X射线实验.docx

X射线的吸收和单晶布拉格衍射及其能谱特性研究实验实验报告姓名：任宇星班级：F1407204（致远物理）学号：5140729003指导老师：叶庆好实验日期：2016.4.1实验目的1. 初步了解X射线的产生、基本性质；2. 观察X射线影像；3. 研究X射线的衰减与吸收体厚度的关系；4. 研究X射线的衰减与吸收体材料的关系．实验内容1．实验研究X射线衰减与吸收体物质材料厚度和吸收体材料的关系，并分析实验结果。2．测定NaCl单晶的X射线布拉格衍射谱。3．研究杜红—昆特关系，测定普朗克常数，并分析实验结果。4．研究X射线的边缘吸收，分析解释实验现象。实验仪器X射线管，NaCl晶体，吸收体样品，Zr滤罩实验原理1、研究X射线的衰减与吸收体厚度的关系理论上透射强度R= R0X射线衰减与吸收体物质材料厚度的关系满足Lambert定律，即透射率T随吸收体物质材料厚度的增大，呈指数衰减。其中T为透射率，为透射前计数和透射后计数的比值，为衰减系数，x为材料厚度。不同厚度的吸收样品置于同一圆弧状底片上，中心间距10°，（0°处厚度为0）则对准第一个中心位置，设置好仪器参数不变，逐次将底片旋转10°，记下透射强度（各角度均测100秒透射计数平均值），即可得到X射线的衰减与吸收体厚度的关系。再加上Zr滤罩，每个位置取300s计数平均值，重复实验。2、研究X射线的衰减与吸收体物质的关系与上实验装置类似，不同材料的吸收片间隔排列，依次旋转底片即得X射线的衰减与吸收体材料的关系。3、测定NaCl单晶的X射线布拉格衍射谱布拉格衍射公式:其中d为晶面间距，n为衍射级数，为入射波波长。将NaCl单晶置于X射线管中，等时间间隔旋转一定角度。测得各角度下的衍射强度即得其布拉格衍射谱。已知的初级衍射角为7.2度，将样品台和探测头调整至0点，在2度至25度之间扫描，即可得到NaCl单晶的布拉格衍射谱。4、研究杜红—昆特关系，测定普朗克常数X光子能量关系:则：即最小波长和电压的倒数成正比。故测得即可计算普朗克常量h.用已有的程序进行计算波长的值：其中d=282.01pm，由此可以得到R关于波长的曲线5、研究X射线的边缘吸收材料吸收X射线时，对某些波长的X光会出现透射率的突变：对应频率称边缘频率。实验中，用同样的材料作为x射线发射管，发射出两个波长的射线，峰值分别为两个波长满足关系：我们测定某特定材料的吸收系数。设定U = 30.0 kVI = 1.00 mA，从4.2度到8.3度每0.1度取一个数据点，得到一条吸收。加上Zr滤罩，重复实验，得到稍低的另一条曲线。测量各峰值面积，代入下方公式计算：五、实验数据及处理1、研究X射线的衰减与吸收体厚度的关系（U=22.0kV,I=0.20mA）无Zr滤罩样品转过角度β/°R/S-1厚度x/mm透射率TlnT04615.4010102843.620.50.6161160.484321201833.9810.3973610.92291301214.421.50.2631231.33513240767.0520.1661941.79460250571.682.50.1238642.08857460359.0130.0777852.553804有Zr滤罩样品转过角度β/°R/S-1厚度x/mm透射率TlnT02081.65010101143.20.50.54918-0.5993320645.0310.309865-1.1716230375.331.50.180304-1.7131140204.3220.098153-2.3212350141.22.50.067831-2.690746082.8830.039815-3.22352实验软件所得曲线无Zr滤罩无Zr滤罩有Zr滤罩无Zr滤罩T-x、LnT-x关系如下图所示：根据Origin拟合，衰减系数为：(无Zr)μ=8.3869+0.1898/mm-1,u=2.26% (有Zr)μ=10.7164+0.2719/mm-1,u=2.54%可以看到与理论上呈指数衰减的规律吻合得较好。2、研究X射线的衰减与吸收体材料的关系参数设置：0°、10°(C)、20°（Al）：U=30.0kV,I=0.02mA,t=30s；30°(Zr)、40°(Fe)、50°(Ag)、60°(Cu)：U=30.0kV,I= 1.00Ma,t=300s；背景：U=0kV,I=1.0mA,t=300s样品转过角度β/°原子序数Z材料R/S-1吸收率T-lnT有Zr无Zr有Zr无Zr无Zr有Zr00无1999.07897.831100106C1920.97869.770.9609320.9687470.0317520.0398522013Al1360.6545.730.6