X-射线的 K 和 L 吸收限莫塞莱定律和里德堡常数

X-射线的 K 和 L 吸收限/ 莫塞莱定律和里德堡常数 相关内容(Related topics) X-射线轫致辐射、特征辐射、不喇格方程、玻尔原子模型、原子能级图、莫塞莱定律、里德堡常数、屏蔽常数 原理和任务(Principle and task) 用已知频谱强度分布的 X-射线照射具有不同原子量的几个元素样品。用单晶分析仪分析透射能量。通过确定发生吸收限的能量，来得到里德堡常数和屏蔽常数。 实验设备(Equipment) X-射线基本组件，35kV 09058.9 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 0905.0 1 晶体锂- 氟化物，裱好的 09056.05 1 化学的边缘吸收 09056.04 1 硝酸银 crst. 15g 30222.00 1 研体和杵 90mm 瓷器 32603.00 1 带有压舌板末端的勺子， l=150mm，金属的，小型的 33393.00 1 记录仪器： Xyt 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 1407.61 1 数据线，2*SUB-D 插头/插座，9 针 14602.00 1 计算机 课题(Problems) 1 使用 LiF 单晶分析仪，记录铜阳极发射的 X 射线的强度。 2 得到不同吸收材料的 K-吸收限。 3 根据 K-吸收限计算里德堡常数和屏蔽常数。 4 对与不同吸收材料确定 L-吸收限。 实验设备组装和实验过程(Set-up and procedure) 按例图 1 连接好试验设备。将孔径为 d2mm 的光圈管连接在 X-射线的出口，用它来记录不带吸收器的光谱。用一个孔径 d5mm 的光圈管做光谱吸收器。 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，将配有裱好的晶体的角度计设置在左挡板放置，并在右档板放置计数管。 记录光谱还需要以下的设置： 自动和手动模式 为确定 K 边缘，设定门时 2s；为确定 L 边缘，设定门时大概 6s。 角步进宽度 0.1。 扫描范围：4-21 。 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。（选择按钮在输出位置，为晶体的角选择模拟信号输出） 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强辐射下。 用研体和杵小心的将吸收物质磨粉，让它们彼此的厚度达到 0.2 至 0.4mm 之间（当样品磨的太细时，边缘效应将不是很明显，而当太粗时又会出现强度问题。为了将来能重复使用，要小心保存好样品）。所需一定厚度的样品可以按如下方式得到：首先在一定厚度的纸上打个钻孔，然后在钻孔的一面盖上胶带（例如粉碎带），装入粉末样品保证粉末面与纸面水平，然后再盖上胶带来套住样品。 用胶带把准备好的样品装入直径为 5mm 的光圈管。由于更高的原子序数，需要确定 L层边缘的样品更高的总体吸收，所以为了获得更好的信号的噪声率，应该增加脉冲仪的门时。为了使吸收边沿看的更明确，建议在这些测定中对光谱作 2 到 3 次的记录。 理论和计算(Theory and evaluation) 由于康普顿散射，光电效应的配对信息，穿透物质的 X-射线的能量将损失。辐射的波长决定了不同过程中的效应的大小。在这里所得到的波长范围内，只有光电效应是需要重点考虑的。 例图 2 是传输 T 和光电能量关系的示意图。曲线显示了， T 随着能量的增加而增加，在照射物质的一个特征能量位置突然减小。这种吸收的突然减少，也就是吸收边沿，是由初始光吸收引起的。氢原子的第 n 层电子的束缚能大概是： （） （1 ） 其中： 电子质量： me 9.1091 10-31kg 基本电荷： e=1.602110-19J 普朗克常数： h=6.6256 10-34Js 电介质常数： 08.8544 10-12N-1m-2C2原子序数： Z 屏蔽常数: 引入里德堡常数R: R=() （2） 方程（1）变成了： EnR（） （3） 对 K 层的电子，屏蔽常数 1，是由原子序数决定的。 在例图 3 中显示了不同吸收物质的 Cu X-射线的辐射的强度和不喇格角 的关系。最上面的曲线显示的是不带吸收器的 X-射线谱。在 轫致辐射的光谱中可以清楚的看到吸收边沿。随着原子序数的增加，曲线向不喇格角减小的方向移动。 用不喇格方程： 2dsin n （4） 取 LiF 单晶分析仪晶面间的距离为 d201.4pm，波长 ，衍射能级 n，还有下面的关系： E（） （5） 其中光速c 2.998 108ms-1那么吸收边沿的能量 E是： E（） （6） 在表 1 中，将从例图 3 中得出的 K 层边沿能量与相应的文献值做了比较。为了计算里德堡常数 R，将（3）式变化后得到： Z（） （7） 例图 4，绘制了 E 与 Z 的关系，斜线为： 1/ Rh , 最后得到： R（） （8） 屏蔽常数的平均值为 （K ）（3.5 0.1）。 例图 5 显示了高原子序数的吸收器的光谱。可以看到L层的三条吸收边沿的两条。不能看到L2和L3吸收边沿的分裂。因为除了库仑作用外，还有考虑其它过程的相互作用，所以，严格的讲不允许根据（1 ）式对测量值进行估算。不过， （ 1）还是能给出L 层电子在屏蔽情况下的粗略值。根据(3) 和表 2（n 2，文献值R ）的能量值，可以计算出下面的屏蔽常数： （K ） （L1）15 （L23）20 (9) (9)式中 的增加，可以帮助我们更好的明白，高能级层的电子的原子核子库仑效应变的越来越小。 如例图 6，如果将 L 边沿相关的最底层能量和相应的原子序数关系绘制成图，得到莫塞莱线。 在表 2 中，将 L 层能量的试验确定的值和文献提供的值做了比较。 参考文献： 能量值取自：“Handbook of Chemistry and Physics ”，CRC-Press Inc. Florida. 例图 1 确定吸收边沿的试验装置 例图 2 吸收器边沿的传输示意图