X射线法分析金属的精细结构

郭宝会

（渭南师范学院 物理与电气工程学院,陕西 渭南 714099）

X射线法分析金属的精细结构

郭宝会

（渭南师范学院 物理与电气工程学院,陕西 渭南 714099）

为了研究衍射晶体对物质精细结构的测量影响，分别研究了LiF单晶和KBr单晶对Fe和Cu精细结构的测量的影响。研究结果表明，KBr单晶做为衍射晶体能量与标准跃迁能量差别较大，而当LiF单晶做为衍射晶体时能量与标准跃迁能量差别较小。说明当晶格常数较大时，误差较大。

X射线法；衍射晶体；物质精细结构;测量影响

从x射线管中射出的x射线具有多色性，不由阳极电压决定的，而被叠加到韧致辐射谱的连续区域上，使用单晶体来分析金属的单色性[1-3]，能量的特征线由不同的衍射级的掠射角的位置决定，由不同衍射角的位置可以计算出它所对应的能量，利用这一原理来检验高衍射级的Ka线的二重分裂，研究其对应的精细结构。本次实验主要选取铁和铜为研究对象进行分析，分别使用LiF和KBr单晶体分析器对其精细结构进行研究分析，探究不同的单晶体测量时对其精细结构的影响。

1 实验过程

首先，连接好实验装置，将在最大的正电流和正电压处，从铁的阳极发射出的x射线强度作为布拉格角的函数纪录,使用LiF作为分析器。其次,使用KBr单晶体作为分析器。再次计算铁的特征线的能量值,比较铁的能级的不同的能量。改变阳极材料，重复上述操作做好数据整理，总结得出结论。

2 实验数据处理

2.1 Fe的精细结构的分析

当高能电子撞击x射线管的金属板的阳极时,就会产生持续能量分布的x射线。将铁做为金属板的阳极，使用单晶体来分析铁的x射线检验高衍射级的Ka线的二重分裂，研究其对应的精细结构。实验中使用LiF分析器，在最大正极电流和最大正极电压处，从铁的阳极发射出的x射线作为布拉格角的函数记录，如图1,2所示。

图1 铁的x射线谱LiF单晶体是分析器

图2 铁的x射线谱KBr单晶体是分析器

在图1,2中，在第2衍射级就有了明显的分裂的迹象，为了使观察更加清晰我们可以提高记录仪器的每个输入端的灵敏度，将掠射角的范围缩小，即在第2衍射级进行光谱记录，为了明显的区分Ka1和Ka2线，作如下的设置：扫描范围71°-77°；门电路时间3s。在这种情况下, 记录仪器在使用时要提高每个轴的灵敏度。就可以观察到十分明显的分裂现象，可以得到主要线θ(Ka1)=74.00°和θ(Ka2)=74.40°,由公式可以求得：

同理：当使用KBr单晶体分析器时，可以测n=2时，对应的掠射角为：θ(Ka1)=36.02°和θ(Ka2)=36.04°，由公式可得：

2.2 Cu的精细结构分析

Cu的X衍射谱的记录如图3、图4所示。

图3 铜的x射线谱，LiF单晶体是分析器

图4 铜的x射线谱，KBr单晶体是分析器

测得记录所得当用LiF单晶分析器时,可以测得当n=2时，θ(Ka1)=50.2°，θ(Ka2)=50.5°可以求得：

同理，用KBr单晶分析器时,当n=2时θ(Ka1)=28.00°，θ(Ka2)=28.02°，由公式可以求得：

3 结论

通过x射线分析法，用单晶体分析器分别对铁和铜的x射线高衍射级的 线的二重分裂进行，研究其对应的精细结构。实验发现，当KBr单晶体分析器分析时，实验测得的跃迁能量与理论相比差别较大，而当使用LiF单晶体分析器时，实验测得的跃迁能量与理论值相比差别较小，由此说明：当使用晶格参数越大的单晶体分析器，对物体精细结构的测量引起的误差越大。

[1]陈玉清.x射线法的研究及其应用[J].中国科学研究,1965:4-5.

[2]熊文杰,祁先飞康,念铅.x射线在晶体衍射分析中的应用[J].北京出版社,2009:17-18.

[3]胡林彦,张庆军,沈毅.x射线衍射分析的实验方法[J].2004(08).

陕西省教育厅科研计划项目（2013JK0910）