避进程中的能量可以传输到特殊的正极原子的X射线中。如Fig.2所示为铜原子的能级图表。特有的X射线产生于从L﹥K或者从M﹥K的跃迁,分别叫做Kα和Kβ线。由于量子力学的规则M1﹥K和L1﹥K的跃迁不能发生。5CharacteristicXraysofcopper铜的X射线的特性1相应地,带有如下能量的Cu的特征线能被计算出(Fig.2)keVEEEELLKK038.82/132−α1keVEEEMKK905.83.2−βKα是Kα1和Kα2的平均值。可以通过单晶体来对多色辐射的X射线进行分析。当波长为λ的X射线以小于掠射角ϑ射入单晶体时,在如下所示的条件下,相长干涉发生在散射后,即由格点反射的部分光波其路程差为一个或多个波长时(Fig.3)。Fig.3晶体的布拉格散射这种情况可以被布拉格公式解释为2dsinϑnλ2(d晶格间距n衍射级)假设d已知X射线的能量可通过掠射角ϑ求出,ϑ可从光谱中获得,其关系如下λ/hcfhE⋅3结合公式(3)和公式(2),我们可知sin2/ϑ⋅⋅⋅⋅dchnE4Fig.4铜的X射线的强度作为掠射角的函数LiF(100)单晶体用作布拉格分析器普朗克常量h6.62561034Js光速c2.9979108m/s晶格常数LiF100d2.0141010m晶格常数KBr100d3.2901010m等量1eV1.60211019JFig.4所示,将已经明确定义的线叠加到轫致辐射连续区域上,这些线的角度是不随正极电压的改变而改变的。这些线就是铜线的特征谱线。第一对特征线就是第一衍射级n1,第二对就是第二衍射级n2。当用KBr单晶体取代用来分析铜的X射线光谱的LiF单晶体时,布拉格散射在第四衍射级(n4)同样适用Fig.5。被附加到Fig.4的那些结构是由于KBr单晶体的较高的晶格常数造成的。铜的特有的X射线的能量值列于下表中,用于公式(4)中的计算。结论表ϑ/oLineEexp/keVLiFanalyzerFig.4n122.6Kα8.00920.4Kβ8.830n250.2Kα8.01243.9Kβ8.878KBranalyzerFig.5n113.5Kα8.05912.3Kβ8.831n228.0Kα8.01525.1Kβ8.870n344.6Kα8.03839.3Kβ8.911n469.4Kα8.03957.6Kβ8.893Fig.5铜的X射线的强度作为掠射角的函数KBr(100)单晶体用作布拉格分析器6CharacteristicXraysofcopper铜的X射线的特性1从表中获取能量值,特征线的能量平均值αKE8.028keV和βKE8.867keV。所有这些实验数值和对应的理论值相差不到1(见Fig.1和Fig.2)。计算值的改变有可能是使用一个光谱的特有的铜的X射线去推导另外一个光谱的晶格常数。Fig.6中的轫致辐射在小角度8.0°和16.3°有一个明显的下降。这个下降相当于理论上所预期的溴化物的K在第一和第二衍射级的吸收边沿上的能量值(KE13.474keV)。钾的K吸收边沿,锂的和氟的是不能被观测到的,因为在这些能量区域中轫致辐射光谱的强度太低。(K和L的吸收边界,参考实验5.4.12)注意原子的能量值来自于物理和化学手册CRC出版,弗罗里达。7Fig1分析X射线的实验仪器的组装CharacteristicXraysofmolybdenum钼的X射线的特性2相关主题X射线管,轫致辐射,标识辐射,能级,晶体结构,晶格常数,吸收,吸收边沿,干涉,布拉格方程,衍射顺序。原理和任务使用不同的单晶分析由钼的阳极射出的X射线谱,将其结果用图形描绘。由不同衍射角的位置,可以确定特征谱线的能量。实验设备X射线基本装置,35kV09058.991X射线装置的角度计,35kV09058.101插入模块钼09058.601计数器B型09005.001锂的氟化物晶体09056.051溴化钾晶体09056.011纪录设备XYt型纪录仪器11416.971连接线,100cm,红色07363.012连接线,100cm,蓝色07363.042或者X射线装置的软件,35kV14407.611数据线,插座,9针14602.001PC实验问题1.将在最大的正电流和正电压处,从钼的阳极发射出的X射线强度作为布拉格角的函数纪录,使用LiF作为分析器。2.重复第1步,使用KBr单晶体作为分析器3.计算钼的特征线能量值,比较钼的能级的不同能量。设备的搭建步骤如图Fig.1所示搭建实验设备。使用X射线出射管端直径1mm光阑孔来固定光阑管。关闭X射线装置,将计数器和角度计连接到实验设备中的基区板上合适的插座中去。调整角度计,同晶体分析仪一起放在中间,设置计数管右侧止动。光谱纪录需要下列设置自动耦合模式门时间2s,角度步进宽度0.1°扫描范围4°65°,使用LiF晶体,扫描范围3°30°,使用KBr晶体阳极电压UA35kV,阳极电流IA1mA当用XY型记录器纪录光谱时,将Y连接到X射线基础装置单元的模拟输出端口Imp/s,相应的,将X端输入连至模拟输出端,用于测定晶体角度选择按钮在输出位置时,为晶体角度选择模拟信号。当计算机用于纪录仪器时,通过SUBD插座与X射线基本装置相连。注意不要将计数器长时间的暴露在原辐射下。8Fig.2钼的能级(z42)CharacteristicXraysofcopper钼的X射线的特性2原理和计算当高能电子撞击X射线管的金属板的阳极时,持续能量分布的X射线就产生了(也叫轫致辐射)。这些能量并不是取决于正极电压,对阳极物质是特殊的,就是所谓的X射线的特征谱线在连续区域的叠加。其产生如下,例如,一个电子碰撞到K层的阳极原子,可以电离出该原子。该层上所造成的空穴被高能级的电子所填满。释放到退避进程中的能量可以传输到特殊的正极原子的X射线中。如Fig.2所示为钼原子的能级图表。特有的X射线产生于从L﹥K或者从M﹥K的跃迁,分别叫做Kα和Kβ线。由于量子力学的规则M1﹥K和L1﹥K的跃迁不能发生。相应地,带有如下能量的Mo的特征线能被计算出(Fig2)VEEEELLKKe8.174262/132−∗α1VEEEMKKe8.195893.2−βKα是Kα1和Kα2的平均值。可以通过单晶体来对多色辐射的X射线进行分析。当波长为λ的X射线以小于掠射角ϑ射入单晶体时,在如下所示的条件下,相长干涉发生在散射后,即由格点反射的部分光波其路程差为一个或多个波长时(Fig.3)。这种情况可以被布拉格公式解释为2dsinϑnλ2(d晶格间距n衍射级)假设d已知X射线的能量可通过掠射角ϑ求出,ϑ可从光谱中获得,其关系如下λ/hcfhE⋅3结合公式(3)和公式(2),我们可知sin2/ϑ⋅⋅⋅⋅dchnE4普朗克常量h6.62561034Js光速c2.9979108m/s晶格常数LiF100d2.0141010m晶格常数KBr100d3.2901010m等量1eV1.60211019J9CharacteristicXraysofmolybdenum钼的X射线的特性2Fig.4所示,将已经明确定义的线叠加到轫致辐射连续区域上,这些线的角度是不随正极电压的改变而改变的。这些线就是钼的特征线。第一对特征线是第一衍射级n1。当高衍射级射线的强度减弱的时候,只有Kα线在n4和n5衍射级是可见的.可以在n4和n5两个衍射级观测到Kα的耦极子的光谱的迹象,但是不明显.见实验5.4.07当用KBr单晶体取代LiF单晶体分析钼的X射线光谱的时,布拉格散射在第四衍射级(n4)同样适用Fig.5。被附加到Fig.4的那些结构是由于KBr单晶体的较高的晶格常数造成的。钼的特有的X射线的能量值列于下表中,用于公式(4)中的计算。结论表ϑ/°LineEexp/keVLiFanalyzerFig.4n110.2Kα17.3819.2Kβ19.25n220.8Kα17.33518.5Kβ19.401n332.1Kα17.37728.2Kβ19.541n444.9Kα17.442n562.4Kα17.366KBranalyzerFig.5n16.5Kα16.6195.7Kβ18.942n212.7Kα17.15511.3Kβ19.202n319.1Kα17.248n425.7Kα17.353从表中获取能量值,特征线的能量平均值是EKα17.248keVEKβ19.268keV。所有这些实验数值和对应的理论值相差不到1。(见Fig.1和Fig.2)Fig.3晶体的布拉格散射计算值的改变有可能是使用一个光谱的特有的钼的X射线去推导另外一个光谱的晶格常数。Fig.6中的轫致辐射在较小角度8.2°和16.5°上有一个明显的降落。这个下降相当于理论上所预期的溴化物的K在第一和第二衍射级的吸收边沿上的能量值(EK13.474keV)。钾的K吸收边沿,锂的和氟的是不能被观测到的,因为在这些能量区域中轫致辐射光谱的强度太低(K和L的吸收边界,参考实验5.4.12)。注意原子的能量值来自于物理和化学手册CRC出版,弗罗里达。Fig.4钼的X射线的强度作为掠射角的函数LiF(100)单晶体用作布拉格分析器Fig.5钼的X射线的强度作为掠射角的函数KBr(100)单晶体用作布拉格分析器

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