دانلود مقاله تولید پرتو x

- تولید پرتو x در این مجموعه آزمایش، براش براگ پرتو x و میکروموج از ساختارهای تناوبی بررسی خواهد شد.

در اینجا توضیحی کوتاه درباره تولید پرتوی x‌ای که استفاده می‌کنیم ارائه می‌دهیم.

شکل زیر طراحی از از لامپ‌ پرتو x است.

الکترونها از کاتد داغ، گسیل گرمایونی می‌شوند: این کاتد دارای اختلاف پتانسیل زیاد V با آند هدف است.

در پی برخورد الکترونها به آند، پرتو x با توزیع شدت طیفی شبیه به آنچه که در شکل زیر آمده گسیل می‌شود.

این طیف شامل دو بخش اساسی است.

طیف تابشی پوسته و پهن که تابش ترمزی خوانده می‌شود و به علت کند‌شدن ناگهانی الکترونها پس از برخورد با آن به وجود می‌آید.

طیف این تابش از طول موج کمینه که طول موج فوتونی حامل همه انرژی جنبشی الکترون فرودی روی آند، شروع می‌شود و با کاهش شدت تا طول موجهای بلند (فوتون های کم انرژی) ادامه دارد.

از نظر براش پرتو x ، این بخش از تابش لامپ معمولاً به عنوان زمینه در نظر گرفته می‌شود.

روی طیف پیوسته تابش ترمزی مجموعه‌ای از خطوط تقریباً تکفام پرتو x قرار دارد که بیانگر ساختار اتمی اتمهای آند است.

به چگونگی تولید این تابش مشخصه در شکل زیر اشاره شده است.

الکترون پر انرژی به آند برخورد م‌کند و یکی از از الکترونهای پسوته دخلی یکی از اتمهای آند را به بیرون پرتاب می کند.

فوتون پرتو x وقتی گسیل می‌شود که این جایگاه تهی با گذار الکترونی از پوسته انرژی بالاتر پر شود.

این فرآیند را می‌توان در نمودار انرژی مانند آنچه در شکل آمده نشان داد.

این شکل، نمایش انرژی اتمی است که در پوسته ای معنی جایگاهی تهی دارد و همه گذارهای مجاز را نیز نمایش می دهد و نامگذاری خطهای مختلف از نام حالتهای اولیه و نهایی گذارها گرفتته شد و در شکل (*) آمده است.

توجه کنید که بر هم کنش اسپین مدار همراه با دیگر پدیده‌های نسبیتی ترازهای انرژی پوسته‌های مختلف را بر حسب عدد کوانتومی که مشخص کننده تکانه زاویه‌ای کل است چند شاخه می‌کند.

مثلاً خط در حقیقت ترازی چند تایی است که از دو خط () تشکیل شده که در پراش پرتو x به ندرت از یکدیگر قابل تمیزاند.

تابش مشخصه بالا به علت تکفام بودن در پراش پرتو x بسیار مفید است.

در این آزمایش، از آند Cu استفاده می‌کنید که خطهای گسیلی مهم آن و است.

طول موجی که برای تابش داده شده میانگین مؤثر تراز دوتایی است.

شدت تابش از مس تقریباً شش بار از شدت تابش با فیلتر مناسب حذف شود، تعبیر الگوی پراش ساده‌تر می‌شود.

فیلتر مناسب برای خطهای K مس، ورقه Ni است که در (به دلیل جذب فوتوالکتریک) لبه جذب دارد به طوری که طول موجهای کوتاهتر از آن جذب می‌شوند.

مثلاً ورقه نیکل به ضخامت اگر به صورت فیلتر K مس استافده شود، باریکه‌ای به وجود می‌آورد که شدت مؤلفه در آن 500 بار از شدت مولفه بیشتر است.

براش براگ پرتو x توجه :‌همانند سایر تابشهای یوننده، باید از پرتوگیری غیر لازم بدن احتراز کرد.

هنگام کار لامپ پرتو x باید حفاظی مناسب در برابر پرتو‌های پراکنده شده قرار گیرد (برای Tel – x- Ometer حفاظ جزو تجهیزات استاندارد دستگاه است).

الف) تک بلور.

تک بلور NaCl را طوری روی پایه مخصوص پراش سنج نصب کنید که طرف (100)، آن طور که طرح آن در شکل آمده است.

موازی با صفحه پشتی پایه نصب باشد.

ولتاژ شتاب دهنده لامپ پرتو x را قرار دهید و شدت جریان را متناسب با توان لامپ انتخابی کنید تا آنچنان که در شکل آمده باریکه موازی شده پرتو x به سطح بلور برخورد کند.

روش کار براش سنج باید روش باشد یعنی به ازای چرخش پایه بلور به اندازه ‌ بازوی آشکار‌ساز یابد به اندازه حرکت کند تا زاویه‌های تابش و بازتاب را تغییر همچنان برابر بماند.

برای مقادیر در گستره حرکت براش سنج، شدت آشکار شده را بر حسب رسم کنید.

نمودار داده‌ها را رسم کنید.

همین اندازه‌گیری را با قراردادن ورقه Ni در برابر باریکه فرودی تکرار کنید.

ب) روش پودر (دبی – شرر) در نمونه پودری که از تعداد زیادی بلور‌کهای کوچک با راستا گزینی کاتوره‌ای تشکیل شده است هر مجموعه صفحه‌ای (hkl) در همه جهت‌های ممکن نسبت به باریکه فرودی پرتو x قرار می‌گیرد؛ این وضع در شکل نمایانده شده است.

به این ترتیب به ازای هر مجموعه شاخص‌های (hkl) شرط براگ یعنی معادله ‌ 18 همیشه برای تعداد کمی از بلورکهای صادق است:‌بدین معنی که به ازای هر مجموعه از صفحه‌های متناظر با ضریب ساختار غیر صفر، می‌توان در زاویه براگ برای این صفحه‌ها، یعنی زاویه ‌ نسبت به باریکه فرودی بازتابی آینه‌ای انتظار داش.

مکان هندسی این جهتها، مجموعه مخروطهایی است با تیمه زاویه رأس برابر که جهت باریکه فرودی، آن چنان که در شکل قبل آمده، محور مشترک آنها است.

اگر نوار استوانه‌ای فیلم عکاسی طوری قرار گیرد که قطر آن منطبق بر جهت باریکه ‌ فرودی باشد، زاویه‌ای براگ را می‌توان با اندازه‌گیری موقعیت‌ زاویه‌ای حلقه‌های تابش دیده به دست آورد.

در این آرایش که به نام دوربین پودری شناخته شده است، نمونه پودری را به شکل استوانه‌ای در می‌آورند و آن را عمود بر صفحه فیلم قرار می‌دهند به طوری که همه انعکاسها را بتوان روی صفحه عکاسی ضبط کرد.

اگر دوربین پودری در دسترس نباشد، با ثابت نگاه داشتن نمونه و لامپ‌ پرتو x و روییدن زاویه‌ها به آشکار ساز G-M ، می‌توان موقعیت زاویه‌ای بازتابشهای براگ را، آن چنان که در شکل قبل آمده است، به دست آورد.

برای تهیه نمونه، آن را در هاون چینی بسایید تا به صورت پودر ریزی درآید؛ مدتی صبر کنید تا رطوبت کافی از هوا جذب کند که بتوان آن را به صورت فشرده، روی لام شیشه‌ای میکروسکوپ قرار داد.

موقعیت زاویه‌ای قله‌ های پودر NaCl و KCl را، به همان روش بالا به دست آورید.

به ازای هر قله، زاویه براگ ؛ و مقدار را در جدولی بیاورید.

می‌تواند همه مقدارهای ممکن کوچکتر از 20 را اختیار کند.

آزمایش به کمک کامپیوتر آشنایی با آزمایش به کمک کامپیوتر آزمایش: رابط کامل بین کامپیوتر و طیف سنج پرتو x براگ باید شامل قسمتهای زیر باشد.

(الف) وسیله‌ای برای دستیابی به آهنگ شمارش آشکار ساز، (ب) وسیله‌ای برای ثبت موقعیت زاویه‌‌ای بازوی آشکار ساز، (ج) سازوکاری که به کمک آن کامپیوتر بتواند موقعیت زاویه‌ای بازوی آشکار ساز و / یا پایه بلور را بین اندازه‌گیریها به تدریج تغییر دهد.

(د) دستور‌های نرم افزاری برای رسم داده‌ها به طوری که موقعیت قله‌ها به دست آید.

درباره جزئیات نحوه اجرای (الف) و (ب) توضیح می‌دهیم: الف) مدار آماده سازی برای شمارش تپهای لامپ G-M به وسیله شمارنده / زمان‌سنج مناسب است.

هر تپ ورودی در انتها به تپ دیجیتال تبدیل می‌شود و به ورودی آنالوگ ADC می‌رسد.

الف) مدار آماده سازی برای شمارش تپهای لامپ G-M به وسیله شمارنده / زمان‌سنج مناسب است.

(ب) یک راه ممکن برای ثبت موقعیت‌ زاویه‌ای بازوی آشکارساز باری دستگاه Tel-x-Ometer ، به طور خاص بررسی شده است.

از پتانسیومتر ظریف 10 دور، به عنوان تقسیم کننده ولتاژ آن طور که در شکل زیر آمده است استفاده می‌شود و اتصال مرکزی آن به ورودی کارت ADC متصل است به طوری که موقعیت زاویه‌ای محور پتانسیل‌سنج به صورت دیجیتال قابل خواندن باشد.

پتانسیل سنج روی لبه متصل به چره گردان بازوی آشکار ساز سوار می‌شود، آنگاه محور پتانسیل سنج با لوله پلاستیکی کوتاهی به انتهای میله‌ای فلزی هم محور با چرخ گردان، به صورت مکانیکی جفت می‌شود.

وقتی که بازوی آشکار ساز سوار می‌شود، آنگاه محور پتانسیل سنج با لوله پلاستیکی کوتاهی به انتهای میله‌ای فلزی هم محور با چرخ گردان، به صورت مکانیکی جفت می‌شود وقتی که بازوی آشکار ساز 100 درجه دوران می‌کند، محور‌های چرخ دهنده و پتانسیل سنج تقریباً 9 دور می‌چرخند.

برای اینکه بیشترین دقت اندازه‌گیری به دست آید، باید ولتاژ‌های DC ، V1 و V2 را طوری تنظیم کرد که وقتی آشکار ساز همه گستره زاویه‌ای را می‌پیماید ولتاژ ورودی ADC هم همه گستره مجاز آن را بپوشاند.

اندازه‌گیریها و نرم افزارها نرم افزار‌ باید بتواند ولتاژ پتانسیل سنج را به زاویه‌ تبدیل کند، تپهای آشکار ساز را در هر موضع زاویه‌ای و به ازای زمان شمارش ثابت بشمارد.

اطلاعات را ذخیره کند و نمودار نتایج را رسم کند.

در شروع هر آزمایش، باید با قرار دان آشکار ساز در ابتدا و انتهای گستره زاویه‌ای، درجه‌گذاری انجام گیرد.

شمارش زمینه باید انجام شود و برای تصحیح داده‌ها از آن استفاده شود.

بیشینه آهنگ شمارش مجاز را، G-M و نرم‌افزار تعیین می‌کنند.

این آخرین نکته در بخش شمارش و تحلیل داده‌ها در انتهای آزمایش 6 بررسی شده است.

تحلیل خطا: اثبات هر قانون فیزیکی یا تعیین هر کمیت فیزیکی نیاز به اندازه‌گیری دارد.

آنچه را که از درجه بنید مثلاً ولت متر، زمان‌سنج یا خط‌کش خوانده می‌شود، می‌تون با زنجیره‌ای تحلیلی مستقیماً به کمیت یا قانون تحت بررسی ارتباط داد.

هر عدم قطعیتی در این اندازه‌گیریها منجر به عدم قطعیت در نتیجه نهایی خواهد شد.

اندازه‌گیری تنها، بدون بیان کمی عدم قطعیتی که در آن وجود دارد چندان مفید نیست.

بنابراین در هر درس روشهای اساسی آزمایشگاهی، واجب است که درباره سرشت عدم قطعیت در اندازه‌گیری و چگونگی محاسبه عدم قطعیت کمیت یا قانون تحت بررسی از روی عدم قطعیت موجود در دو یا چند اندازه‌گیری، صحبت کرد.

به این عدم قطعیتها، خطاهای تجربی می‌گویند و تحلیل مربوطه را، تحلیل خطا می‌خوانند.

ما بحث خود را درباره تحلیل خطا با یک داستان شروع می‌کنیم.

این داستان واقعی است چون قصه گفتن کار ما نیست.

اندازه‌گیری خطا و جایزه نوبل در سال 1974، تیم SLAC-LBL (شتابدهنده خطی استانفورد – آزمایشگاه لاؤرنس برکلی) سرگرم کاری تقریباً عادی بودند.

آنها بستگی سطح مقطع نابودی پوزیترون و الکترون را به انرژی، بررسی می‌کردند.

در این آزمایش پس از اینکه شتابدهنده انرژی الکترونها و پوزیترونها را در دستگاه مرکز جرم به چند گیگا الکترون – ولت یا کمتر می‌رساند، ذرات را در مسیر برخورد قرار می‌دادند.

در هر مرحله‌ انرژی کل را MeV 200 افزایش می‌دادند و سطح مقطع را اندازه‌گیری می‌کردند.

سطح مقطعی که اندازه‌گیری می‌شد معمولاً حدود (نانو بارن) بود تا آنکه برای انرژی مرکز جرم ، سطح مقطع اندازه‌گیری شد (بارن، به علامت b ، که در ابتدا نامی بود که به شوخی برای سطح مقطع «بزرگ» متر مربع انتخاب شده بود.

اکنون کیای رایج برای اندازه‌گیری سطح مقطع هسته‌ای شده است و تقریباً اندازه یک هسته است).

بیش از دو انحراف معیار با مقدار متوسط اختلاف دارد و چنانکه در بحث تحلیل خطا خواهید آموخت، احتمال اینکه اندازه‌گیری‌ای بیش از دو انحراف معیار با میانگین اختلاف داشته باشد، کمتر از 5‌درصد است.

فیزیکدان بی مبالات، ممکن است اندازه‌گیری منفردی را که بیش از دو انحراف معیار با میانگین فاصله دارد نادیده بگیرد و شاید کشفی بزرگ را از دست بدهد.

تیم SLAC-LBL این تک داده را نادیده نگرفت، بلکه سطح مقطع را در فاصله تا به دقت اندازه گرفت و هادرون سنگین جدیدی کشف کرد که در طبقه‌بندی سه کوارکی نمی‌گنجید.

جرم سکون این ذره جدید که آنها ذره خواندند، است (مقداری که در 1974 اندازه‌گیری شد) و اکنون می‌دانیم که حالت مفید یک کوارک افسون و یاد ذره آن است.

همین ذره را تیمی از MTT- (انستیتو تکنولوژی ماساچوست – آزمایشگاه ملی بروک هیون) همزمان کشف کرد و آن را ذره J نامیدند.

اکنون این ذره به ذره معروف است.

اشاره تاریخی جایزه نوبل سال 1976 به طور مساوی تقسیم شد بین برتون ریختر از آمریکا از شتابدهنده خطی استانفورد، استانفورد، کالیفرنیا و ساموئل سی سی تینگ از امریکا از انستیتوی تکنولوژی ماساچوست، کمبریج، ماساچوست برای پیشگامی آنان در کشف نوع جدیدی ذره سنگین نتیجه اخلاقی این داستان، ممکن است در پس آنچه در اول اندازه‌گیری کاذب به نظر می‌آید، جایزه‌ نوبل پنهان شده باشد.

بنابراین پیش از دور انداختن (اندازه‌گیری کاذب) کاوش کنید (اندازه‌گیریهای بیشتر انجام دهید).

انواع خطای آزمایش در جمع‌آوری داده‌ها دو نوع خطای تجربی، خطای سیستماتیک و خطای کاتوره‌ای ، موجب خطا در اندازه‌گیری کمیت مورد نظر می شود.

علت خطای سیستماتیک را می‌توان پیدا کرد و از لحاظ اصولی باید بتوان آن را حذف کرد.

این گونه خطا باعث می‌شود که مقادیری که اندازه‌گیری می‌شود همواره بیشتر با همواره کمتر از مقدار واقعی باشد.

خطای سیستماتیک چهار گونه می‌تواند باشد:‌ خطای دستگاه: مثلاً دستگاهی که خوب تنظیم نشده است، مانند دماسنجی که در آب در حال جوشیدن دمای را نشان می‌دهد و در مخلوط آب و یخ تحت فشار یک اتمسفر، دمای چنین دماسنجی همیشه دماها را بیش از مقدار واقعی اندازه‌گیری می‌کند.

خطای مشاهده: مثلاً ، تأثیر اختلاف منظر در خواندن درجه‌بندی خطای مربوط به محیط: مثلاً ، ضعیف شدن برق که باعث می‌شود جریانهای اندازه‌گیری همواره کمتر باشد.

خطای نظری: ناشی از ساده‌انگاریهای مدل یا تقریب‌هایی که در معادلات آن به کار رفته است.

مثلاً ارگ در آزمایشی نیروی اصطکاک وجود داشته باشد اما در نظریه این نیرو به حساب نیامده باشد، جوابهای نظری و تجربی