康普顿散射朗伯定律

Cu lnta=2.76956lnλ-58.81962 R=0.99659
Zr lnta=2.55733lnλ-56.66322 R=0.99702
结论：X射线在物质中的衰减系数与入射波长、物质种类有关。 对于同种材料，衰减系数与波长满足指数关系，并且对不同材料，指数常数不同。
刘晓怡 2008.1.2 近代物理实验期末报告
探测X光强度（略）
平行板电容器
吸收片 （各种金属）
电表
晶体
探测器
（NaCl或LiF） （G-M计数管）
连续谱—验证D-H关系；
特征谱—估测钼的特征 谱激发电压值；
研究钼能级的精细结构；
莫塞来定律； 康普顿散射； 朗伯定律；
利用布拉格公式 测晶体晶面间距；
拍摄单晶劳厄相；
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借助NaCl晶体，记录X光经过不同吸 收片后在吸收边界附近的衍射线谱
在Moseley窗口对Z-1/ √λ 进行直线拟合
Leabharlann Baidu
k
可得到里德堡常数R
结论：吸收边界随原子序数的变化关系满足莫塞来定律，
并由此可预测X射线的衰减系数与λ的对应关系
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吸收的本质是光子的能量足够使电子电离时发生的能量转换。 E=hv=hc/λ，如图显示K壳层电子结合能较大。
朗伯定律 （I-µ关系） —— 描述X光经过物质后衰减的性质（吸收+
散射）
衰减系数与波长、原子序数的关系——
Daune-Hunt关系（入min-U的关系）——描述X射线特征谱的发射原理
布拉格公式 （入-d关系） ——描述X射线的衍射性质
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X射线管 （钼耙）
结论：X射线连续谱的大小和电子的加速电压大小有关
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2。估测钼靶的X射线特征谱最小激发电压值
逐步增大X光管电压，并观察特征谱出现时的电压值
结论：X射线的连续谱和特征谱随电子加速电压的增大而逐渐明显； 钼的特征谱激发电压值大约在21~22KV，小于该值时只有连续谱产生。
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1.测定NaCl晶体的晶面间距d 2. 测定x光在铝中的系数，并验证朗伯系数
3.研究x光在材料中的衰减系数与波长、原子序数的关系
4.验证莫塞来定律
5.测定普朗克常数h（D-H关系）
6.用电离腔探测x射线
7.拍摄单晶样品NaCl和LiF劳厄相
8.研究x光在材料中的衰减系数与原子序数的关系
9.用实验法估测钼靶x光管发射k系特征谱所需的最小加速电压
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3.朗伯定律 I = I。exp(-µd) （衰减程度与材料厚度的关系—可测定衰减系数）
使X光管射出的X射线经过不同厚度的铝片，利用探测到的计数率之比可得 到投射光强与入射光强之比
得到的d与ln(I/I。)的关系为
d=-1.14979ln(I/I0)-0.18932
X光的产生：电子受激发
跃迁
产生光子（能量）——特征谱
高速电子遇到物质减速，释放能量
产生光子 ——连续谱
——X射线管的基本原理
本实验所用靶材料——钼
研究钼产生的特征光谱
X光的特点：波长短 能量大
穿透力强
关于X光的一些性质和定律
莫塞来定律（入k-Z关系）—— 描述物质对X光吸收的性质
康普顿散射定律
—— 描述X光被电子散射的性质
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3.研究钼能级的精细结构αβγ
根据跃迁的选择定则，钼原子受激发后可能的跃迁会产生四种射线α1、 α 2、 β、γ，由于α1和 α 2，β和γ线的波长相差很小，一般只能观察到α 线和β线。
但根据2dsinθ=nλ,选择观察高级衍射峰（即nλ较大），可是相邻峰之间对
2.专用软件X-ray Apparatus 借助于NaCl晶体利用X射线的衍射性质得到X射线的波长
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一、关于X射线的产生的实验
1. 验证D-H关系 入min = hc/eu
借助NaCl晶体，记录不同U下的衍 射谱线在短波限波长侧的波长 入k
线性拟合后得到
量。
对于较大的误差，尝试过将本底计数率的计数时间延长，但没有改进。
属于半定量方法。由于此经验公式中的a,n未必适合本实验中的材料Cu，
因此此实验方法有待改进。
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2.莫塞来定律（吸收边界与原子序数的关系—可从入k的出现预计 吸收系数与入的对应关系，而定量研究见实验4）
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5.衰减系数与原子序数的关系 固定波长，得到和不同材料对应的衰减系数（同样近似法）
R=-0.99545
结论： X射线经过物质后随 物质厚度呈指数衰减
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4.衰减系数与X射线波长的关系
对同种吸收材料，忽略吸收边界处的特殊变化，衰减系数与X射线波长满足指数关系。
本实验忽略了康普顿散射的影响，用吸收系数近似代替了衰减系数‫ﺡ‬，并分别用Cu和 Zr来验证了这种关系。
Cu
过程： 为观察到康普顿移动，设置大散射角θ=145度； 分别探测X射线被散射前和散射后的强度，根据 经验公式计算出相应的波长，进而得到波长的改 变量及康普顿移动。
结果如下：△λ=6.82pm-6.10pm=7.23pm 和参考值4.42pm相比较，相对误差为63.56%
问题讨论：定性地证实了康普顿散射效应，但没有定量地验证康普顿移动
10.研究钼靶的k系能级精细结构
11.用实验观察或验证康普顿效应
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实验仪器
德国莱宝公司的X射线实验仪及其附件 （包括钼靶X射线管，G-M计数管），
NaCl、LiF晶体，各种材料吸收片若干。
实验方法
1.近似法 即忽略了康普顿效应、光电效应等散射效应的影响，在吸收相对起主要作用的 范围内用吸收系数近似代替衰减系数。
应的△θ增大，从而扫描出谱线的精细结构。
n=1时的谱线图
n=5时的谱线图
相当于放 大坐标系
扫描时已将△t设为400s，但峰顶仍然比较
平，要得到更理想的图像，可以继续增大△t
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二、关于X射线经过物质后衰减的实验
1.康普顿效应（X射线经散射后波长改变量（能量改变）与散射角的关系） 经验公式T =exp[-a(λ/100pm)n ]