x射线标识谱与吸收.doc

北京大学实验报告 X 射线标识谱与吸收实验目的实验目的： 1、 了解 X 射线标识谱产生的规律，验证莫塞莱定律； 2、 研究固体对 X 射线吸收的规律； 3、 学习和掌握闪烁体探测器测量 X 射线能谱的方法 实验原理实验原理： （一）标识 X 射线的产生 原子的内壳层上存在一个电子的空位时，处于较外层的电子将跃迁内层以 填补此空位，以使原子系统的总能量降低趋于稳定根据玻尔原子理论，外层 电子向内层电子跃迁时会发生光辐射，其能量为124 2 222 2211() ()em ehvZhnn式中为电子的质量， 为电子电荷，为普朗克常量，为原子系数，为emehZ屏蔽系数，和为电子跃迁的终态和初态所处的电子壳层的主量子数对于 1n2n同一线系，屏蔽系数很相近显然，不同原子所辐射出的荧光光子能量与该原子的能级结构有关由于 不同种类的原子的能级结构差别足够大，一旦知道 X 射线荧光光子能量，就可 以判断它来自于何种原子 1913-1914 年莫塞莱发现，阳极材料的标识 X 射线频率的平方根和原子Z 系数之间存性关系即：()vK Z上式称为莫塞莱定律，式中和为常数与初始式比较得常数1124 22 322 2211[() ()]em eKZhnn（二）俄歇过程如果在原子的内壳层上存在一个电子的空位，外层电子退激填补此空位时， 除了发射标识 X 射线外，亦可将此退激能量给予原子中的另外一个电子，使其 激发并脱离原子的束缚。

该过程称为俄歇过程俄歇电子跃迁概率随原子系数 的增加而减少，X 光荧光辐射跃迁概率随原子序数增加而增加，二者和为 1，对 于原子系数小的元素如 Al，俄歇电子跃迁概率接近于 1. （三）X 射线的吸收一束强度为（单位时间通过单位面积的光子数） 、光子能量单一的 X 射线垂0I直入射到吸收介质上，由于和吸收介质中原子的相互作用，出射的 X 射线强度北京大学实验报告 会衰减当介质厚度很薄时，入射 X 射线束强度的相对减少量与吸收层厚度dI I 成正比，有dx0dIdxI 比例常数称为线衰减常数（量纲为，单位为） ，为吸收介质种类01L1cm和入射 X 射线波长的函数，上式中负号表示通过吸收层后强度由强变弱 由于吸收介质总有一定厚度，为了求得透过吸收介质后 X 射线的强度，x需对其进行积分，并带入入射强度为的初始条件这样可得0I00exp -IIx（）上式表示透射束强度随吸收介质厚度的增加而指数下降Ix线衰减系数由两部分构成：00=+吸散称为线吸收系数入射 X 射线的被吸收是由于与吸收介质之间发生光电吸效应、康普顿散射和正负电子对产生这三种相互作用过程引起的。

成为弹性散散射系数，它起源于汤姆孙散射对于 X 射线来说其线吸收系数比弹性散射系数大得多X 射线波长吸散越长，线吸收系数所占的比例一般来说也越大因此近似有吸0exp()eIIx联系前面的式子，的物理意义可以理解为：由于光电效应所引起的入射e束通过单位厚度（）吸收介质时衰减率的大小它等于每个原子对入射 X 射cm线的光电吸收截面（单位：）乘以单位体积吸收介质中的原子数（单a2cmN位：） ，即-3cma=eN原子对能量低于 1MeV 的 X 射线的光吸收截面近似地与吸收介质的原子a序数的四次方成正比，并与入射 X 射线波长的三次方成正比43=eNZ常数北京大学实验报告 设是吸收介质密度，则公式可改写00exp[ (/)]exp()emIIxIx  式中称为相应光电效应的质量吸收系数m考虑到，（为吸收介质中元素的原子量） ，则有/meN A4 3 mZ A∝实验装置实验装置: 本实验用 X 射线射样品，是样品原子内层电子激发或电离，形成空位，所采用的激发源为衰变过程产生的 X 射线，平均能量为 17.0KeV。

光子的能238Pu量用 NaI（Tl）闪烁体探测器和微机多道分析仪 实验内容实验内容： 1、 性放大器上加 400V 左右电压，预热仪器约半小时 2、 将线性放大器上的电压加至 560V，验证莫塞莱定律 3、 先加入 Mo，将峰值的一半放在最右边，在进行其他元素的测量 4、 验证 X 射线的吸收，对 Mo、Sr、Se，Al 膜层数取 0、2、4、6、8；对 Zn、Ni、Fe，Al 膜层数取 0、1、2、3、4记录相应的能量强度 实验数据及处理实验数据及处理： 一、验证莫塞莱定律 元素MoSrSeZnNiFe 原子序数423834302826 峰值道址801689538389321265 Sqret[E]28.301926.248823.194819.723017.916416.2788 峰值计数89811215012663912580219957 半高宽269.3238.5204.8162.7147.6136.5 半宽：峰址0.336 0.346 0.381 0.418 0.460 0.515 活时487395326135174176 实时554478406181213219 下面的图像即为原子序数和能量的二分之一次方的关系图。

北京大学实验报告 二、X 射线的吸收Al 膜层数02468 实时111109109108107 活时100100100100101钼 Mo强度 I216513181226157871135811115356 实时7070707070 活时6060626366锶 Sr强度 I16105615514513286311041068498 实时8080807979 活时6569737576硒 Se强度 I2469151799611186355830938771Al 膜层数01234 实时8080808080 活时6368737677锌 Zn强度 I2948612153681130176982238487 实时8080808080 活时6572777979镍 Ni强度 I266647134154540231806611237 实时8080808080 活时6876797980铁 Fe强度 I203207522161140522021411北京大学实验报告 元素MoSrSeZnNiFee0.09/x0.08/x0.25/x0.31/x0.6/x0.75/xm4.84*10(-3)4.30*10(-3)0.01340.01670.03230.0403。