铜的 X-射线特性

铜的 X-射线特性 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(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(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 09056.05 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(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，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(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：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： 请不要将计数管长时暴露在主辐射下。 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L K的跃迁，要么是M K的跃迁，分别叫做 K和 K线。 M K和 L K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 K 1/2(EL2+EL3)=8.038keV （ 1） EK= E K EM23=8.905keV K *代表K 1和K 2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。 2dsin n （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=6.6256 10-34Js 光速 c=209979 108m/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（EK 13.474keV）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： 相关原子能量值引自“化学和物