تحقیق در مورد تولید پرتو x

word قابل ویرایش
33 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

 

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.
۱- 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 (فوتونهای کم انرژی) ادامه دارد. از نظر براش پرتو x ، این بخش از تابش لامپ معمولاً به عنوان زمینه در نظر گرفته می‌شود.

۲- 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 ۵۰۰ 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 (۱۰۰)، 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 ۱۸ 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 قله‌های 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 ۲۰ 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.

(ب) یک راه ممکن برای ثبت موقعیت‌ زاویه‌ای بازوی آشکارساز باری دستگاه Tel-x-Ometer ، به طور خاص بررسی شده است. از پتانسیومتر ظریف ۱۰ 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 ۱۰۰ درجه دوران می‌کند، محور‌های چرخ دهنده و پتانسیل سنج تقریباً ۹ 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 ۶ 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 ۱۹۷۴، 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 ۵‌درصد 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 ۱۹۷۴ اندازه‌گیری شد) و اکنون می‌دانیم که حالت مفید یک کوارک افسون و یاد ذره آن است.

همین ذره را تیمی از MTT-BNL (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 ۱۹۷۶ 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:‌

۱- 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.
۲- خطای مشاهده: مثلاً ، تأثیر اختلاف منظر در خواندن درجه‌بندی

۳- خطای مربوط به محیط: مثلاً ، ضعیف شدن برق که باعث می‌شود جریانهای اندازه‌گیری همواره کمتر باشد.
۴- 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 همواره اختلاف خواهند داشت.

اصولاً تجربه گر در پی شناسایی و حذف خطاهای سیستماتیک است.
خطاهای کاتوره‌ای، نوسانهای مثبت و منفی ای هستند که موجب می‌شوند تیمی از اندازه‌گیریها بیشتر و نیم دیگر کمتر از مقدار واقعی باشد. منشاء خطاهای کاتوره‌ای را همیشه نمی‌توان پیدا کرد. عوامل زیر می‌توانند منشاء خطاهای کاتوره‌ای باشند:

۱- خطای مشاهده:‌مثلاً‌ خطای مشاهده‌گر در تشخیص کوچکترین تقسیمات، هنگام خواندن درجه بندی دستگاه اندزاه‌گیری .
۲- خطای مربوط به محیط: برای مثال نوسانات غیر قابل پیش بینی ولتاژ برق شهری، دما یا نوسانات مکانیکی دستگاه.
برخلاف خطای سیستماتیک، خطای کاتوره‌ای را اغلب می‌توان به وسیله‌ تحلیل آماری، بررسی کمّی کرد و بنابراین تأثیر خطاهای کاتوره‌ای را بر کمیت یا قانون فیزیکی تحت بررسی، می‌توان معین کرد.

تفاوت بین خطای کاتوره‌ای و خطای سیستماتیک را می‌توان با مثال زیر روشن کرد. فرض کنید اندازه‌گیری کمیتی فیزیکی پنج بار تحت شرایط مشابه تکرار شود. اگر فقط خطای کاتوره‌ای در کار باشد، پنج مقدار اندازه‌گیری شده، حول و حوش مقدار واقعی پراکنده خواهند بود: بعضی بیشتر و بعضی کمتر از مقدار واقعی خواهند بود چنانکه در شکل م – ۲ الف نشان داده شده. اگر علاوه بر خطای کاتوره‌ای خطای سیستماتیک هم وجود داشته باشد، پنج مقدار اندازه‌گیری شده چنانکه در شکل م–۲ب نشان داده شده حول و حوش مقدار دیگری غیر از مقدار واقعی پراکنده خواهند بود.

 

خطای مطلق و خطای نسبی :
قبلاً گفته شد که در هر حال خطا در اندازه‌گیری موجود است، که این خطا یا مطلق است و یا نسبی .
اگر نتیجه اندازه گیری برای کمیتی به x نمایش داده شود و اندازه حقیقی آن کمیت که برای ما غیر معلومن است فرض شود تفاضل این دو مقدار یعنی:

اشتباه مطلق اندازه‌گیر نامیده می‌شود.
نسبت قدر مطلب اشتباه مطلق باندازه و حقیقی کمیت (اندازه استاندارد) را که می‌توان اختیار کرد خطا یا اشتباه نسبی می‌نامند.
میانگین اندازه‌گیریها و درصد خطای آزمایش:
۱- میانگین اندازه گیری چیست؟

اگر نتایج اندازه‌گیری یک کمیت را که در دفعات مکرر انجام شده است به نمایش دهیم مقدار متوسط عددی این نتایج یعنی :

را می‌توان اندازه آن کمیت اختیار کرد و بزرگترین مقادیر و و و … و را اشتباه یا خطای ماکزیمم گویند.
باید متذکر شد هنگامی که یک یا چند اندازه‌گیری از مقدار متوسط اختلاف اتفاقی قابل ملاحظه داشته باشد در محاسبات مربوط باشتباهات،‌ اشتباه متوسط را در نظر می‌گیرند و اشتباه متوسط عبارت از واسطه عددی مقادیر مطلق و و و … و است.

۲- درصد اشتباه یا خطا:
هنگامی که با یک وسیله و در شرایط مشابه، یک عمل اندازه‌گیر تکرار شود نتایج حاصله در اثر اشتباه اتفاقی اختلاف پیدا می‌کند. مثلاً‌ اگر جرم حجمی جسم را بخواهیم با دقت در حدود یک گرم اندازه بگیریم در تمام اندازه‌گیریهای مکرر عددی مانند ۲۵ گرم بدست می‌آید. ولی اگر بخواهیم با دقت ۰۱/۰ گرم اندازه‌ بگیریم ممکنست نتایجی از قبیل ۲۹/۲۵ و ۲۸/۲۵ و ۲۷/۲۵ و ۲۹/۲۵ و ۲۸/۲۵ و ۲۷/۲۵ گرم بدست بیاید. اختلاف این نتایج با اندازه حقیقی اشتباه اتفاقی نامیده می‌شود. اگر بدفعات متعدد آزمایش تکرار شود اغلب نتایج در حول یک مقدار متوسط اختلاف قابل ملاحظه‌ داشته باشد. مثلاً در مثال فوق دیده می‌شود که نتایج حول مقدار ۲۸/۲۵ است.

اگر اندازه دقیق و استاندارد مورد نظر ۲۸/۲۵ باشد پس اشتباهی در حدود داریم که درصد اشتباه چنین حساب می‌شود.
درصد اشتباه
پس خطای درصد را چنین تعریف می‌‌کنیم.
درص خطا
باید متذکر شد هر وقتیکه خطای درصد را حساب نمودید، نوع خطا را نیز مشخص نمائید.

کاربرد نمودار در آزمایشگاه و نحوه رسم نمودار:
هنگام کار در آزمایشگاه معمولاً رسم بر آنست که به منظور تعیین جواب صحیح آزمایش را چند بار تکرار کنند ودر نهایت با میانگین گیری حول مقادیر بدست آمده از آزمایش نتیجه را به عنوان نتیجه آزمایش بپذیریم در این صورت هر چه تعداد دفعاتی که آزمایش انجام می‌پذیرد بیشتر باشد جواب به مقدار واقعی نزدیکتر خواهد بود.

در چنین وضعیتی با یک سری عملیات ریاضی تکراری و مجموعه‌‌ای از جوابها سر و کار خواهید داشت که نتیجه‌گیری و وقت گیر خواهد بود.
بدین منظور بهتر آنست که با انتخاب چند نمونه جواب و رسم نمودار با سرعت بیشتری به نتیجه‌ای که به دنبالش هستیم نائل شویم.
در آزمایشها با تغییر یکی از کمیتها (متغیر) مقدار کمیتها دیگر (تابع) را بدست آورده و در جدول ثبت می‌نمائیم و معمولاً‌ از دستگاه مختصات دکارتی استفاده کرده و متغیر‌ها را روی یک محور (مثلاً x) و توابع متناظر را روی محور دیگر (مثلاً y) نقطه‌یابی و نقاط را به یکدیگر متصل می‌کنیم.
لازم به ذکر است که لزومی ندارد خط رسم شده از کلیه نقاط عبور کند بلکه کافیست یک خط اکستریمم باشد و چنانچه چند نقطه در زیر خط و چند نقطه در بالای خط مورد نظر قرار گیرند شرط آنکه آن منحنی بهترین منحنی باشد اینست که:

یعنی تفاضل مجموع فواصل نقاط بالای خط تا خط و مجموع فواصل نقاط پایین خط تا خط حداقل مقدار ممکن باشد.

آزمایش تولید پرتوایکس:
مقدمه:
در اثر فوتوالکتریک، یک فوتون تمام انرژی الکترومغناطیسی خود را به یک الکترون مفید منتقل می‌کند، انرژی فوتون به صورت انرژی بستگی و انرژی جنبشی فوتوالکترون ظاهر می‌شود. عکس اثر فوتوالکتریک بدین صورت است که الکترونی انرژی جنبشی خود را از دست بدهد و در این جریان یک یا چند فوتون بیافریند. این فرآیند در پرتو x به واضحترین نحو مشاهده می‌شود.

نخست آن فرآیند بنیادیی را که هنگام نزدیک‌شدن یک الکترون سریع به یک اتم و انحراف آن توسط هسته با بار مثبت رخ می‌دهد بررسی می‌کنیم. الکترون تحت تأثیر نیروی ناشی از برخورد نزدیک با اتم سنگین از مسیر مستقیم خود منحرف می‌شود. یعنی شتاب می‌گیرد. نظریه کلاستیک الکترومغناطیسی پیشگویی می‌کند که هر بار الکتریکی شتابداری انرژی الکترومغناطیسی پیشگویی می‌کند که هر بار الکتریکی شتابداری انرژی الکترومغناطیسی تابش می‌کند. نظریه کوانتومی ایجاب می‌کند که هر انرژی الکترومغناطیسی تابش شده‌ای شامل کوانتومهای گسسته با فوتونها باشد. در این صورت انتظار می‌رود که الکترون منحرف شده و یک یا چند فوتون تابش کند و محل برخورد را با انرژی جنبشی کمتر از آنچه داشت ترک کند.

تابشی را در چنین برخوردی تولید می‌شود اغلب تابش ترمزی به طور طرح‌وار در شکل (۱) نشان داده شده است . که در آن الکترونی با انرژی جنبشی Ek1 به اتم منحرف کننده نزدیک و پس از تولید تک فوتونی با انرژی hv با انرژی از آن دور می‌شود. قانون بقای انرژی ایجاب می‌کند که:‌ چون جرم اتم حداقل ۲۰۰۰ مرتبه از جرم الکترون بزرگتر است از انرژی خیلی کوچک اتم پس زن صرفنظر کرده‌ایم. در حالیکه نظریه الکترومغناطیسی کلاسیک برای مدتی که الکترون شتاب می‌گیرد تابش پیوسته‌ای را پیشگویی می‌کند، نظریه کوانتومی مستلزم تابش تک فوتونهای گسسته است. آنچه در فرآیند تابش ترمزی رخ می‌دهد آشکارا در تولید فوتونهای پرتو x نیر دیده می‌شود.

پرتو‌های x برای نخستین بار در سال ۱۸۹۵ توسط ویلهلم رونتگن کشف و بررسی شدند. چون در آغاز طبیعت واقعی این تابش ناشناخته بود، رونتگن نام x را برای این پرتو‌ها انتخاب کرد. اکنون معلوم شده است که پرتو‌های x شامل امواج الکترومغناطیسی یا فوتونها، با طول موج حدود هستند. به طور تجربی تأیید شده است که پرتو‌های x پدیده‌های موجی تداخل، پراش و قطبی‌ شدن را نمایش می‌دهند. از آنجا که این پرتو‌ها به آسانی از موادی که برای نور مرئی کدرند عبور می‌کنند و چون طول موج پرتو‌ x از طول موجهای نور مرئی خیلی کوتاهتر است، این آزمایشها مستلزم ابتکار قابل ملاحظه‌ای هستند.

قستمهای اساسی یک لامپ ساده پرتو x در شکل (۲) نشان داده شده‌اند. جریان الکتریکی با عبور از رشته F باعث گرم شدن کاتد c می‌شود و به الکترونهای موجود در آن انرژی جنبشی کافی می‌دهد تا بتواند بر بستگی خود به سطح کاتد غلبه کنند و در گسیل گرما یونی‌ رها شوند. سپس الکترونها در خلاء به وسیله اختلاف پتانسیل الکترواستاتیکی بزرگ v (نوعاً‌ چندین هزار ولت) شتاب می‌گیرند و به هدف T که آند است برخورد می‌کنند. هر الکترون هنگام رفتن از

کاتد به آندو قبل از برخورد به هدف انرژی جنبشی به دست می‌آورد: که در آن e بار الکترون است. از انرژی جنبشی الکترون هنگام ترک کاتد چشمپوشی می‌کنیم. زیرا این انرژی نوعاً خیلی کمتر از eV است. وقتی الکترون با هدف برخورد می‌کند انرژی اضافی بدست می‌آورد. این انرژی الکترون را به سطح هدف پیوند می‌دهد از آنجا که همواره انرژی بستگی فقط چند الکترون ولت است، و لاقل چندین هزار الکترون ولت است بدرستی می‌‌توان از انرژی بستگی نیز صرفنظر کرد.

الکترونها هنگام برخورد به هدف سرعت خود را از دست می‌دهند و در برخورد‌ها تقریباً به حال سکون در می‌آیند. هر الکترون انرژی جنبشی خود را به دلیل اصابت با هدف از دست می‌دهد. قسمت عمده‌ این انرژی به صورت انرژی گرمایی در هدف ظاهر می‌شود، ولی علاوه بر این، تولید تابش الکترومغناطیسی از طریق فرآیند تابش ترمزی نیز وجود دارد. هر الکترونی که با هدف برخورد می‌کند امکان دارد که با اتمهای هدف تعدادی برخورد تابش ترمزی انجام دهد و بدین وسیله تعدادی فوتون تولید کند. اما بر انرژیترین فوتونها توسط الکترونی تولید می‌شود که وقتی در برخورد حال سکون در می‌آید تمامی انرژی خود را به انرژی الکترومغناطیسی یک تک فوتون تبدیل کند. بنابراین و و رابطه به صورت زیر در می‌آید:

که در آن بسامد بیشینه فوتونهای پرتو x تولید شده است. بیشتر الکترونها در برخورد با هدف، با گرم کردن آن یا با تولید دو و یا چند فوتون، انرژی خود را از دست می‌دهند، در آن صورت مجموع بسامد‌های این فوتونها از کمتر خواهد بود آنگاه انتظار‌ می‌رود که توزیع انرژیهای فوتون با یک بسامد بیشینه مشخص یا با یک طول موج کمینه بدین صورت بیان شود:

توجه کنید که این معادله با معادله مربوط به اثر فوتوالکتریک وقتی که انرژی بستگی چشمپوشی شود، هم ارز است.
شکل (۳) تغییر شدت پرتو‌های x گسیل شده را بر حسب بسامد تحت شرایط کلی نشان می‌دهد. در طیف پیوسته پرتو x دو حدود یک قطع ناگهانی پدیدار می‌شود این حد فقط توسط پتانسیل شتابدهنده V لامپ پرتو x تعیین می‌شود. با استفاده از رابطه و اندازه‌گیریهای همزمان و V، می‌توان hc/e را به دقت قابل ملاحظه‌ای تعیین کرد. مقداری که برای ثابت h پلانک حاصل می‌شود با مقادیری که از آزمایشهای اثر فوتوالکتریک و دیگر آزمایشها نتیجه می‌شود توافق کامل دارد.
افزایشهای تیز با قله‌هایی که طول موج آنها مشخصه ماده هدف است بر روی طیف پیوسته شدت نهاده و شده‌اند. توضیح ا ین خطوط مشخصه پرتو x را باید در توصیف کوانتومی ساختار اتمی ماده یافت. وقتی ولتاژ شتابدهنده v‌تغییر کند، ولی ماده هدف تغییر نکند، حد طیف پیوسته پرتو x‌ تغییر می‌کند ولی بسامد‌های مشخصه آن تغییر نمی‌کنند، برعکس، وقتی ماده هدف تغییر کند ولی ولتاژ شتابدهنده تغییر نکند طیف مشخصه پرتو x تغییر می‌کند ولی حد طیف پیوسته آن تغییر نمی‌کند.
معلوم شده است که فقط اگر پتانسیل شتابدهنده، V ، از مرتبه V، ۱۰۰۰۰۰ یا بیشتر باشد تولید پرتو x‌ به طور قابل توجهی رخ خواهد داد. حتی در ۱۰ kv ، (با استفاده از رابطه ، است) مقداری کمتر از یک درصد از انرژی کل به شکل تابش الکترومغناطیسی ظاهر می‌شود، باقیمانده به صورت انرژی گرمایی در هدف پدیدار می‌شود.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 33 صفحه
87,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد