Описание установки

Рис. 14.3

Схема установки изображена на рис. 14.3. Рентгеновская трубка 1 настольного рентгеновского аппарата УРС-1.0 является источником рентгеновского излучения достаточно широкого спектра. Для выделения составной части спектра с определенным значением длины волны  используется монохроматор (подробнее о процедуре монохроматизации см. работу 2). Пучок лучей из трубки через выходное окно УРСа 2 и входную щель монохроматора 3 попадает на кристалл 4 монохроматора. Кристалл 4 может вращаться, что позволяет выделять из спектра различные монохроматические компоненты рентгеновского излучения. Интенсивность монохроматических линий измеряется с помощью твердого сцинтиллятора 5 и примыкающего к нему фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) 6. Усиленный сигнал с фотоумножителя регистрируется самописцем 7.

Временное разрешение линий спектра достигается вращением кристалла с постоянной угловой скоростью  вокруг оси, перпендикулярной к плоскости схемы и проходящей через точку пересечения первичного пучка с поверхностью кристалла. Поверхность кристалла совпадает с одной из кристаллографических плоскостей. Дифракционный максимум возникает в тот момент, когда первичный пучок с длиной волны  образует с поверхностью угол скольжения , удовлетворяющий условию Брэгга – Вульфа:

, (14.3)

где d – межплоскостное расстояние в кристалле; m – порядок дифракционного максимума.

Чтобы исключить воздействие первичного пучка, на его пути ставится ловушка 8. В работе регистрируется спектр 1-го порядка (). Мотор, вращающий кристалл, включается в положении, в котором луч параллелен поверхности кристалла. Тогда зависимость от времени имеет вид

. (14.4)

Одновременно с мотором включается самописец. Для определения длин волн измеряются расстояния на ленте самописца от начала записи до положения соответствующей линии:

, (14.5)

где v – скорость движения ленты. По формулам (14.3) – (14.5) рассчитываются длины волн:

. (14.6)

Задания

1. Ознакомиться с основными узлами установки. Включение и выключение рентгеновского аппарата УРС-1.0 производить в соответствии со следующими правилами.

Включение рентгеновской установки.

• Переключатель «СЕТЬ» пульта управления поставить в положение 3; при этом зажигается зеленая лампочка. Если загорается лампочка «НЕТ ПОДАЧИ ВОДЫ», то необходимо обратиться к лаборанту.

• Кнопкой пульта управления «ПУСК» включить «ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ», при этом загорается красная лампочка.

• Переключатель «НАПРЯЖЕНИЕ» поставить в положение «6 – 7». Высокое напряжение определяется с помощью графика на пульте.

• Реостат «НАКАЛ ТРУБЫ» установить на 8 мА; этот ток поддерживается во время фотографирования спектра.

• «ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ» выключается кнопкой «СТОП».

Выключение рентгеновской установки.

• Выключить высокое напряжение, нажав кнопку «СТОП» на пульте управления.

• Полностью вывести реостат тока накала.

• Коммутатор «НАПРЯЖЕНИЕ» и «СЕТЬ» поставить в положение «ВЫКЛЮЧЕНО».

Указанный порядок включения и выключения должен строго соблюдаться.

2. Установить поверхность кристалла параллельно первичному пучку. Включить питание ФЭУ, затем одновременно включить двигатель вращения кристалла монохроматора и самописец. Записать спектр на ленту самописца, предварительно (до включения) пометив положение начала ленты.

3. Участок ленты с записанным спектром снять с самописца и провести (линейкой) измерения длин l₁ от начала спектра до максимума каждой из спектральных линий. Если ввести индексацию так, что l₁ > l₂ > l₃, то получится следующая индексация спектральных линий: K_2 – 1, K_1 – 2, K_– 3.

4. Рассчитать значения углов ₁, ₂, ₃ и длины волн, отвечающие максимумам спектральных линий K_2, K_1, K_ по формулам (14.4) – (14.6). В работе используется кристалл NaCl со сколом вдоль кристаллографической плоскости с межплоскостным расстоянием d = 2,814 Å.

5. Построить график зависимости относительной спектральной интенсивности I_ от . Для каждой линии с максимумом при _m необходимо сделать следующее. Длину волны , соответствующую текущей точке l на спектрограмме, вычислить по формуле:

, (14.7)

где _m – длина волны, соответствующая максимуму интенсивности линии. Эта длина волны была найдена в п. 4. Величину можно найти, взяв дифференциалы по  и  от обеих частей соотношения (14.3) при . В результате получаем приближенно:

, (14.8)

где . Используя значенияI_ и  при каждом значении l, построить требуемый график.

6. Вычислить относительные интенсивности спектральных линий K_ и K_2, принимая интенсивность линии K_1 равной 100 условным единицам. Интенсивность линии в относительных единицах равна площади под графиком I_() в пределах соответствующей спектральной линии.

7. Измерить на графике I_() ширину  одной из линий. Вычислить соответствующее значение .

8. Пользуясь табличным значением потенциала возбуждения K-серии меди кВ, оценить длину волныK_-линии меди. Используя длины волн K_- и K_-линий рассчитать по формуле (14.2) поправки _K и _L для K- и L-оболочек.