X光系列实验报告

1、X光系列实验报告本次共做了调校测角器的零点，测定LiF晶体的晶面间距，测定X光在铝中的衰减系数，并验证朗伯定律和普朗场常数 h的测定。通过做一系列的实验，从而对X射线的产生、特点、原理和应用有较深刻的认识， 提高自己的实验能力并提高独立从事研究工作的能力。本次分别写了 X光在铝中的衰减系数，并验证朗伯定律和普朗克常数h的测定的实验报告。实验一、测定X光在铝中的衰减系数，并验证朗伯定律一、实验的目的和意义通过本实验了解 X射线的根底知识，学习X射线仪的一般操作；掌握X射线的衰减与吸收 体材料和厚度的关系，训练实验技能和实验素养。二、实验原理和设计思想X射线穿过物质之后，强度会衰减，这是因为X射线

2、同物质相互作用时经历各种复杂的物理、化学过程，从而引起各种效应转化了入射线的局部能量。X射线穿过物质时要减弱，减弱的大小取决于材料的厚度和密度。在同一介质里不同波长的射线减弱的程度不同。满足：I Io e d本实验研究X射线衰减于吸收体材料和厚度的关系。假设入射线的强度为 R0,通过厚度dx的吸收体后，由于在吸收体内受到“消灭性的相互作用，强度必然会减少，减少量dR显然正比于吸收体的厚度dx,也正比于束流的强度R,假设定义 卩为X射线通过单位厚度时被吸收的比率，那么有-dR和 Rdx考虑边界条件并进行积分，那么得：R=R0eA(-x)透射率T=R/RO,那么得：T=eA(- i x)或 InT

3、=- (ix式中1称为线衰减系数，x为试样厚度。我们知道，衰减至少应被视为物质对入射线的散射和吸收的结果，系数1应该是这两局部作用之和。但由于因散射而引起的衰减远小于因吸收而引起的衰减，故通常直接称1为线吸收系数，而忽略散射的局部。三、实验内容与步骤设置高压 U=35KV,设置电流l=0.02mA,设置步长=0.1 0设置 t=3s,下限角为6 ，上限角为70。将铝板底板端部插入原来靶台的支架，置传感器于0位，按下TARGET键，然后再按SCAN四、数据处理和讨论Io e由于改写为ln所以只需验证|门与d成线性关系即可，由于本实验未测出|0是多少，所以先去除|0，验证In丄与d成线性关系。II

4、758.787449.41271.7855168.304117.770.3ln1I-6.6317-6.1079-5.6050-5.1258-4.7681-4.2528d (mm0.511.522.532由excel拟合可得近似为一条直线，所以X射线满足朗伯定律。下求X光在铝中的衰减系数卩表标题Y - 0.9367)(Ra = O.由 Ii 10 e d1 12 Io e d2d2 d1分别带入上述数据可得i= 1.04,1.006, 0.958 , 0.715,1.03 i=1,2,3,4,5卩=(1.04 +1.006+0.958+0.715+1.03)/5=0.9478七实验结论以与误差分

5、析。在衰减箔厚度对 X射线衰减的影响的实验中，测得y=0.9367x-7.0545,符合朗伯定律，在误差允许的范围内，可以得到卩=0.9478.误差分析：误差可能来源于仪器的精度，实验器材的磨损和腐蚀，外界光的干扰等。 实验建议：提高仪器精度和实验技术水平，采用更加完好的实验器材阻止外界光的干扰等。实验二 普朗克常数的测定一、实验目的测定普朗克常数的大小，了解其原理，加深对X射线的认识，在实验中提高自己的实验能力，动手能力。二、实验原理x光管的加速电压有关。由实验X光管发射的连续谱都有一个特征的短波限波长，其大小与家发现的短波限波长与加速电压之间存在有反比例关系。因为短波限波长对应的是最大能量

6、，而x光光子能获得的最大能量是入射电子的全部动能，所以我们可以得出短波限波长等于hc/eu,其中U为x光管得加速电压，由此我们可以求得普朗克常数。三、实验内容和步骤设置高压 U=35KV,设置电流I=0.1mA,设置步长 沁=0.1 0 ,设置 t=3s,下限角为 6 ，上限角为10。按下COUPLE键，然后按下SCAN键，记录数据，然后分别记录管压等 于34KV 33KV26KV的测量系列。四、实验方法和结果借助NaCI晶体测量不同U下min附近的衍射谱，利用实验软件提供的功能，对各条谱线 m附近区域进行直线拟合，从而得到不同的U对应的min 实验中使用该方法在不同电压下进行屡次测量，得到m

7、in=A/U-B，并由A=hc/e，求出h。U/KV35343332313029282726min /Pm33.133.834.835.93738.539.841.44344.5拟合结果：y=1185x-0.1 h=1185e/c=6.32x10 -34J/s 理论值 h=6.62 x10 -34J/s相对误差：=4.53 %6.62相对误差约为4.53%理论上来说，min匹，即做min 1/U图应该过原点，实际上会有一个小量偏移，考虑eU调零偏差角，有小角近似sin180由hcmin + =eU得=2ds in180五、误差分析与影响实验结果的主要因素1、 由于分光仪的分辨本领不够高，往往把

8、波长限的边界弄得模糊不清，无法作出精确 估计；2、为了获得足够强的 X射线，电子投射的靶子有一定厚度，有可能每个电子不止发 射一次韧致辐射，从而增加了边界的模糊；3、 边界附近的X光谱形状会有微小的不规那么性，因此判定即使仪器分辨本领足够高，也 得不到更精确的数据影响实验结果的主要因素1、光缝宽度 光缝包括X射线出射光阑和传感器的入射狭缝，光缝宽度较大时，X射线的发射角也较大，此时波长的单色性下降，min附近区域不规那么明显变大，影响直线拟合确定 min的效果，根据统计规律，计数率R的相对不确定为1/ V R,由此知光缝宽度不能太小；否那么 R 值太低，相对不确定度增大，统计涨落明显，同样不利

9、于选取 min 的拟合区域2、光缝与靶台的距离 其对实验结果的影响的原因与光缝宽度相同。 距离太大会使计数 率太低；距离太小，会降低角分辨本领。3、 管电压U仪器仪表的高压示数与真实值有差异，所用的U不准。但是由于管电压量级到达104K V,实验室中要检验如此高压并不容易。实验中尝试过利用Mo靶的激发电压为20KV这一有效信息进行检验，但是激发电压作为临界值，实际上据此很难做出判断。4、NaCl 晶体 本实验借助 NaCl 晶体分辨不同的波长。 长期使用的 NaCl 晶体会有破损, 且外表沾附着各种杂质,这会影响分辨效果。5、其他 测量时间可以适当增加,减少统计涨落对谱线的影响。六、结论本实验

10、测出的h=6.32x10 -34J/s，用X射线谱短波限法测量 h的关键在于如何准确的测量和确定 min 。由前面的分析知,要提高实验精度,减小系统误差, 就必须对光缝宽度等实验条件进行严风格整,使用新的晶体,同时保证电压U和衍射角0的准确性。在现有的实验条件下,由于仪器分辨率有限,谱线不可防止的展宽,在确定 min 时就必须进行修正。此时, 直线拟合法就不适用；而区域平均法那么通过合理的修正,得到误差更小的结 果。七、实验改良意见由于谱线展宽直线拟合法给出的截距值与 min 的含义不符, 查阅资料得知, 由于谱线展宽影响实验结果的情况在精度不高的实验中比拟普遍,如验证Moseley 定律实验,吸收边 k 也存在类似的展宽，由此借鉴确定k的方法来确定 min。确定k的方法为：选择透射谱中最低点和最高点之间的区域作为标志区域，软件给出该区域的的平均值作为 k值，仿照此法,将直线拟合区域的 平均值作为 min 值称为区域平均