X光系列實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、X光系列實(shí)驗(yàn)報(bào)告本次共做了調(diào)校測(cè)角器的零點(diǎn)，測(cè)定LiF晶體的晶面間距，測(cè)定 X光在鋁中的衰減系數(shù)，并驗(yàn)證朗伯定律和普朗場(chǎng)常數(shù) h的測(cè)定。通過(guò)做一系列的實(shí)驗(yàn)，從而對(duì)X射線的產(chǎn)生、特點(diǎn)、 原理和應(yīng)用有較深刻的認(rèn)識(shí)，提高自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ⑻岣擢?dú)立從事研究工作的能力。本次分別寫了 X光在鋁中的衰減系數(shù)，并驗(yàn)證朗伯定律和普朗克常數(shù)h的測(cè)定的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)一、測(cè)定X光在鋁中的衰減系數(shù)，并驗(yàn)證朗伯定律一、實(shí)驗(yàn)的目的和意義通過(guò)本實(shí)驗(yàn)了解 X射線的基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)習(xí) X射線儀的一般操作；掌握 X射線的衰減與吸收 體材料和厚度的關(guān)系，訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。二、實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)計(jì)思想X射線穿過(guò)物質(zhì)之后，強(qiáng)度會(huì)衰減，這是因?yàn)?/p>

2、X射線同物質(zhì)相互作用時(shí)經(jīng)歷各種復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，從而引起各種效應(yīng)轉(zhuǎn)化了入射線的部分能量。X射線穿過(guò)物質(zhì)時(shí)要減弱，減弱的大小取決于材料的厚度和密度。在同一介質(zhì)里不同波長(zhǎng)的射線減弱的程度不同。滿足：I Io e d本實(shí)驗(yàn)研究X射線衰減于吸收體材料和厚度的關(guān)系。假設(shè)入射線白強(qiáng)度為 R0,通過(guò)厚度dx的吸收體后，由于在吸收體內(nèi)受到“毀滅性”的相互 作用，強(qiáng)度必然會(huì)減少，減少量 dR顯然正比于吸收體的厚度dx,也正比于束流的強(qiáng)度R,若定義科為X射線通過(guò)單位厚度時(shí)被吸收的比率，則有-dR=w Rdx考慮邊界條件并進(jìn)行積分，則得：R=R0eA(- x)透射率 T=R/R0,則得：T=eA(-(ix)或n

3、T=- fix 式中稱為線衰減系數(shù)，x為試樣厚度。我們知道，衰減至少應(yīng)被視為物質(zhì)對(duì)入射線的散射和吸收的結(jié)果，系數(shù)科應(yīng)該是這兩部分作用之和。但由于因散射而引起的衰減遠(yuǎn)小于因吸收而引起的衰減，故通常直接稱 科為線吸收系數(shù)，而忽略散射的部分。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟設(shè)置高壓U=35KV,設(shè)置電流I=0.02mA,設(shè)置步長(zhǎng) A 3 =0o1設(shè)置A t=3s,下限角為6o ,上限角為70o。將鋁板底板端部插入原來(lái)靶臺(tái)的支架，置傳感器于0位，按下TARGET鍵，然后再 按 SCAN。Io四、數(shù)據(jù)處理和討論 由于改寫為所以只需驗(yàn)證In；與d成線性關(guān)系即可，由于本實(shí)驗(yàn)未測(cè)出I0是多少，所以先去除I0,驗(yàn)1證In 1

4、與d成線性關(guān)系。I758.787449.41271.7855168.304117.770.3In1 I-6.6317-6.1079-5.6050-5.1258-4.7681-4.2528d (mm)0.511.522.53*w圖表標(biāo)題B O 0.511.522.5315-1 -2y = D.93C7x-7 045_ 咚 a*7 rSnc由excel擬合可得近似為一條直線，所以X射線滿足朗伯定律。下求X光在鋁中的衰減系數(shù) 科 由 Ii Io e d1I2 Io e d2lnL12d2 d1分別帶入上述數(shù)據(jù)可得i=1,2,3,4,5i= 1.04,1.006, 0.958, 0.715,1.03

5、產(chǎn)(1.04+1.006+0.958+0.715+ 1.03)/5=0.9478七.實(shí)驗(yàn)結(jié)論以及誤差分析。在衰減箔厚度對(duì) X射線衰減的影響的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得 y=0.9367x-7.0545,符合朗伯定律，在誤差允許的范圍內(nèi)，可以得到戶0.9478.誤差分析：誤差可能來(lái)源于儀器的精度，實(shí)驗(yàn)器材的磨損和腐蝕，外界光的干擾等。實(shí)驗(yàn)建議：提高儀器精度和實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平，采用更加完好的實(shí)驗(yàn)器材阻止外界光的干擾等。實(shí)驗(yàn)二 普朗克常數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定普朗克常數(shù)的大小，了解其原理，加深對(duì) X射線的認(rèn)識(shí)，在實(shí)驗(yàn)中提高自己的實(shí) 驗(yàn)?zāi)芰?，?dòng)手能力。二、實(shí)驗(yàn)原理X光管發(fā)射的連續(xù)譜都有一個(gè)特征的短波限波長(zhǎng)，其大小與x光

6、管的加速電壓有關(guān)。由實(shí)驗(yàn)家發(fā)現(xiàn)的短波限波長(zhǎng)與加速電壓之間存在有反比例關(guān)系。因?yàn)槎滩ㄏ薏ㄩL(zhǎng)對(duì)應(yīng)的是最大能 量，而x光光子能獲得的最大能量是入射電子的全部動(dòng)能，所以我們可以得出短波限波長(zhǎng)等于hc/eu,其中U為x光管得加速電壓，由此我們可以求得普朗克常數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟設(shè)置高壓U=35KV,設(shè)置電流I=0.1mA,設(shè)置步長(zhǎng) A 3 =0o1,設(shè)置A t=3s,下限角為6o ,上限角 為10o。按下COUPLED鍵，然后按下SCAN鍵，記錄數(shù)據(jù)，然后分別記錄管壓等于 34KV、 33KV26KV的測(cè)量系列。四、實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果 借助NaCl晶體測(cè)量不同 U下min附近的衍射譜，利用實(shí)驗(yàn)軟件提供的功

7、能，對(duì)各條譜線min附近區(qū)域進(jìn)行直線擬合，從而得到不同的U對(duì)應(yīng)的minU/KV35343332313029282726min /pm33.133.834.835.93738.539.841.44344.5實(shí)驗(yàn)中使用該方法在不同電壓下進(jìn)行多次測(cè)量，得到min =A/U-B ,并由 A=hc/e ,求出 h。擬合結(jié)果:y=1185x-0.1 h=1185e/c=6.32x10 -34J/s 理論值 h=6.62 x10 -34J/s相對(duì)誤差:相對(duì)誤差約為理論上來(lái)說(shuō),6.62-6.32 =4.53 %6.624.53%hcmineU,即做 min 1/U圖應(yīng)該過(guò)原點(diǎn)，實(shí)際上會(huì)有一個(gè)小量偏移，考慮調(diào)零

8、偏差角，有小角近似 sin 180,hc由min +=7eU小2d得=2dsin 180五、誤差分析及影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要因素1、由于分光儀的分辨本領(lǐng)不夠高 ，往往把波長(zhǎng)限的邊界弄得模糊不清，無(wú)法作出精確估計(jì)；2、為了獲得足夠強(qiáng)的 X射線，電子投射的靶子有一定厚度 ，有可能每個(gè)電子不止發(fā)射一次韌致輻射，從而增加了邊界的模糊；3、邊界附近的X光譜形狀會(huì)有微小的不規(guī)則性，因此判定即使儀器分辨本領(lǐng)足夠高，也得 不到更精確的數(shù)據(jù)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要因素1、光縫寬度 光縫包括X射線出射光闌和傳感器的入射狹縫，光縫寬度較大時(shí)，X射線的發(fā)射角也較大，此時(shí)波長(zhǎng)的單色性下降，min附近區(qū)域不規(guī)則明顯變大，影響直線擬

9、合確定min的效果，根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，計(jì)數(shù)率 R的相對(duì)不確定為1/vR,由此知光 縫寬度不能太小；否則 R值太低，相對(duì)不確定度增大，統(tǒng)計(jì)漲落明顯，同樣不利于選取 min 的擬合區(qū)域2 、 光縫與靶臺(tái)的距離其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響的原因與光縫寬度相同。 距離太大會(huì)使計(jì)數(shù)率太低；距離太小，會(huì)降低角分辨本領(lǐng)。3 、 管電壓 U 儀器儀表的高壓示數(shù)與真實(shí)值有差別， 所用的 U 不準(zhǔn)。 但是由于管電壓量 級(jí)達(dá)到104 KV,實(shí)驗(yàn)室中要檢驗(yàn)如此高壓并不容易。實(shí)驗(yàn)中嘗試過(guò)利用Mo靶的激發(fā)電壓為 20KV 這一有效信息進(jìn)行檢驗(yàn)，但是激發(fā)電壓作為臨界值，實(shí)際上據(jù)此很 難做出判斷。4 、 NaCl 晶體 本實(shí)驗(yàn)借助 NaC

10、l 晶體分辨不同的波長(zhǎng)。 長(zhǎng)期使用的 NaCl 晶體會(huì)有破損， 且表面沾附著各種雜質(zhì)，這會(huì)影響分辨效果。5 、 其他 測(cè)量時(shí)間可以適當(dāng)增加，減少統(tǒng)計(jì)漲落對(duì)譜線的影響。六、結(jié)論本實(shí)驗(yàn)測(cè)出的h=6.32x10 -34J/S,用X射線譜短波限法測(cè)量h的關(guān)鍵在于如何準(zhǔn)確的測(cè)量和確定 min 。由前面的分析知，要提高實(shí)驗(yàn)精度， 減小系統(tǒng)誤差， 就必須對(duì)光縫寬度等實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)整，使用新的晶體，同時(shí)保證電壓U和衍射角。的準(zhǔn)確性。在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下， 由于儀器分辨率有限， 譜線不可避免的展寬， 在確定 min 時(shí)就必須進(jìn)行修正。此時(shí)， 直線擬合法就不適用；而區(qū)域平均法則通過(guò)合理的修正，得到誤差更小的結(jié)果。七、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)意見(jiàn)由于譜線展寬直線擬合法給出的截距值與min 的含義不符， 查閱資料得知， 由于譜線展寬影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況在精度不高的實(shí)驗(yàn)中比較普遍， 如驗(yàn)證 Moseley 定律實(shí)驗(yàn)， 吸收邊 k 也存在類似的展寬，由此借鑒確定k 的方法來(lái)確定min 。確定 k 的方法為：選擇透射譜中最低點(diǎn)和最高點(diǎn)之間的區(qū)域作為標(biāo)志區(qū)域， 軟件給出該區(qū)域的 的平均值作為k 值， 仿照此法，將直線擬合區(qū)域的 平均值作為 min 值（稱