x射线系列实验实验报告

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1、穿昌大学物理实验报告课程名称：近代物理实实验名称：X射线系列实验学院：专业班级：学生姓名：学号：实验时间：实验一：X射线在NaCl单晶中的衍射一、实验目的(1)了解x射线的产生、特点和应用。(2)了解X射线管产生连续X射线谱和特征谱的基本原理。(3)研宄X射线在NACL单品体上的衍射，并通过测量X射线特征谱线的衍射角测定X射线的波长。二、实验原理1.X射线的产生和X射线的光谱实验中通常使用X光管来产生X射线。在抽成真空的X光管内，当由热阴极发出的电子经高压电场加速后，高速运动的电子轰击由金属做成的阳极靶时，靶就发射X射线。发射出的X射线分为两类.•(1)如果被靶阻挡的

2、电子的能量不越过一定限度时，发射的是连续光谱的辐射。这种辐射叫做轫致辐射。(2)当电子的能量超过一定的限度时，可以发射一种不连续的、只有几条特殊的谱线组成的线状光谱，这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射。连续光谱的性质和靶材料无关，而特征光谱和靶材料有关，不同的材料有不同的特征光谱，这就是为什么称之为“特征”的原因。(1)连续光谱。连续光谱又称为“G色”X射线，包含了从短波限Am开始的全部波长，其强度随波长变化连续地改变。从短波限开始随着波长的增加强度迅速达到一个极大值，之后逐渐减弱，趋向于零(图1-1)。连续光谱的短波限Am只决定于X射线管的工作高压。图1-1X射线管

3、产生的X射线的波长谱(1)特征光谱。阴极射线的电子流轰击到靶面，如果能量足够高，靶内一些原子的内层电子会被轰出，使原子处于能级较高的激发态。图2-l-2b表示的是原子的基态和K，L，M，N等激发态的能级图，K层电子被轰出称为K激发态，L层电子被轰出称为L激发态，依次类推。原子的激发态是不稳定的，内层轨道上的空位将被离核更远的轨道上的电子所补充，从而使原子能级降低，多余的能量便以光量子的形式辐射出来。图1-2(a)描述了上述激发机理。处于K激发态的原子,当不同外层(L，M，N，层)的电子向K层跃迁时放出的能量各不相同，产生的一系列辐射统称为K系辐射。同样，L层是电子被轰

4、出后，原子处于L激发态，所产生的一系列辐射统称为L系辐射，依次类推。基于上述机制产生的X射线，其波长只与原子处于不同能级时发生电子跃迁的能级差有关，而原子的能级是由原子结构决定的。(a)*(b)1.X射线在晶体中的衍射光波经过狭缝将产生衍射现象。狭缝的大波长同数量级或更小。对X射线，由于它的波级，要造出相应大小的狭缝观察X射线的衍射,冯•劳厄首先建议用晶体这个天然的光栅来研因为晶体的晶格正好与X射线的波长属于同数的是NaCl晶体中氯离子与钠离子的排列结构。在这样的晶格上所产生的结果。由图1-4（a）可知，当入社X射线与晶面晶面就是镜而（即布拉格而，入射角与出射角看出，

5、图中两条射线1和2的光程差是瓦+沉,长的整数倍时（假定入射光为单色的，只有一种波小必须与光波的长在0.2nm的数量就相当困难。究X射线的衍射，量级。图1-3显示下面讨论X射线打相交0角时，假定3曰体中氯原子相等），那么容易作列结构即当它为波长）IdsinO=nAfn=1,2,3...布拉格（Bragg）公式在0方向射出的X射线即得到衍射加强。（a）（b）图1-4布拉格公式的推导三、实验装••«Vi根据布拉格公式，既可以利用已知的晶体（rf已知）通过测0角来研宄未知X射线的波长；也可以利用已知X射线U己知）来测量未知晶体的晶面间距。本实验使用X射线实验仪如图1-5所示。

6、该装置分为三个工作区：屮间是X光管区，是产生X射线的地方；右边是实验区；左边是监控区。X光管的结构如图1一6所示。它是一个抽成高真空的石英管，其下面（1）是接地的电子发射极，通电加热后可发射电子；上面（2）是钼靶，工作时加以几万伏的高压。电子在高压作用下轰击钼原子而产生X射线，钼靶受电子轰击的面呈斜面，以利于X射线向水平方向射出。（3）是铜块，（4）是螺旋状热沉，用以散热。（5）是管脚。监控Rx光管文验区B3AOA1A2A3A4图1-5X射线实验仪右边的实验区可安排各种实验。A1是X光的出1_1。八2是安放晶体样品的靶台。A3是装有G—M计数管的传感器，它用来探测X光

7、的A2和A3都可以转动，并可通过测角器分别测出它们监控区括电源和各种控制装置。B1是液晶显不区。B2是个大转盘，各参数都由它来调节和设置。B3有五个设置按键，由它确定B2所调节和设置的对B4有扫描模式选择按键和一个归零按键。SENSOR—传COUPLE—耦合扫描模式，按下此键时，传感器的转角转角的2倍(如图1一7)B5有五个操作键,它们是:RESET；REPLAY；SCAN脉冲开关；HV(ON/OFF)键是X光管上的高压开关。强度。的转角。左边的象。感器扫描模式；自动保持为靶台(ON/OFF);是声Ui实验内容钼原子的X特征谱线(1)将NaCl放置在