X射线吸收系数的研究试验-复旦大学物理教学试验中心.PDF

X射线吸收系数的研究实验 郑林 X X XX射线吸收系数的研究实验 郑林 复旦大学 材料科学系 摘要：本实验使用德国莱宝教具公司生产的X 射线实验仪，通过测量X 射线入射Al、Fe、 Cu、Zr、Mo、Ag 等材料的透射率来研究某特定能量下，材料吸收系数与其原子序数的关系， 并将实验结果与文献参考值进行对比分析。 关键词：衰减系数 光电效应 线吸收系数 质量吸收系数 吸收截面 原子序数 µ 在做X 射线系列实验时，验证了材料衰减系数 与入射X 光波长λ近似满足关系式： 3 µ µ∝ λ ，也发现 还与材料原子序数Z 有关。而在查阅相关资料时，发现关于材料吸收系 数与其原子序数关系的这部分内容，都给出了µ∝ n或 ∝ n的关系（n 的具体数值与 Z µm Z µ 的物理意义有关），但也都叙述地比较简要。抱着学习的态度，利用实验室现有的材料， 测量计算了几种元素的衰减系数，得到了一定的结论，并对实验过程中出现的一些问题进行 了分析讨论。 1 1 11、原理和方法 1.1 原理 X射线束在透过物质后强度发生衰减，这是和物质相互作用的结果。X 射线和物质的相 互作用是相当复杂的，除掉按原来方向直接透过的X 射线光子外，那些不重新出现在原线 束方向的光子可能发生的反应有：光电效应、康普顿散射、相干散射等。 X射线由低能光子组成（一般不会超过150KeV），它在物质中的衰减系数具体表示为[1]： µ = µ光电 +µ康 +µ相干 （1） 因为本实验的X 射线能量较低，不会超过35KeV，文献[1]给出参考： 图1 X射线吸收系数的研究实验 郑林 从图1中可以得到： X 射线能量较低时，它在材料中的衰减系数近似等于光电吸收系 数；当能量较高时，康普顿散射占主要作用。所以实验中近似认为衰减系数等于吸收系数。 一束强度为 的单色X 射线通过吸收材料，其强度I的变化遵循朗伯-比耳（Lambert- I0 Beer）定律，有： I= I0e−µx （2） −1 µ µ 其中 为材料厚度，单位为 。称 为线吸收系数，单位为 。记 为质量吸收 x cm cm µm = ρ −2 µ 系数，单位为 .g。 比 更为基本，其数值不再依赖于吸收材料的物理状态，更能 cm µm 反映材料本质。 光电效应是由X光子与物质靶原子中的束缚电子作用引起的，所以束缚电子的数密度 越大，光电作用几率（常用每个原子对入射X光子的作用截面σ 来表示）就越大。爱因