Subversion Repositories svnkaklik

Rev

Rev 928 | Go to most recent revision | Only display areas with differences | Ignore whitespace | Details | Blame | Last modification | View Log

Rev 928 Rev 944
1
\documentclass[12pt,notitlepage,fleqn]{article}
1
\documentclass[12pt,notitlepage,fleqn]{article}
2
 
2
 
3
\usepackage[czech]{babel}
3
\usepackage[czech]{babel}
4
\usepackage[pdftex]{graphicx}
4
\usepackage[pdftex]{graphicx}
5
\usepackage{fancyhdr,multicol} %nastavení češtiny, fancy, grafiky, sloupce
5
\usepackage{fancyhdr,multicol} %nastavení češtiny, fancy, grafiky, sloupce
6
\usepackage[utf8]{inputenc} %vstupni soubory v kodovani UTF-8
6
\usepackage[utf8]{inputenc} %vstupni soubory v kodovani UTF-8
7
\usepackage[a4paper,text={17cm,25cm},centering]{geometry} %nastavení okrajů
7
\usepackage[a4paper,text={17cm,25cm},centering]{geometry} %nastavení okrajů
8
\usepackage{rotating}
8
\usepackage{rotating}
9
 
9
 
10
% Here it is: the code that adjusts justification and spacing around caption.
10
% Here it is: the code that adjusts justification and spacing around caption.
11
\makeatletter
11
\makeatletter
12
% http://www.texnik.de/floats/caption.phtml
12
% http://www.texnik.de/floats/caption.phtml
13
% This does spacing around caption.
13
% This does spacing around caption.
14
\setlength{\abovecaptionskip}{2pt}   % 0.5cm as an example
14
\setlength{\abovecaptionskip}{2pt}   % 0.5cm as an example
15
\setlength{\belowcaptionskip}{2pt}   % 0.5cm as an example
15
\setlength{\belowcaptionskip}{2pt}   % 0.5cm as an example
16
% This does justification (left) of caption.
16
% This does justification (left) of caption.
17
\long\def\@makecaption#1#2{%
17
\long\def\@makecaption#1#2{%
18
\vskip\abovecaptionskip
18
\vskip\abovecaptionskip
19
\sbox\@tempboxa{#1: #2}%
19
\sbox\@tempboxa{#1: #2}%
20
\ifdim \wd\@tempboxa >\hsize
20
\ifdim \wd\@tempboxa >\hsize
21
#1: #2\par
21
#1: #2\par
22
\else
22
\else
23
\global \@minipagefalse
23
\global \@minipagefalse
24
\hb@xt@\hsize{\box\@tempboxa\hfil}%
24
\hb@xt@\hsize{\box\@tempboxa\hfil}%
25
\fi
25
\fi
26
\vskip\belowcaptionskip}
26
\vskip\belowcaptionskip}
27
\makeatother
27
\makeatother
28
 
28
 
29
 
29
 
30
\begin{document}
30
\begin{document}
31
 
31
 
32
\pagestyle{empty} %nastavení stylu stránky
32
\pagestyle{empty} %nastavení stylu stránky
33
\def\tablename{\textbf {Tabulka}}
33
\def\tablename{\textbf {Tabulka}}
34
 
34
 
35
\begin {table}[tbp]
35
\begin {table}[tbp]
36
\begin {center}
36
\begin {center}
37
\begin{tabular}{|l|l|}
37
\begin{tabular}{|l|l|}
38
\hline
38
\hline
39
\multicolumn{ 2}{|c|}{\Large \bfseries FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE \huge\strut} \\ \hline
39
\multicolumn{ 2}{|c|}{\Large \bfseries FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE \huge\strut} \\ \hline
40
\textbf{Datum měření:} {12.3.2011} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline
40
\textbf{Datum měření:} {12.3.2011} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline
41
\textbf{Pracovní skupina:} {2} & \textbf{Hodina:} {Po 7:30} \\ \hline
41
\textbf{Pracovní skupina:} {2} & \textbf{Hodina:} {Po 7:30} \\ \hline
42
\textbf{Spolupracovníci: Viktor Polák} {} & \textbf{Hodnocení:}  \\ \hline 
42
\textbf{Spolupracovníci: Viktor Polák} {} & \textbf{Hodnocení:}  \\ \hline 
43
\end{tabular}
43
\end{tabular}
44
\end {center}
44
\end {center}
45
\end {table}
45
\end {table}
46
 
46
 
47
\begin{center} \Large{Úloha 5: Studium rentgenových spekter Mo a Cu anody} \end{center}
47
\begin{center} \Large{Úloha 5: Studium rentgenových spekter Mo a Cu anody} \end{center}
48
 
48
 
49
\begin{abstract}
49
\begin{abstract}
-
 
50
V měření bylo zkoumáno spektrum měkkého rentgenového záření krystalovým spektrometrem. Jako zdroj záření byly využity dva typy anod, Mo a Cu. Záření bylo detekováno GM trubicí.   
50
\end{abstract}
51
\end{abstract}
51
 
52
 
52
\section{Úvod}
53
\section{Úvod}
53
\subsection{Zadání}
54
\subsection{Zadání}
54
\begin{enumerate}
55
\begin{enumerate}
55
 
56
 
56
\item V domácí přípravě vytvořte graf závislosti energie a vlnové délky záření na úhlu rozptylu na krystalu LiF. Vycházejte z tabulkových hodnot $h$ a $c$, mřížkovou konstantu krystalu berte jako $d = 201 pm$. Položte $n=1$\footnote{Pro pozorování maxim vyšších řádů než $n = 2$ by bylo třeba vzít krystal s menší mřížkovou konstantou, např. KBr.}. 
57
\item V domácí přípravě vytvořte graf závislosti energie a vlnové délky záření na úhlu rozptylu na krystalu LiF. Vycházejte z tabulkových hodnot $h$ a $c$, mřížkovou konstantu krystalu berte jako $d = 201 pm$. Položte $n=1$\footnote{Pro pozorování maxim vyšších řádů než $n = 2$ by bylo třeba vzít krystal s menší mřížkovou konstantou, např. KBr.}. 
57
\item Pomocí ručního ovládání rentgenové aparatury PHYWE změřte spektrum rentgenového záření měděné nebo molybdenové anody při napětí 35 kV. Volte skoky poloh G.-M. počítače po 1 stupni (otáčení krystalu spřažené s goniometrem), proud $0.8 - 1.0 \quad mA$. Počet fotonů zaznamenaných G.-M. počítačem v závislosti na energii nebo vlnové délce vyneste do grafu.
58
\item Pomocí ručního ovládání rentgenové aparatury PHYWE změřte spektrum rentgenového záření měděné nebo molybdenové anody při napětí 35 kV. Volte skoky poloh G.-M. počítače po 1 stupni (otáčení krystalu spřažené s goniometrem), proud $0.8 - 1.0 \quad mA$. Počet fotonů zaznamenaných G.-M. počítačem v závislosti na energii nebo vlnové délce vyneste do grafu.
58
\item Pomocí softwarového ovládání a odečítání dat změřte spektra měděné a molybdenové anody pro urychlovací napětí 15 kV, 19 kV, 22 kV a 30 kV. Volte skoky poloh G.-M. počítače po $0.25 ^\circ$ nebo jemněji, nastavte nejvyšší možný proud. Označte maxima charakteristického záření pro oba materiály, spočítejte jejich energii a srovnejte je s tabulkovými hodnotami. Měření pro všechna napětí na dané anodě vynášejte do jednoho\footnote{Tj. získáte dva grafy - jeden pro molybdenovou a druhý pro měděnou anodu.} grafu v~závislosti na energii nebo vlnové délce. 
59
\item Pomocí softwarového ovládání a odečítání dat změřte spektra měděné a molybdenové anody pro urychlovací napětí 15 kV, 19 kV, 22 kV a 30 kV. Volte skoky poloh G.-M. počítače po $0.25 ^\circ$ nebo jemněji, nastavte nejvyšší možný proud. Označte maxima charakteristického záření pro oba materiály, spočítejte jejich energii a srovnejte je s tabulkovými hodnotami. Měření pro všechna napětí na dané anodě vynášejte do jednoho\footnote{Tj. získáte dva grafy - jeden pro molybdenovou a druhý pro měděnou anodu.} grafu v~závislosti na energii nebo vlnové délce. 
59
 
60
 
60
\item Za použití dříve naměřených spekter určete přibližně hodnotu Planckovy konstanty. Z~Braggovy rovnice plyne
61
\item Za použití dříve naměřených spekter určete přibližně hodnotu Planckovy konstanty. Z~Braggovy rovnice plyne
61
\begin{equation} \sin \vartheta \quad = \quad \frac{hc}{2dE} \end{equation}
62
\begin{equation} \sin \vartheta \quad = \quad \frac{hc}{2dE} \end{equation}
62
kde $E$ je energie dopadajícího záření. Protože víte, jaká je maximální energie, kterou je ve~spektru možné nalézt ($E _{max} = eU$), a můžete určit úhel, na kterém spektrum končí, lze hodnotu $h$ dopočítat, znáte-li velikosti ostatních konstant. Lze postupovat následovně. Výše uvedenou rovnici lze upravit na tvar
63
kde $E$ je energie dopadajícího záření. Protože víte, jaká je maximální energie, kterou je ve~spektru možné nalézt ($E _{max} = eU$), a můžete určit úhel, na kterém spektrum končí, lze hodnotu $h$ dopočítat, znáte-li velikosti ostatních konstant. Lze postupovat následovně. Výše uvedenou rovnici lze upravit na tvar
63
\begin{equation} \sin \vartheta \quad = \quad \frac{hc}{2de} \frac{1}{U} \end{equation}
64
\begin{equation} \sin \vartheta \quad = \quad \frac{hc}{2de} \frac{1}{U} \end{equation}
64
kde $U$ je urychlovací napětí. Vynesete-li do grafu hodnoty $\sin \vartheta$ v závislosti na $1/U$, získáme body, které by teoreticky měly ležet na přímce. Proložíme-li vynesené hodnoty přímkou, pak z její směrnice
65
kde $U$ je urychlovací napětí. Vynesete-li do grafu hodnoty $\sin \vartheta$ v závislosti na $1/U$, získáme body, které by teoreticky měly ležet na přímce. Proložíme-li vynesené hodnoty přímkou, pak z její směrnice
65
\begin{equation} \sin \vartheta \quad = \quad a . \frac{1}{U} \qquad \qquad a \quad = \quad \frac{hc}{2de} \end{equation}
66
\begin{equation} \sin \vartheta \quad = \quad a . \frac{1}{U} \qquad \qquad a \quad = \quad \frac{hc}{2de} \end{equation}
66
získáme hodnotu Planckovy konstanty jako
67
získáme hodnotu Planckovy konstanty jako
67
\begin{equation} h \quad = \quad a\frac{2de}{c} \end{equation}
68
\begin{equation} h \quad = \quad a\frac{2de}{c} \end{equation}
68
Nalezenou konstantu $h$ srovnejte s tabulkovou hodnotou.
69
Nalezenou konstantu $h$ srovnejte s tabulkovou hodnotou.
69
\end{enumerate}
70
\end{enumerate}
70
 
71
 
71
%\begin{equation} f(t)=Ae^{-\delta t}sin \left( {\frac{2\pi}{T}t+\varphi} \right) + S^{1(2)} \end{equation}
72
%\begin{equation} f(t)=Ae^{-\delta t}sin \left( {\frac{2\pi}{T}t+\varphi} \right) + S^{1(2)} \end{equation}
72
 
73
 
73
\section{Experimentální uspořádání a metody}
74
\section{Experimentální uspořádání a metody}
74
 
75
 
75
\subsection{Teoretický úvod}
76
\subsection{Teoretický úvod}
76
Rozlišujeme dva typy vzniku rentgenového záření brzdné a charakteristické. Princip brzdného je založen na rychle letících elektronech, které při interakci s elektrickými poli atomů terče vyzařují svou energii ve formě elektromagnetického záření. Toto záření je spojité, protože zpomalující elektron může vyzářit jakoukoliv hodnotu energie avšak maximálně $eU$, kde $U$ je urychlovací napětí, spektrum brzdného záření je proto spojité a široké. Na rozdíl charakteristického záření, které je vytvářeno rychle letícími elektrony vyrážejícími z atomů anody elektrony v nižších hladinách. U~těch pak dochází k přechodu elektronů z vyšších slupek na ty nižší - prázdné a vyzařují tedy diskrétní spektrum záření.
77
Rozlišujeme dva typy vzniku rentgenového záření brzdné a charakteristické. Princip brzdného je založen na rychle letících elektronech, které při interakci s elektrickými poli atomů terče vyzařují svou energii ve formě elektromagnetického záření. Toto záření je spojité, protože zpomalující elektron může vyzářit jakoukoliv hodnotu energie avšak maximálně $eU$, kde $U$ je urychlovací napětí, spektrum brzdného záření je proto spojité a široké. Na rozdíl charakteristického záření, které je vytvářeno rychle letícími elektrony vyrážejícími z atomů anody elektrony v nižších hladinách. U~těch pak dochází k přechodu elektronů z vyšších slupek na ty nižší - prázdné a vyzařují tedy diskrétní spektrum záření.
77
 \\
78
 \\
78
Braggova rovnice pak popisuje rozptyl vzniklého rentgenového záření na krystalu. Podmínku pak můžeme zapsat rovnicí
79
Braggova rovnice pak popisuje rozptyl vzniklého rentgenového záření na krystalu. Podmínku pak můžeme zapsat rovnicí
79
 
80
 
80
\begin{equation} n\lambda = 2d \sin \vartheta. \end{equation}
81
\begin{equation} n\lambda = 2d \sin \vartheta. \end{equation}
81
 
82
 
82
Pro elektromagnetické vlny platí vztah
83
Pro elektromagnetické vlny platí vztah
83
 
84
 
84
\begin{equation} E  =  h \nu =  \frac{hc}{\lambda}, \end{equation}
85
\begin{equation} E  =  h \nu =  \frac{hc}{\lambda}, \end{equation}
85
 
86
 
86
z těchto dvou předešlých vztahů dosazením $n=1$, lze odvodit vztah 1.
87
z těchto dvou předešlých vztahů dosazením $n=1$, lze odvodit vztah 1.
87
 
88
 
88
\begin{figure}[htbp]
89
\begin{figure}[htbp]
89
\includegraphics[width=150mm]{angle_wavelenght.png}
90
\includegraphics[width=150mm]{angle_wavelenght.png}
90
\caption{Závislost odražené vlnové délky na úhlu difrakčního krystalu}
91
\caption{Závislost odražené vlnové délky na úhlu difrakčního krystalu}
91
\end{figure}
92
\end{figure}
92
 
93
 
93
\begin{figure}[htbp]
94
\begin{figure}[htbp]
94
\includegraphics[width=150mm]{angle_energy.png}
95
\includegraphics[width=150mm]{angle_energy.png}
95
\caption{Závislost odražené energie záření na úhlu natočení difrakčního krystalu}
96
\caption{Závislost odražené energie záření na úhlu natočení difrakčního krystalu}
96
\end{figure}
97
\end{figure}
97
 
98
 
98
 
99
 
99
 
100
 
100
\section{Výsledky a postup měření}
101
\section{Výsledky a postup měření}
101
 
102
 
102
\subsection{Manuální měření spektra Cu anody}
103
\subsection{Manuální měření spektra Cu anody}
103
Spektrum měděné anody jsme změřili nejdříve manuálně (ručním nastavováním úhlu detektoru a krystalu)
104
Spektrum měděné anody jsme změřili nejdříve manuálně (ručním nastavováním úhlu detektoru a krystalu). Pro úhly natočení krystalu 10-55$^\circ$ s krokem po 1$^\circ$. Urychlovací napětí jsme použili 35kV a katodový proud 0,8mA. Záření bylo detekováno GM trubicí. A intenzitní osa vykreslená v grafu proto má rozměr počet impulzů za 1s. 
104
 
105
 
105
\begin{figure}[htbp]
106
\begin{figure}[htbp]
106
\includegraphics[width=150mm]{Cu_manual.png}
107
\includegraphics[width=150mm]{Cu_manual.png}
107
\caption{Počet detekovaných fotonů za 1s manuálním měřením vzhledem k vlnové délce záření}
108
\caption{Počet detekovaných fotonů za 1s manuálním měřením vzhledem k vlnové délce záření}
108
\end{figure}
109
\end{figure}
109
 
110
 
110
 
111
 
111
\subsection{Automatické měření spekter}
112
\subsection{Automatické měření spekter}
112
Pro automatické měření spektra byly nastaveny parametry měření, proud rentgenkou 1mA, počáteční úhel 8$^\circ$, krok 0.2$^\circ$, konečný úhel detektoru 120$^\circ$, měřící interval 1,5s a provedli jsme čtyři měření pro několik urychlovacích napětí 15, 19, 22, 30kV. Pro oba typy materiálu Cu i Mo. Z naměřených hodnot jsme pro oba materiály vybraly charakteristické špičky a přiřadili jim tabulkové hodnoty energií. Dále jsme pro  maximlní energie záření určili $sin\theta$, které jsme v závislosti na $1/U$ fitovali přímkou. Z fitu jsme zjistili hodnotu Planckovy konstanty $h=(6,3\pm0.4)10^{-34}Js$.
113
Pro automatické měření spektra byly nastaveny parametry měření, proud rentgenkou 1mA, počáteční úhel 8$^\circ$, krok 0.2$^\circ$, konečný úhel detektoru 120$^\circ$, měřící interval 1,5s a provedli jsme čtyři měření pro několik urychlovacích napětí 15, 19, 22, 30kV. Pro oba typy materiálu Cu i Mo. Z naměřených hodnot jsme pro oba materiály vybraly charakteristické špičky a přiřadili jim tabulkové hodnoty energií. 
-
 
114
 
-
 
115
 
113
 
116
 
114
Naměřené hodnoty charakteristických peaků byly 9,3346 keV pro měděnou anodu a 18,268keV pro molybdenovou anodu. Jim odpovídající tabulkové hodnoty pravděpodobně jsou $E_cu$ =8,905 keV a $E_mo$=19,608 keV 
117
Naměřené hodnoty charakteristických peaků byly 9,3346 keV pro měděnou anodu a 18,268keV pro molybdenovou anodu. Jim odpovídající tabulkové hodnoty pravděpodobně jsou $E_cu$ =8,905 keV a $E_mo$=19,608 keV 
115
 
118
 
116
\begin{figure}[htbp]
119
\begin{figure}[htbp]
117
\includegraphics[width=150mm]{Mo.png}
120
\includegraphics[width=150mm]{Mo.png}
118
\caption{Počet detekovaných fotonů za 1s vzhledem k vlnové délce pro Molybdenovou anodu}
121
\caption{Počet detekovaných fotonů za 1,5s vzhledem k vlnové délce pro Molybdenovou anodu}
119
\end{figure}
122
\end{figure}
120
 
123
 
121
\begin{figure}[htbp]
124
\begin{figure}[htbp]
122
\includegraphics[width=150mm]{Cu.png}
125
\includegraphics[width=150mm]{Cu.png}
123
\caption{Počet detekovaných fotonů za 1s vzhledem k vlnové délce pro Měděnou anodu}
126
\caption{Počet detekovaných fotonů za 1,5s vzhledem k vlnové délce pro Měděnou anodu}
-
 
127
\end{figure}
-
 
128
 
-
 
129
Dále jsme pro  maximální energie záření ve spektru určili $sin\theta$, které jsme v závislosti na $1/U$ fitovali přímkou. Z fitu jsme zjistili hodnotu Planckovy konstanty $h=(4,69\pm0.8)10^{-34}Js$.
-
 
130
 
-
 
131
\begin{figure}[htbp]
-
 
132
\includegraphics[width=150mm]{planck.png}
-
 
133
\caption{Počet detekovaných fotonů za 1,5s vzhledem k vlnové délce pro Měděnou anodu}
124
\end{figure}
134
\end{figure}
125
 
135
 
126
 
136
 
127
\section{Diskuse}
137
\section{Diskuse}
128
 
138
 
129
\begin{enumerate}
139
\begin{enumerate}
130
\item V přípravě jsme vytvořili, grafy závislosti energie a vlnové délky rozptýleného záření v závislosti na úhlu od roviny mřížky krystalu. Grafy jsou přiloženy jako součást teoretického rozboru. 
140
\item V přípravě jsme vytvořili, grafy závislosti energie a vlnové délky rozptýleného záření v závislosti na úhlu od roviny mřížky krystalu. Grafy jsou přiloženy jako součást teoretického rozboru. 
131
 
141
 
132
\item Manuálním měřením jsme proměřili spektrum Cu anody při 35keV.
142
\item Manuálním měřením jsme proměřili spektrum Cu anody při 35keV.
133
 
143
 
134
\item Automatickým měřením řízeným z PC jsme proměřili rentgenová spektra Měděné a Molybdenové anody pro 15 kV, 19 kV, 22 kV a 30 kV.
144
\item Automatickým měřením řízeným z PC jsme proměřili rentgenová spektra Měděné a Molybdenové anody pro 15 kV, 19 kV, 22 kV a 30 kV.
135
 
145
 
136
\item Nalezením úhlu pro maximální energii záření a fitováním naměřených hodnot, jsme určili přibližnou hodnotu Planckovi konstanty, jako $h=(6,3\pm0.4)10^{-34}Js$.
146
\item Nalezením úhlu pro maximální energii záření a fitováním naměřených hodnot, jsme určili přibližnou hodnotu Planckovi konstanty, jako $h=(4,69\pm0.8)10^{-34}Js$.
137
 
147
 
138
\end{enumerate}
148
\end{enumerate}
139
 
149
 
140
 
150
 
141
 
151
 
142
\section{Závěr}
152
\section{Závěr}
143
 
153
 
144
Pomocí aparatury jsme změřili charakteristické spektrum rentgenového záření molybdenové a měděné anody. Z 
154
Pomocí aparatury jsme změřili charakteristické spektrum rentgenového záření molybdenové a měděné anody. Z 
145
naměřených hodnot jsme určili maxima a pomocí fitu zjistili hodnotu Planckovy konstanty $h=(6,3\pm0.4)10^{-34}Js$, tabulková hodnota je $h=(6.626)10^{-34}Js$. 
155
naměřených hodnot jsme určili maxima a pomocí fitu zjistili hodnotu Planckovy konstanty $h=(4,69\pm0.8)10^{-34}Js$, tabulková hodnota je $h=(6.626)10^{-34}Js$. 
146
 
156
 
147
\begin{thebibliography}{10}      %REFERENCE
157
\begin{thebibliography}{10}      %REFERENCE
148
\bibitem{zadani}{Zadání úlohy 5 - Rentgenová spektra}
158
\bibitem{zadani}{Zadání úlohy 5 - Rentgenová spektra}
149
{http://praktikum.fjfi.cvut.cz/mod/resource/view.php?id=194}
159
{http://praktikum.fjfi.cvut.cz/mod/resource/view.php?id=194}
150
\end{thebibliography}
160
\end{thebibliography}
151
 
161
 
152
\end{document}
162
\end{document}