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1、精选优质文档-倾情为你奉上实验名称:X射线的布拉格衍射 X射线的康普顿散射 学 院: 班 级:姓 名:学 号:一、实验目的1. 了解X射线的布拉格衍射与康普顿散射的原理 2. 学会测量X射线特征谱线的波长3. 学会测量康普顿位移二、实验仪器名称X光发射仪、NaCl单晶、LiF单晶、Zr,Cu滤波片三、实验原理1.X射线衍射(1)X射线衍射的基本原理:当一束单色X射线入射到晶体时,由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成,这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有X射线衍射分析相同数量级,故由不同原子散射的X射线相互干涉,在某些特殊方向上产生强X射线衍射,衍射线在空间分布的方位和强度,与晶体结构密切
2、相关。(2)布拉格方程的导出如图1,当X射线投射到晶体上时,可使晶体内部的平面点阵产生散射现象,全部散射线又干涉形成衍射条纹。设相邻散射平面点阵的间距为d,从两相邻平面点阵散射出来的X射线之间的光程差为2dsin,所以相干加强的条件为2dsin=k ( k=1,2,3,)其中,为X射线的波长,为掠射角,k为干涉级数。上式为布拉格衍射公式,即微波布拉格衍射实验的基本公式。图12.X射线的康普顿散射(1)康普顿效应:散射光中除了有原波长l0的x光外,还产生了波长ll0 的x光,其波长的增量随散射角的不同而变化。当X射线或伽马射线的光子跟物质相互作用,因失去能量而导致波长变长的现象。相应的还存在逆康
3、普顿效应光子获得能量引起波长变短。(2)康普顿频移公式的导出由光电效应可知,电子在原子中的束缚能只相当于紫外光子的能量,比X光子的能量小得多。于是,康普顿效应可看作X光子与自由电子的散射,电子在散射前静止。设光子在散射前后的能量和动量分别为p0,E0和p,E,电子在散射后获得动量pe和动能Ek,散射光子和电子动量入射光子动量的夹角分别为和。根据动量守恒和能量守恒可得pe2=p02+p2-2p0pcos(1)E0-E=Ek(2)由此可解得=-0=e1-cos(3)e=hmec=0.02426(4)式(3)称为康普顿方程。称为康普顿位移,e称为电子的康普顿波长。(3)X射线波长的测量已知一个铜滤波
4、片的透射系数T与X射线的波长满足如下关系TCu=e-a100pmn(5)其中,a=7.6,n=2.75。由(5)式可以看出,测出T就可以算出波长。本实验中,先测出没有滤波片时铝块的散射强度R0,再分别测出滤波片在铝块前后的散射强度R1和R2。由于射线很弱,所以必须考虑本底强度R I=0。则T1=R1-RR0-R(6)T2=R2-RR0-R(7)容易得出=100pmlnR0-R-lnR2-Ra1n-lnR0-R-lnR1-Ra1n(8)四、实验数据处理1. NaCl和LiF晶体的布拉格衍射图 图2 NaCl晶体的布拉格衍射图 图3 LiF晶体的布拉格衍射图2. 测量NaCl和LiF晶体的晶格常数
5、实验数据记录如下表:级数123NaCl7.26.414.612.922.119.6LiF9.98.820.418.1表1 已知K和K射线的波长分别为71.08pm和63.06pm.(1) NaCL、LiF晶体的晶格常数级数123n70.6762.89142.19125.95212.18189.23sin0.12530.11150.25210.22330.37620.3355n96.9686.30196.62175.24sin0.17190.15300.34860.3107表2(2)作n-sin曲线:图4 NaCl n-sin曲线由origin 拟合直线得直线斜率k1=563.0103图5 Li
6、F n-sin曲线 由origin 拟合直线得直线斜率k2=563.99838(3)晶体的晶格常数通过线性拟合,得到晶体的晶格常数如下表:晶格常数NaCl559.5pmLiF399.2pm表3由已知NaCl晶体的晶格常数理论值为564.02pm ,LiF晶体的晶格常数理论值为402.7pm(4)误差分析NaCL晶体的晶格常数 相对误差为:564.02-559.5564.02=0.80%LiF晶体的晶格常数 相对误差为:402.7-399.2402.7=0.86%3.X射线的康普顿散射实验数据记录如下表:RR0R1R20.211/s7.91 /s1.511/s0.921 /s表4代入公式:=100pmlnR0-R-lnR2-Ra1n-lnR0-R-lnR1-Ra1n可得康普顿位移=6.635pm。五、实验总结 本次实验,利用布拉格衍射,测量了晶体的晶格常数,测量了康普顿散射后波长的改变,进一步了解了X射线的巨大作用。专心-专注-专业