Загрузил Natasha Balakhonova

протокол 03 Приклад оформлення

реклама
1
,НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМЕНІ ІГОРЯ
СІКОРСЬКОГО»
Інститут матеріалознавства та зварювання ім. Є.О. Патона
Кафедра фізики металів
Діагностика і методи структурного аналізу матеріалів 1. Методи
структурного аналізу матеріалів
Група
П І П студента
П І П викладача
№ варіанту
Дата виконання
роботи
Дата
захисту
роботи
Оцінка роботи
Робочий протокол (звіт) з лабораторної роботи № 3
РЕНТГЕНІВСЬКІ СПЕКТРИ. ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ ХВИЛІ
ВИПРОМІНЮВАННЯ, КОЕФІЦІЄНТА ПОСЛАБЛЕННЯ
РЕНТГЕНІВСЬКИХ ПРОМЕНІВ, ТОВЩИНИ ФОЛЬГИ ТА
СЕЛЕКТИВНО-ПОГЛИНАЛЬНОГО ФІЛЬТРУ
Мета роботи:
- навчитись визначати довжину хвилі К-серії характеристичного спектра
рентгенівського випромінювання матеріалу анода рентгенівської
трубки;
- навчитись практично використовувати закон послаблення
рентгенівського випромінювання для експериментального визначення
товщини металевої фольги, коефіцієнту послаблення речовиною
рентгенівського монохроматичного випромінювання;
- засвоїти правила вибору та розрахунку товщини селективного-поглинального фільтру.
Об’єкт дослідження:
рентгенограма кварцу (SiO2)
Завдання на лабораторну роботу.
1. Зареєструвати на дифрактометрі рентгенограму, використовуючи
еталонний зразок (кварц) з відомими міжплощинними відстанями.
Визначити кутові положення дифракційних максимумів. Знайти
довжину хвилі К лінії матеріалу аноду, використовуючи формулу
Вульфа-Бреггів.
2
2. За розрахованими значеннями довжини хвилі К лінії, використовуючи
таблицю 3.1, визначити матеріал аноду рентгенівської трубки.
3. Визначити довжини хвиль К-серії характеристичного спектра матеріалу
аноду за законом Мозлі. Порівняти розрахункові дані з
експериментальними даними, визначеними у пункті 1.
4. За розрахованими значеннями довжин хвиль у пункті 3, користуючись
таблицею 3.1 і нерівністю (3), визначити матеріал селективнопоглинального фільтру для гасіння K  випромінювання.
5. Розрахувати за масовим коефіцієнтом поглинання та густиною
матеріалу фільтру, лінійний коефіцієнт поглинання для довжини хвилі,
що відповідає довжині хвилі K1  випромінюванню аноду
рентгенівської трубки.
6. Визначити товщину селективно-поглинального фільтру, виходячи з
умови, що обмежує послаблення K  випромінювання (не більше ніж у
1,5; 2; 3;…, N  разів – згідно свого варіанту).
7. Визначити, у скільки разів ( N  ) відбувається поглинання K1
випромінювання селективно-поглинальним фільтром.
Таблиця 1 – Довжини хвиль основних ліній К-серії, краю смуги поглинання
та потенціалу збудження деяких елементів
Довжина
хвилі
краю
Довжина
Довжини хвиль спектральних
смуги
Елемент
Z
хвилі LІліній K-серії, Å
поглинан
серії
ня,
Å
2
1
1
1
Sc
21
3,03452
3,03114
2,7800
31,35
2,7578
Ti
22
2,75207
2,74841
2,51381
27,42
2,497
V
23
2,50729
2,50348
2,38434
24,25
2,269
Cr
24
2,29351
2,28962
2,08480
21,64
2,070
Mn
25
2,10568
2,10175
1,91015
19,45
1,896
Fe
26
1,93991
1,93597
1,75653
17,616
1,743
Co
27
1,79278
1,78892
1,62075
15,972
1,608
Ni
28
1.66169
1,65784
1,50010
14,559
1,489
Cu
29
1,54433
1,54050
1,39229
13,333
1,381
Zn
30
1,43884
1,43511
1,29522
12,255
1,283
Nb
41
0,75040
0,74615
0,66591
5,7235
0,653
Mo
42
0,713543
0.709261
0,63244
5,4059
0,620
Pd
46
0,589801
0,585415
0,52073
4,3673
0,509
3
Продовження Таблиці 1
Елемент
Ag
Pt
Au
Довжини хвиль спектральних
ліній K-серії, Å
Z
47
78
79
2
0,56377
0,190372
0,185064
1
0,55936
0,185504
0,180185
Довжина
хвилі LІсерії
1
0,49722
0,15919
0,15457
1
4,1540
1,31298
1,27634
Довжина
хвилі
краю
смуги
поглинан
ня,
Å
0,486
0,152
0,153
Метод(и) дослідження:
Зйомка дифрактограми кварцу дифрактометром ДРОН -2
Які фізичні явища спостерігаються при дослідженні?
(Напишіть самостійно)
Робочі формули лабораторної роботи
Довжина хвилі рентгенівського випромінювання
формулою
d
  2 sin 
n
де  - кут дифракції,
визначається за
(1)
d
- міжплощинна відстань.
n
Якщо K - дублет не розділений, то його довжину хвилі визначають, як
середнє зважене:
2  
   1  2
(2)
3
Закон Мозлі.
1 
2 1
 RZ     2  2 

m 
n
1
де R – стала Рідберга (R =10973730,3 м-1);
Z – атомний номер елемента;
 – стала екранування;
n та m – цілі числа ( n  m ).
Для К-серії n=1 та m=2,3,4
(3)
4
Таблиця 2 – Числа m, n та  для обчислення довжини хвилі за законом
Мозлі
m
m -оболонка
n
n -оболонка
Перехід

2
L
1
K
K1
1,0
3
M
1
K
K1
1,0
4
N
1
K
K2
1,0
3
M
2
K
7,4
Вибір матеріалу фільтру здійснювати згідно умови
K<к< K1,
(4)
де к – край полоси поглинання матеріалу фільтру.
Лінійний коефіцієнт поглинання випромінювання  –, [] = м-1
визначається через масовий коефіцієнт поглинання m, [m] = м2кг-1, а саме
=m ,
(5)
де  - густина матеріалу фільтру.
Товщина селективно-поглинального фільтру x, що призводить до
I
зменшення K-дублету в N  0 разів, визначається з формули:
Id
1
I
1
(6)
x
ln 0 
ln N ,
 I d 
де  - лінійний коефіцієнт поглинання на довжині хвилі, що відповідає Kдублету. Оскільки K лінії мають інтенсивність в 5-6 разів меншу за K
лінії, то інтенсивність Kщо пройшла крізь фольгу фільтру товщиною d:
d 
(7)
N   5,5  e  ,
де  - лінійний коефіцієнт поглинання на довжині хвилі, що відповідає K
5
Вхідні дані до лабораторної роботи (замінити на свій варіант)
Таблиця 3 – Дані, отримані за допомогою дифрактометра Дрон-2, що
відповідають дифракції від кристалу кварца
№
інтенсивність
H K L
d
2
градуси
Å
1
20,440000
117,000000
100
4,341400
2
26,190000
1000,000000
101
3,400500
3
49,400000
111,200000
112
1,847970
4
58,700000
103,100000
121
1,571700
5
66,970000
97,900000
301
1,396200
Сталу Рідберга в розрахунках спектру матеріалу аноду вважати рівною
R =10973730,3 м-1.
Товщину селективно-поглинального фільтру визначити, виходячи з умови, що
послаблення K  випромінювання відбувається у N  1,2 разів.
Прилади:
Дифрактометр ДРОН-2.
Які програмні пакети обробки даних використовували у лабораторній
роботі
Розрахунок лабораторної роботи виконується у Microsoft Excel.
Масові коефцієнти поглинання для довжин хвиль, що відповідають K
(численик) та K -випромінюванням (знаменник) подані в Табл. 4 у см2г-1
6
Таблиця 4 - Масові коефіцієнти поглинання m та m1 для довжин хвиль K  та K  -ліній відповідно, у см2г-1 [1]

Поглинач Z г/см3
Sc
21 2,99
Ti
22
4,54
V
23
6,04
Cr
24
7,19
Mn
25
7,43
Fe
26
7,87
Co
27
8,9
Ni
28
8,9
Матеріал
аноду
, А
1, А
m
m1
m
m1
m
m1
m
m1
m
m1
m
m1
m
m1
m
m1
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
2,75
2,5 2,291 2,103 1,937 1,790
2,514 2,384 2,085 1,910 1,757 1,621
545
428 338
273
805 636
653
570
410
330 264
214
112,5
95
603
475 377
304
88
632
459
366 292
235
130
94
77,3 530 422
339
98
84
505
390 321
259
151
111 89,9 70,5 490
392
112,2 95,8 70,6 436 372
300
167,1 127,5 99,4 79,6 63,6
431
130
112 77,8
59
398
322
190,5 147
115 90,9 72,8
59,5
146
127
89
69,5 57,1
360
209 156,5 126
102 80,6
65,9
161,5 141
98
77
62,8
51,1
241
180
145
116 93,1
75,1
188,2 164
112 90,5 71,3
57,9
Ni
Cu
Zn
Mo
Ag
Au
1,659 1,542 1,436 0,711 0,561 0,182
1,500 1,392 1,295 0,632 0,497 0,155
222
185
153 21,1 10,5
3,1
169 137.5 109 17,6
7
0,375
247
204
167 23,7 17,6 0,590
190
155
120
21
14 0,405
275
227
186 26,5 13,3 0,586
209
170
134 18,2
10 0,437
316
259
213 30,4 15,7 0,781
243
198
159 21,3
12 0,491
348
284
234 33,5 17,4 0,778
262
214
175 23,3 13,3 0,531
397
324
270 38,3 19,9 0,976
294
241
196 26,9
15 0,595
54,4 354
292 41,6 21,8 0,978
328
268
209 29,5 16,8 0,641
61,0 49,3 325 47,4 25,0 1,121
47,4 289
235 33,8
19 0,731
7
Продовження Таблиця 4
Поглинач Z
Сu
29
Zn
30
Nb
41
Mo
42
Pd
46
Pt
78
Матеріал Ti
V

аноду
г/см3
2,75
2,5
, А
2,514 2,384
1, А
8,96
257
197
 m
198
175
 m1
6,92
286
217
 m
222,5 191
 m1
8,57
681,5 531
 m
536
465
 m
10,20
724
558
 m1
566
497
 m
12,02
927
710
 m
722
634
 m1
21,40
840
657
 m
668
584
 m1
Cr
2,291
2,085
154
120
169
134
423
328
439
353
545
442
553
433
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Mo
Ag
Au
2,103 1,937 1,790 1,659 1,542 1,436 0,711 0,561 0,182
1,910 1,757 1,6208 1,500 1,392 1,295 0,632 0,497 0,155
123 98,8
79,8
65,0 52,7 42,0 49,7 26,4 1,178
98,5 76,5
62,1
50,6 42,0 243 35,8
20 0,763
135
109
88,5
72,1 59,0 49,3 54,8 28,2 1,298
109 85,4
69,3
56,9
47
35
38,8
22 0,836
333
275
227
183
146
122 18,3
63 2,942
265
214
170
135
114 90,6
81
47 1,852
360
299
242
197
164
136 20,2 70,7 3,118
285
220
176
142
116
100 14,1
49 1,962
450
376
308
254
207
173 26,7 13,8 3,94
360
291
230
201
155
127
18
56 2,481
432
357
291
239
198
169
110
62 3,271
348
277
225
184
152 127,5 81,2 46,5 8,731
8
Вихідні дані (оброблюєте свої дані, тут міститься приклад розрахунку
Вхідних даних)
Таблиця 5- Розрахунок довжин хвиль аноду з даних, отриманих за
допомогою дифрактометра Дрон-2, що відповідають дифракції від кристалу
кварца
2
I
hkl
d


град
А
А
20,440000 117,000000 100,000000 4,341400 1,539802 0,000414491
26,190000 1000,000000 101,000000 3,400500 1,540110 0,001764039
49,400000 111,200000 112,000000 1,847970 1,543678 0,001803759
58,700000 103,100000 121,000000 1,571700 1,540005 0,001869169
66,970000 97,900000 301,000000 1,396200 1,539929 0,001944909
Порівнюючи дані розрахованих довжин хвиль (Табл.5) та довжини
хвиль основних ліній К-серії (Табл.1), визначили, що матеріал аноду – Cu з
Z=29. З Табл.1 визначили, що оптимальним фільтром, який зменшить
інтенсивність K -випромінювання є Ni з Z=28.
Таблиця 6 - Розрахунок довжини хвиль К-серії характеристичного
спектра Cu за законом Мозлі
K
K1
K2
L
n
m
1
1
1
2
2
3
4
3



A
%
A, Мозлі
A, екперим
1,549774075
1,541874
0,009069437 0,588655123
1,307621875
1,39217
0,084548125 6,073117832
1,23981926
1,3802
0,14038074 10,17104335
14,06276475
12,1244
1,938364751 15,98730454
Таблиця 7 - Розрахунок товщини селективно-поглинального фільтра
(Ni) та ступінь зменшення K1 випромінювання при ступені поглинання K1 випромінюванню аноду рентгенівської трубки N=1,2

m
m


см3/г
см2/г
см2/г
1/см
1/см
8,9
49,3
289
438,77
2572,1

x

мм
1,2
0,004155 16,01506
Товщина селективно-поглинального фільтра (Ni) при ступіні
зменшення K1 випромінювання у N=1,2 рази є x = 4,155 мкм. Така товщина
фольги Ni призводить до зменшення K1 випромінювання у =16 разів.
9
Якщо приймемо за 100% ступінь чорноти падаючої рентгенівської хвилі,
то K-дублет буде мати 83,3% чорноти, а K лінії – 6,24% чорноти:
І0, %чорноти
І K-дублету, %чорноти І K, %чорноти
Похибки вихідних даних
Середня довжина хвилі аноду є 1,540705 А визначена з точністю 0,0016 А.
Відносна похибка визначення довжини хвилі аноду є
0,008*100/1,540705=0,10%.
Абсолютні на відносні похибки розрахунку довжин хвиль К-серії
характеристичного спектра Cu за законом Мозлі надані в Табл.6.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Висновки:
Використовуючи еталонний зразок (кварц) з відомими міжплощинними
відстанями, за кутовими положеннями дифракційних максимумів
знайшли довжину хвилі аноду 1,5407050,0016 А, яка відповідає K 
лінії Cu (Z=29).
Знайшли довжини хвиль К-серії Cu за законом Мозлі. Порівняли
розрахункові дані з експериментальними даними. Найменшою є
похибка розрахунку для K  лінії - 1,5497740750,009 А, найбільшою є
похибка розрахунку для L лінії - 14,061,94 А
За Табл.1 визначили, що оптимальним селективно-поглинальним
фільтром для гасіння K  лінії є фольга з Ni (Z=28).
Розрахували за масовим коефіцієнтом поглинання та густиною
матеріалу фільтру, лінійний коефіцієнти поглинання для Ni:
при 1,54 А 438,77 1/см,
при 1,39229 А 2572,1 1/см
Визначили товщину селективно-поглинального фільтру x=4,155 мкм,
виходячи з умови, що послаблення K  випромінювання відбувається у
N=1,2 рази.
Визначили, що поглинання K1 випромінювання селективнопоглинальним фільтром з Ni, товщиною 4,155 мкм, відбувається у
N  =16 разів.
10
Варіанти вихідних даних:
Варіант 1
Товщину селективно-поглинального фільтру визначити, виходячи з умови, що
послаблення K  випромінювання відбувається у N  1,1 разів.
№
інтенсивність
H K L
d
2
градуси
Å
1
37,71
217,50
100
4,341400
2
48,00
1000,00
101
3,400500
3
97,80
120,40
112
1,847970
4
124,27
107,50
211
1,571700
Варіант 2
Товщину селективно-поглинального фільтру визначити, виходячи з умови, що
послаблення K  випромінювання відбувається у N  1,2 разів.
№
інтенсивність
H K L
d
2
градуси
Å
1
34,17
155,60
100
4,341400
2
43,20
1000,00
101
3,400500
3
85,20
120,40
112
1,847970
4
105,00
107,50
211
1,571700
Варіант 3
Товщину селективно-поглинального фільтру визначити, виходячи з умови, що
послаблення K  випромінювання відбувається у N  1,3 разів.
№
інтенсивність
H K L
d
2
градуси
Å
1
31,22
155,60
100
4,341400
2
40,13
1000,00
101
3,400500
3
78,08
120,40
112
1,847970
4
95,94
107,50
211
1,571700
Варіант 4
Товщину селективно-поглинального фільтру визначити, виходячи з умови, що
послаблення K  випромінювання відбувається у N  1,4 разів.
№
інтенсивність
H K L
d
2
градуси
Å
1
28,44
117,00
100
4,341400
2
36,20
1000,00
101
3,400500
3
69,60
111,20
112
1,847970
4
84,20
103,10
211
1,571700
11
Варіант 5
Товщину селективно-поглинального фільтру визначити, виходячи з умови, що
послаблення K  випромінювання відбувається у N  1,5 разів.
№
1
2
3
4
5
2
градуси
26,30
33,67
64,36
77,81
26,30
інтенсивність
H K L
217,50
1000,00
120,40
107,50
217,50
100
101
112
211
301
d
Å
4,341400
3,400500
1,847970
1,571700
1,396200
Варіант 6
Товщину селективно-поглинального фільтру визначити, виходячи з умови, що
послаблення K  випромінювання відбувається у N  1,6 разів.
№
інтенсивність
H K L
d
2
градуси
Å
1
24,27
217,50
100
4,341400
2
31,04
1000,00
101
3,400500
3
58,96
120,40
112
1,847970
4
70,95
107,50
211
1,571700
Варіант 7
Товщину селективно-поглинального фільтру визначити, виходячи з умови, що
послаблення K  випромінювання відбувається у N  1,1 разів.
№
інтенсивність
H K L
d
2
градуси
Å
1
22,47
217,50
100
4,341400
2
28,72
1000,00
101
3,400500
3
54,27
120,40
112
1,847970
4
65,07
107,50
211
1,571700
Варіант 8
Товщину селективно-поглинального фільтру визначити, виходячи з умови, що
послаблення K  випромінювання відбувається у N  1,2 разів.
№
інтенсивність
H K L
d
2
градуси
Å
1
19,43
117,00
100
4,341400
2
24,81
1000,00
101
3,400500
3
46,53
111,20
112
1,847970
4
55,53
103,10
211
1,571700
12
Варіант 9
Товщину селективно-поглинального фільтру визначити, виходячи з умови, що
послаблення K  випромінювання відбувається у N  1,3 разів.
№
1
2
3
4
5
2
градуси
9,56
12,18
22,50
26,00
29,90
інтенсивність
H K L
217,50
1000,00
120,40
240,40
62,00
100
101
112
211
301
d
Å
4,341400
3,400500
1,847970
1,571700
1,396200
Варіант 10
Товщину селективно-поглинального фільтру визначити, виходячи з умови, що
послаблення K  випромінювання відбувається у N  1,4 разів.
№
інтенсивність
H K L
d
2
градуси
Å
1
7,54
117,00
100
4,341400
2
9,60
1000,00
101
3,400500
3
17,70
120,40
112
1,847970
4
20,91
107,50
211
1,571700
Варіант 11
Товщину селективно-поглинального фільтру визначити, виходячи з умови, що
послаблення K  випромінювання відбувається у N  1,5 разів.
№
1
2
3
4
1.
2
градуси
2,45
3,12
5,74
6,77
інтенсивність
H K L
117,00
1000,00
111,20
103,10
100
101
112
121
d
Å
4,341400
3,400500
1,847970
1,571700
X-Ray
Mass
Attenuation
Coefficients
Режим
доступу
https://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/tab3.html
Дата
звернення 9.11.2021
Скачать