x-ray中文手册_060911_V1.1

1目录 Contents 1 铜的 X-射线的特性 Characteristic X-rays of copper 5 2 钼的 X-射线的特性 Characteristic X-rays of molybdenum 93 铁的 X-射线的特性 Characteristic X-rays of iron 13 4 X-射线的强度是阳极电流和阳极电压的函数 The intensity of characteristic X-rays as a function of anode current and anode voltage 17 5 钼的 X-射线的单色化 Monochromatization of molybdenum X-rays 21 6 铜的 X-射线的单色化 Monochromatization of copper X-rays 25 7 钼 X-射线的K 线的二重分裂 /精细结构 K doublet splitting of molybdenum X-rays /fine structure 29 8 铁 X-射线的K 线的二重分裂 /精细结 K doublet spilitting of iron X-rays / fine structure 33 9 杜安亨特位移定律和普朗克常数 Duane-Hunt displacement law and Plancks “quantum of action” 3710 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 Characteristic X-rays lines of different anode materials/ Moseleys Law； Rydberg frequency and screening constant 41 11 X-射线的吸收 Absorption of X-rays 45 12 K 和 L 的 X-射线的吸收限 /莫塞莱定律和里德伯常数 K and L absorption edges of X-rays /Moseleys Law and the Rydberg constant 5113 从不同方向检测 NaCl 单晶的结构 Examination of the structure of NaCl monocrystals with different orientations 5514 立方晶体的 X-射线调查 / 德拜 谢勒粉末法 X-rays investigation of cubic crystal structure / Debye-Scherrer powder method 5915 六角晶体的 X-射线调查 /德拜 谢勒粉末法 X-rays investigation of hexagonal crystal structure / Debye-Scherrer powder method 6316 晶体结构的 X-射线研究 / 劳厄法 X-rays investigation of crystal structure / Laue method 67 17 X-射线德康普顿散射 Compton scattering of X-rays 71 18 X-射线的剂量测定 X-rays dosimetry 75 19 带有血管样式的模型（核子）造影剂试验 Constrast medium experiment with a blood vessel model 79 20 不可见物体的长度和位置的确定 Determination of the length and position of an object which cannot be seen 81Page 2 3 Fig 1: 分析 X-射线的实验仪器的组装 Characteristic X-rays of copper 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， 35kV 09058.99 1 X-射线装置的角度计 ,35kV 09058.10 1插入模块 铜 09058.50 1计数器 B 型 09005.00 1锂的氟化物晶体 09056.05 1溴化钾晶体 09056.01 1 纪录设备： XYt 型纪录仪器 11416.97 1连接线 , 100cm, 红色 07363.01 2连接线 , 100cm, 蓝色 07363.04 2或者 X-射线装置的软件 , 35kV 14407.61 1数据线 , 插座 , 9 针 14602.00 1 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 UA=35kV, 阳极电流 IA=1mA 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 SUB-D 插座与 X-射线基本装置相连。 4 Fig 2: 铜的能级（z=29） Characteristic X-rays of copper 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 X-RAY 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 X-RAY 基本单元到 PC 的 COM1 COM2 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 X-RAY 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.1Bx-RAY 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 K 和 K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 X-RAY 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 X-RAY 基本单元到 PC 的COM1 COM2 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 X-RAY 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.1Bx-RAY 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 K 和 K线。由于量子力学的规则 M1- K 和 L1- K 的跃迁不能发生。 5 Characteristic X-rays of copper 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）: keVEEEELLKK038.8)(2/132=+= (1) keVEEEMKK905.83.2= K *是 K 1和 K 2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。当波长为的 X-射线以小于掠射角 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： 2d sin = n (2) （ 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 求出， 可从光谱中获得，其关系如下： /hcfhE = (3) 结合公式（ 3）和公式（ 2） ，我们可知： )sin2/()( = dchnE (4) Fig .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 h =6.6256 10-34Js 光速 c =2.9979 108m/s 晶格常数 LiF(100) d =2.014 10-10m 晶格常数 KBr(100) d =3.290 10-10m 等量 1eV =1.6021 10-19J Fig.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( n=1)， 第二对就是第二衍射级 n=2。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（ n=4）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 /o Line Eexp/keV LiF analyzer(Fig.4) n = 1 22.6 K 8.009 20.4 K 8.830 n = 2 50.2 K 8.012 43.9 K 8.878 KBr analyzer(Fig.5) n = 1 13.5 K 8.059 12.3 K 8.831 n = 2 28.0 K 8.015 25.1 K 8.870 n = 3 44.6 K 8.038 39.3 K 8.911 n = 4 69.4 K 8.039 57.6 K 8.893 Fig. 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 6 Characteristic X-rays of copper 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 KE = 8.028keV 和KE = 8.867keV。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（KE =13.474keV） 。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。 7 Fig 1：分析 X-射线的实验仪器的组装 Characteristic X-rays of molybdenum 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， 35kV 09058.99 1 X-射线装置的角度计 , 35 kV 09058.10 1插入模块 钼 09058.60 1计数器 B型 09005.00 1锂的氟化物晶体 09056.05 1溴化钾晶体 09056.01 1 纪录设备： XYt 型纪录仪器 11416.97 1连接线 , 100cm, 红色 07363.01 2连接线 , 100cm, 蓝色 07363.04 2或者 X-射线装置的软件 ,35kV 14407.61 1数据线 , 插座 , 9 针 14602.00 1PC 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 UA=35kV， 阳极电流 IA=1 mA 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 SUB-D 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。 8 Fig.2: 钼的能级（ z = 42） Characteristic X-rays of copper 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K -和 K-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）: VEEEELLKKe8.17426)(2/132=+= (1) VEEEMKKe8.195893.2= K *是 K 1和 K 2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。当波长为的 X-射线以小于掠射角 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： 2d sin = n (2) （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 求出， 可从光谱中获得，其关系如下： /hcfhE = (3) 结合公式（ 3）和公式（ 2） ，我们可知： )sin2/()( = dchnE (4) 普朗克常量 h =6.6256 10-34Js光速 c =2.9979 108 m/s晶格常数 LiF(100) d =2.014 10-10 m晶格常数 KBr(100) d =3.290 10-10 m等量 1eV =1.6021 10-19J 9 Characteristic X-rays of molybdenum 钼的 X-射线的特性 2 Fig.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 (n=1)。 当高衍射级射线的强度减弱的时候,只有 K -线在 n=4 和 n=5 衍射级是可见的.可以在 n=4 和 n=5 两个衍射级观测到 K -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（ n=4）同样适用 (Fig.