Способи монохроматизації рентгенівського випромінювання

Завдання роботи:

проаналізувати відмінності запропонованих методів виділення вузької спектральної смуги.

Обладнання:

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

Програмне забезпечення: PHYWE measure.

Основні терміни та поняття

дифракція рентгенівських променів РЕНТГЕНІВСЬКІ ПРОМЕНІ – ВИПРОМІНЮВАННЯ ТА СПЕКТРИ Рентгенівське випромінювання Лінійчасті спектри СПЕКТРАЛЬНИЙ АНАЛІЗ – ВИПРОМІНЮВАННЯ ТА СПЕКТРИ СПЕКТРИ ВИПРОМІНЮВАННЯ. СПЕКТРИ ПОГЛИНАННЯ – ВИПРОМІНЮВАННЯ ТА СПЕКТРИ

Теоретична частина

Дифракція на кристалічній ґратці, як і на товстих плівках, характеризується тим, що кут відбивання результуючого монохроматичного променю від ґратки дорівнює куту падіння. В іншому випадку різниця ходу променів, що відбилися від атомів з різних площин, не задовольняє умову конструктивної інтерференції. Саме тому для зняття спектрів рентгенівського випромінювання потрібно синхронно обертати і кристал, і лічильник.

Рис. 1. Дифракція на кристалі

Якщо метою експерименту є отримання монохроматичного випромінювання з широкосмугового джерела, то достатньо встановити такий кут повороту кристалу, який відповідає потрібній довжині хвилі. Цей кут визначається рівнянням Вульфа-Брегга. Тепер, обертаючи лише приймач, можна бачити єдину спектральну лінію.

Рис. 2. Монохроматизований пік випромінювання міді

Загальним для будь-якого спектрального діапазону методом монохроматизації є використання фільтрів – речовин, що пропускають випромінювання обмежених інтервалів довжини хвилі. Поглинання рентгенівських променів металами описується рівнянням:

 де N₀ – початкова інтенсивність променя, x – довжина шару метала, μ – лінійний коефіцієнт поглинання.

Залежність μ(λ) і визначає спектральний діапазон хвиль, що поглинаються речовиною. При досягненні λ  порогового значення, за якого енергії фотона достатньо для виривання електрона з оболонки атома (іонізації атома), поглинання різко зростає.

Рис. 3. Характеристичне випромінювання міді, що пройшло крізь нікелеву фольгу

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 Mo, як описано в пп. 1–10 лабораторної роботи з теми “Рентгеноструктурний та рентгеноспектральний аналіз”, використавши кристали KBr та LiF та діафрагму діаметром 2 мм, або відкрийте отриманий раніше результат.

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

2. Установіть режим вимірювання з постійним кутом кристалу. Оберіть кут, що відповідає одній зі спектральних ліній на отриманому раніше спектрі. Межі вимірювання спектру: для кристалу LiF та  для кристалу KBr.
3. Замініть діафрагму на іншу із Zr поглиначем. Проведіть вимірювання спектру характеристичного випромінювання Mo, як описано в пп. 1–10 лабораторної роботи з теми “Рентгеноструктурний та рентгеноспектральний аналіз”.
4. Повторіть пункти 1–3 для мідної лампи. Замість Zr поглинача використайте Ni.
5. Проаналізуйте отримані результати на предмет переваг та недоліків використаних методів монохроматизації рентгенівського випромінювання.

Аналіз даних

.