固体物理实验方法.ppt

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1、第一章:X射线源及其发射谱1.X射线的发现及其本质的确定1)1895RöntgenW.C.发现X射线（1901年首届诺贝尔物理奖）1912Laue.M.晶体的X射线衍射，Laue方程（1914年诺贝尔物理奖）1913Bragg，W.H&W.L.Bragg定律(1915年诺贝尔物理奖)——X射线是一种波长很短(～À)的电磁辐射1923A.ComptonX射线的Compton散射（1927年诺贝尔物理奖）——X射线的量子特性X射线是波长很短的电磁辐射，是光子能量很高(～Kev)的光子流。它具有典型的波粒二象性。2)X射线波长λ与光子能量的关系式3)X射线在电磁辐射谱中的位置4)典型的波粒二

2、象性1）波λ偏振相干散射界面的反射、折射用经典电磁理论处理2）粒子光电吸收不相干散射用量子理论处理2.X射线管及其发射谱1)X射线机的组成X射线管高压发生器水冷系统控制电路X射线管结构电子枪（阴极）金属靶（阳极）水冷通道窗口(Be)图1密封式X射线管结构2)X射线管发射谱（1）连续谱辐射机制：韧致辐射最短波长（2）标识谱（特征谱）波长（光子能量）由靶元素确定的线谱，它在所加电压高于靶元素的激发电压时叠加在连续谱上。A.辐射机制：靶原子内的电子跃迁B.主要谱线LIII→KLII→KM→K图2各种阳极发出的X射线谱（0.1nm）强度例CuC.特征谱强度I与电压V电流i的关系n=1.5--

3、2与连续谱比，当时，强度强两个量级K系三条谱线的强度比3)X射线管的主要性能指标靶元素确定谱特征常用靶元素MoCuWAg功率密封管1-3KW旋转靶12KW,18KW(100KW)焦斑标准焦斑细聚焦管3.同步辐射1）同步辐射和同步辐射光源速度接近光速的电子（称为相对论电子）在磁场中作曲线运动时沿轨道切线方向发出的电磁辐射称为同步辐射，因为这种辐射是1947年首先在电子同步加速器上发现的。产生同步辐射的装置，即电子同步加速器或电子储存环就称为同步辐射光源。目前世界上已有几十个同步辐射光源在运行。代表性的光源有：第一代（兼用机）SSRL（美国）BSRF（北京）第二代（专用机）NSLS（美国）

4、NSRL（合肥）PF（日本）SRRC（新竹）第三代APS（美国）SSRC（上海，在建）ESRF（欧洲）SPRING8（日本）2)同步辐射装置二极弯转磁铁（BendMagnet）、扭摆磁铁（WigglerMagnet）、波荡器（undulator）同步辐射的优异特性1)广宽平滑的连续谱根据电子能量的不同，其频谱范围可从红外直至真空紫外，软X射线，硬X射线，甚至γ射线，其特征波长为其中R为电子弯转半径，γ为电子能量与其静止能量（0.511Mev）之比2)高强度图4同步辐射频谱图5X射线源亮度3)方向性好同步辐射功率集中在电子运动方向上极小的立体角内，其立体角的大小约为。例：1Gev的电子所

5、发射的同步辐射集中在0.5mrd的立体角内4)偏振性5)洁净6)脉冲时间结构7)高稳定性8)可由理论准确计算9)同步辐射实验室对全世界开放延波荡器长度方向的距离X射线激光原理图4.其它X射线源1)放射源发射出Mn实验室常用于校准探测器2)等离子体源激光等离子体光源Z箝缩等离子体光源飞秒脉冲强激光的高次谐波3)X射线激光、自由电子激光4)宇宙中的X射线源5.X射线辐射损伤与防护实验中必须不让光源直接照射人体记录长时间人体所受的辐射剂量，进行跟踪监测。通常X射线实验室（包括同步辐射）中辐射剂量远低于安全剂量。