Залежність інтенсивності характеристичного випромінювання від сили анодного струму та анодної напруги

Завдання роботи:

перевірити емпіричну залежність інтенсивності K-ліній від напруги та сили струму аноду.

Обладнання:

рентгенівська камера, гоніометр, набір випромінювальних ламп, набір дифракційних кристалів, ПК.

Програмне забезпечення: PHYWE measure.

Основні терміни та поняття

Сила струму дифракція рентгенівських променів РЕНТГЕНІВСЬКІ ПРОМЕНІ – ВИПРОМІНЮВАННЯ ТА СПЕКТРИ Рентгенівське випромінювання

Теоретична частина

Рентгенівське випромінювання характеризується короткою довжиною хвилі, високою частотою та високою енергією фотона. Таку енергію отримують при переходах електронів із високих орбіталей атомів на нижні. Для цього потрібно «звільнити місце» на такій, як правило вже заповненій, орбіталі – вибити один з електронів та утворити позитивно заряджену дірку. Одночасно з переходом високоенергетичного електрона на нижню орбіталь відбувається випромінювання фотона, енергія якого дорівнює різниці енергій орбіталей.

Рис. 1. Енергетичні рівні молібдену та доступні електронні переходи

Нижчою є K-орбіталь, далі розташовані L- та M-орбіталі. Фотони, що народжуються при переходах з L-орбіталей на K-орбіталь, називаються K_α1 та K_α2  характеристичними.

Відомо, що інтенсивність K-випромінювання N є функцією анодного струму I_A та анодної напруги U_A :

,

де B – константа; U_k – іонізуючий потенціал K-оболонки, в цьому експерименті вважаємо U_k = 9 кВ.

Для розкладання складного випромінювання джерела на монохроматичні промені використаємо кристал, детектор та гоніометр за методом, описаним у лабораторній роботі з теми “Рентгеноструктурний та рентгеноспектральний аналіз”.

Дифракція рентгенівських променів описується рівнянням Вульфа-Брегга:

 ,

де d – міжплощинна відстань, θ – кут падіння променя на площину кристала, λ – довжина хвилі монохроматичного випромінювання, n – порядок дифракції (натуральне число).

Хід роботи

1. Проведіть вимірювання спектра характеристичного випромінювання міді, як описано в пп. 1–10 лабораторної роботи з теми “Рентгеноструктурний та рентгеноспектральний аналіз”, або відкрийте отриманий раніше результат. За спектром визначте довжини хвиль піків, користуючись формулою Вульфа-Брегга.

         Увага! Випромінювання, що не пройшло дифракцію на кристалі, надто інтенсивне для лічильника. Не встановлюйте малі кути повороту гоніометра надовго.

2. Виміряйте спектр для різних значень I_A = 0.1 ÷ 1 мА з кроком 0.1 мА в кутовому діапазоні θ = 19^o ÷ 24^o із постійною напругою U_A = 35 кВ.
3. Повторіть вимірювання для різних значень U_A = 11 ÷ 35 кВ з кроком 3 кВ в кутовому діапазоні θ = 19^o ÷ 24^o із постійною силою струму I_A = 35 мА.
4. Перерахуйте пікові значення інтенсивності з урахуванням інертності лічильника за формулою:

де N₀  – виміряна інтенсивність, N – шукана реальна інтенсивність, t = 90 мкс – «мертвий час» лічильника.

5. Побудуйте графічну залежність реальної інтенсивності K-ліній від I_A за постійної U_A (вимірювання в пункті 2) та залежність від  за постійної I_A (вимірювання в пункті 3).
6. Апроксимуйте графіки прямими. За кутом нахилу α визначте коефіцієнт  для графіка вимірювань з пункту 2 і  для графіка вимірювань з пункту 3.

Аналіз даних

.