Røntgenstråling

Skemaer til måleresultater

Der anvendes et Tel-X-Ometer røntgenapparat med tilbehør, et mikroamperemeter og et GM-rør med tæller.

Røntgenapparatet

Røntgenrøret får anodespænding fra en indbygget højspændingstransformer. Der kan vælges mellem to accelerationsspændinger: 20 kV og 30 kV. Røret er indkapslet i en blyglasbeholder, der har en åbning ud mod en holder, hvor en krystal kan anbringes. Denne holder er forbundet til en bevægelig holder, hvor du kan anbringe GM-rør samt forskellige spalter og filtre. Drejes denne holder en vinkel, følger krystalholderen automatisk med: når krystalholderen er drejet vinklen q, er GM-røret drejet vinklen 2 q. Denne vinkel kan aflæses direkte på apparatets kant. Aflæsenøjagtigheden er ca. 1% af den aflæste værdi. Anodematerialet er Cu, og anodestrømmen kan måles med et mikroamperemeter, der kan indkobles på siden af apparatet.

Start af røntgenapparatet

• Låget låses ved at føre det hen i midterstilling, når det er lukket. Kun når låget er i denne stilling, kan røret virke.
• Uret drejes op på 50 min.
• Den røde knap på siden af apparatet trykkes ind, og den røde lampe vil lyse. Samtidig høres en højfrekvent tone, der tilkendegiver, at apparatet er i funktion.

Teori

Opbygningen af et kobberatom er energimæssigt som vist på figuren.

Karakteristiske bølgelængder

I det følgende har vi brug for 2 forskellige, karakteristiske bølgelængder:

Ka-linierne:

som er bølgelængderne for den stråling, der udsendes, når en elektron fra 3. skal hopper ind på en ledig plads i K-skallen. Der kan være tre linier svarende til tre tætliggende energiniveauer i 3. skal.

Kb-linierne:

som er bølgelængderne for den stråling, der udsendes, når en elektron fra 2. skal hopper ind på en ledig plads i K-skallen. Her kan der være to linier svarende til to tætliggende energiniveauer i 2.skal.

I de forsøg, vi skal lave, kan finstrukturen i Ka og Kb ikke ses!

Opgaver, som besvares i rapporten

1. Gør rede for, hvordan både det kontinuerte og det diskontinuerte spektrum opstår.
2. Beregn ud fra ovenstående energiniveaudiagram bølgelængderne for Ka og Kb linjerne.

Forsøget deles op i 2 afdelinger

1. . Optagelse af et røntgenspektrum
2. . Bestemmelse af d for NaCl

Teori specielt til afdeling I

Når en lysstråle rammer en blank flade, vil der ske tilbagekastning af lyset uanset størrelsen af strejfningsvinklen q og uanset lysets bølgelængde.

Når en monokromatisk røntgenstråling rammer en krystal, vil der ikke i al almindelighed kunne iagttages refleksion. Strålingen vil gå igennem krystallen. Kun hvis strejfningsvinklen q opfylder betingelsen

n l = 2 d sin(q), hvor n = 1., 2, ...

vil der kunne iagttages refleksion, idet der kun da er konstruktiv interferens mellem de stråler, der reflekteres fra gitterplanerne. Refleksionen fra hver af gitterplanerne er yderst svag, men da der er refleksion fra mange millioner parallelle planer, er den samlede virkning let at iagttage.

Strålingen registreres med et GM-rør i forbindelse med en impulstæller. Den røntgenstråling, som ved refleksion i krystallen lige har vist bølgeegenskaber, viser her i røret partikelegenskaber. Impulstallet pr. tid er et mål for strålingsintensiteten.

Opgaver, som besvares i rapporten

3. Der anvendes en LiF krystal med gitterafstand d = 0,201 nm. Beregn de værdier af 2 q, for hvilke l.orden K a -linien henholdsvis K b -linien forventes. Gentag beregningen for 2.orden.
4. Den mindste bølgelængde, der udsendes fra et røntgenrør, er bestemt ved

   

   Beregn lmin for U = 30 kV.

5. Der anvendes fortsat en LiF-krystal med gitterafstand d = 0,201 nm. Beregn mindste værdi af 2 q, for hvilken 2. orden optræder i spektret.
   

Teori specielt til afdeling II

Gitterafstanden d i NaCl-krystallen kan bestemmes af

hvor

Opgave, som besvares i rapporten

6. Beregn den teoretiske værdi for NaCl-gitterafstanden.
   

Forsøgets udførelse

I. Optagelse af et røntgenspektrum

1. Vælg U = 30 kV og I_a = 50 mA
2. Sæt LiF-krystallen i holderen med krystallens brede side mellem klemskruen.
3. Monter vertikalt
   • en 1 mm spalte ved rørudgangen
   • en 3 mm spalte i holder nr 13
   • en 1 mm spalte i holdernr.
4. GM-røret anbringes umiddelbart bag 1 mm spalten.
5. Start apparatet.
6. I spring på 2° varieres 2 q mellem 26° og 36° Derefter springes l° indtil 2 q er 50°. Gentag denne variation mellem 84° og l04°. Brug spring på 0,5°, hvor variationen i tælletal er særlig stor. Ved hver måling tælles antallet af impulser i l0 sekunder.
   
7. Udregn l ved hjælp af Bragg-ligningen og afbild resultaterne grafisk med l på l.aksen og imp/l0s på 2.aksen. For LiF er d = 0,201 nm. Bestem bølgelængderne for Ka og Kb linierne og sammenlign med tabelværdier.

Alle måleresultater skal anføres i en tabel - gerne i et regneark, hvor beregningerne med fordel kan laves.

II. Bestemmelse af d for NaCl

8. LiF-krystallen erstattes med en NaCl-krystal. Apparatet startes påny, og man måler antallet af impulser for 2 q i mellem 29° og 35° i spring på 1°.

Alle måleresultater skal anføres i en tabel - gerne i et regneark, hvor beregningerne med fordel kan laves.

Find den vinkel, der svarer til Ka -linien. Bestem heraf dNaCl ved hjælp af Bragg-ligningen. Sammenlign med tabelværdien.