钼的X射线的特性

钼的X射线的特性

相关内容(Related topics)

X-射线管、轫致辐射、特征辐射、能级、晶体结构、晶格常数、吸收、吸收边沿、干涉、布拉格等式、衍射级

原理和任务(Principle and task)

用不同的单晶分析阳极钼的X-射线光谱，并把结果绘制成图。不同衍射级的特征线的能量由不同的位置的观测角决定。

实验设备(Equipment)

09058.99 1 X-射线基本组件，35kV

09058.10 1 X-射线的角度计，35kV

钼X-射线管的插入组件 09058.60 1

计数管，B 型 09005.00 1

晶体锂-氟化物，裱好的 09056.05 1

晶体钾-溴化物，裱好的 09056.01 1

记录设备：

X-Y记录仪 11416.97 1

连接线缆，100cm，红色 07363.01 2

连接线缆，100cm，兰色 07363.04 2

或者

X-射线组件软件，35kV 14407.61 1

数据线，插头/插座，9针 14602.00 1

计算机

课题(Problems)

1．通过LiF单晶作分析仪，确定阳极钼发射的X-射线，在最大阳极电压和阳极电流处的强度，与不喇格角的函数关系。

2．用KBr单晶分析仪重做第一步。

3．计算钼的特征谱线的的能量值将，与钼能级系列的不同能量进行比较。

实验设备组装和实验过程(Set-up and procedure)

按例图1连接实验设备，在X-射线仪的输出管固定一个孔直径1mm光圈管。把X-射线仪的开关关掉，在实验设备基板面的相应的套接口上连接好角度计和计数管，在中间放置角度计和裱好的晶体分析仪，设置计数管在右档板。

记录光谱还需要以下的设置：

——自动和手动模式。

——门时2s，角步进宽度0.1°。

——使用锂-氟（Li-F）单晶的扫描范围：4°--65°，使用钾-溴（K-Br）单晶的扫描范围：3°--30°。

——阳极电压U A=35kV, 阳极电流I A=1mA。

当使用X-Y记录仪来记录光谱时，将Y轴连在X-射线仪基本组件的模拟输出口（lmp/s），相应的，为了晶体的角度的定位，将X轴插入模拟输出口。（设置按钮在输出位置，为晶体的角选择模拟输出）

当记录中需要使用计算机时，可通过X-射线仪的基本组件的SUB-D socket 套接口连接。

注意：

请不要将计数管长时暴露在主辐射下。

理论和计算(Theory and evaluation)

当高能电子撞击X-射线管的金属阳极时，X-射线产生一个连续的能级分布（这就是所谓的轫致辐射）。这些能量不取决于阳极电压，并由特定的阳极物质发出的X-射线，就是所谓的X-射线特征谱线在连续区域的叠加。该现象可以通过以下方法产生：在阳极原子的K层发生电子碰撞，例如：原子电离。由此产生的空穴，随后有高能的电子填充。这个激发过程所释放的能量就转换成该阳极原子的X-射线。例图2显示了铜原子的能级框架图。X-射线特征线的产生要么是L→

K的跃迁，要么是M→K的跃迁，分别叫做Kα和Kβ线。M→K和L→K的跃迁是不

遵从量子力学的选择定则的。

按规定，钼的特征射线存在如下的能量值（例图2）：

（E Kα*=E K－1/2(E L2+E L3)=17426.8keV （1）

E Kβ= E K－E M23=19589.8keV

Kα*代表Kα1和Kα2的平均值。单晶仪的使用，使分析多色X-射线成为可能。当波长为λ的X-射线以观察角度ϑ入射一单晶，发生散射后，相干干涉只能发生在波从晶面反射的路程差是波长λ的整数倍这一部分。（例图3）

例图3晶格面的布拉格散射

这种情况可以用布拉格式子来解释。

2dsinϑ＝nλ（2）

（d是上下面的间隔，n是衍射的能级）。当d给定时，结合光谱获得的观察角ϑ，X-射线的能量可以用下面的公式计算出来：

E=hf=hc/λ （3）

结合（3）和（2）又可以得到：

E=（nhc）/（2d sinϑ）（4）

普朗克常数h=6.6256×10-34Js

光速c=209979×108m/s

晶格常数锂-氟（Li-F）（100） d=2.014×10-10m

晶格常数钾-溴（K-Br）（100） d=3.290×10-10m

恒等式 1eV=1.6021×10-19J

例图4显示了一些规定好的线在轫致辐射连续区域重叠。当阳极电压变化时，这些特定直线的的角度保持不变。这样的线就是钼的特征谱线。第一对就是

第一级衍射（n=1）。由于高级衍射强度会增加，到n＝4和n＝5时只有Kα是可见的。当n＝4和n＝5时，Kα线有双重分裂的微弱迹象（见试验5.4.07）。

当用钾-溴（K-Br）单晶代替锂-氟（Li-F）单晶来分析钼的X-射线谱时，布拉格散射可达到第四级衍射（n=4）（例图5）。那些比例图4多增加的的结构，是由于使用了更高晶格常数的钾-溴（K-Br）单晶。用（4）式计算出来的钼X-射线的特征谱能量值被列于下表中：

根据表中提供的能量值，可计算出特征谱线的平均值E Kα=17.248keV和

E Kβ=19.268keV。所有这些实验数值和对应的理论数值相对应（见⑴和例图2）。

为了从另一光谱推出相应的晶格常数，从一光谱计算所得的钼X-射线的特征谱线存在差异是可能。

在例图6中的轫致辐射是遵从在小角度8.2°和16.5°方向上有明显的强度减弱这一规律。溴化物第一二级衍射的K吸收边沿（E K＝13.474keV）的这种强度减弱，跟理论值是相一致的。钾、锂和氯的K 吸收边沿是不能观察到的，因为轫致辐射光谱的强度在这些能量区域内很低。（关于K和L吸收边沿请查阅实验5.4.12）

注意：

相关原子能量值引自“化学和物理手册”，CRC Press Inc..Florida

例图1X-射线分析仪的试验设备

例图2钼的能级图（Z=42）

例图3晶格面的布拉格散

例图4钼的X-射线的强度和观察角的函数关系，单晶锂-氟（Li-F）（100）做布拉格分析仪

例图5钼的X-射线的强度和观察角的函数关系，单晶钾-溴（K-Br）（100）做布拉格分析仪