Αλληλεπίδραση ακτίνων-χ με την ύλη

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Αλληλεπίδραση ακτίνων-χ με την ύλη"

Ξάνθη Αντωνόπουλος
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Αλληλεπίδραση ακτίνων-χ με την ύλη Δ. Αναγνωστόπουλος Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων

2 Στόχοι μαθήματος Τι είναι οι ακτίνες-χ ; Μηχανισµοί αλληλεπίδρασης φωτονίου µε το άτοµο. Πιθανότητα αλληλεπίδρασης. ιέλευση και απορρόφηση ακτίνων-χ από την ύλη. Νόµος Beer-Lambert. 2

3 Τι είναι οι ακτίνες-χ? Ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία Σωµάτιο - Φωτόνιο λ f = c h c Eϕ = Μήκη κύματος ακτίνων-χ λ 0.1 Å < λ < 100 Å keV Å = λ p ϕ = h λ 10 1 Å = 10 m 1eV = Joule 3

4 Ενέργεια και μήκος κύματος ακτίνων-χ 100 h c keV Å E ϕ = = λ λ Ενέργεια φωτονίου (kev) ,1 0, Μήκος κύµατος λ (Å) 4

5 Ένταση ακτίνων-χ I δέσµης = n E ϕ πλήθος φωτονίων n= χρόνο επιφάνεια 5

6 Αλληλεπίδραση ακτίνων-χ με την ύλη Μέσο μήκος εξασθένησης? x=?? Η αλληλεπίδραση των ακτίνων-χ µε την ύλη καθορίζεται από κανόνες πιθανοτήτων fl διαφορετικά µήκη απορρόφησης Το µήκος εξασθένησης εξαρτάται από: α) την ενέργεια του φωτονίου β) τον ατοµικό αριθµό του απορροφητή γ) την πυκνότητα του απορροφητή 6

πιθανοτήτων fl διαφορετικά µήκη απορρόφησης Το µήκος εξασθένησης εξαρτάται

7 Δεσμικές ενέργειες ηλεκτρονίων στο άτομο Δεσμικές ενέργειες ηλεκτρονίων 7

8 Αλληλεπίδραση ακτίνων-χ με άτομο Μηχανισµοί αλληλεπίδρασης Μηχανισµοί αλληλεπίδρασης Ποια η πιθανότητα να γίνει η : α) φωτοηλεκτρική απορρόφηση β) ελαστική σκέδαση γ) µη-ελαστική σκέδαση Από τι εξαρτάται αυτή η πιθανότητα ; 8

πιθανότητα να γίνει η : α) φωτοηλεκτρική απορρόφηση β)

9 Φωτοηλεκτρική απορρόφηση Ποια η κινητική ενέργεια του φωτοηλεκτρονίου? E = E +Ε ϕωτονίου δεσµική κινητική Φωτοηλεκτρική εξίσωση 9

10 Πιθανότητα φωτοηλεκτρικής απορρόφησης Κ στοιβάδα Lστοιβάδα kev 2.31 kev 2.53 kev Zr (Z=40) 10 3 L Ενέργεια φωτονίου (kev) Πιθανότητα απορρόφησης (a.u.) Μαζικός συντελεστής απορρόφησης, cm 2 /g Μαζικός συντελεστής απορρόφησης, cm 2 /g Zr (Z=40) kev 10 2 K Ενέργεια φωτονίου (kev) 10

53 kev Zr (Z=40) 10 3 L 10 2 10 1 10 0 1 10 100 Ενέργεια φωτονίου (kev) Πιθανότητα απορρόφησης (a.u.

11 Ολική φωτοηλεκτρική απορρόφηση Μαζικός συντελεστής απορρόφησης, cm 2 /g kev 2.31 kev 2.53 kev Zr (Z=40) 18.0 kev M L K Ενέργεια φωτονίου (kev) Μηχανισµοί αλληλεπίδρασης 11

12 Φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτινών- Χ (XPS) 12

13 Διάταξη φωτοηλεκτρονίων 13

14 Ελαστική σκέδαση 14

15 Περίθλαση ακτίνων-χ LiF Anatase Σχετική ένταση NaCl 600 Σχετική ένταση Rutile Γωνία σκέδασης (µοίρες) Γωνία σκέδασης (µοίρες) Μηχανισµοί αλληλεπίδρασης 15

50 60 70 80 90 Rutile 400 600 200 400 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Γωνία σκέδασης

16 Ποσοτική περιγραφή της πιθανότητας αλληλεπίδρασης Μαζικός συντελεστής εξασθένησης µ m (, ) f E Z ϕ Εκφράζει την πιθανότητα αλληλεπίδρασης φωτονίου µε το άτοµο Εξαρτάται από την ενέργεια του φωτονίου Εξαρτάται από τον ατοµικό αριθµό του ατόµου Μονάδες : επιφάνεια/µάζα (cm 2 /g) 16

φωτονίου µε το άτοµο Εξαρτάται από την ενέργεια του φωτονίου

17 Πιθανότητα αλληλεπίδρασης συναρτήσει της ενέργειας του φωτονίου Άτομο ζιρκονίου 17 Πιθανότητα απορρόφησης ª Μαζικός συντελεστής απορρόφησης

18 Πιθανότητα αλληλεπίδρασης συναρτήσει του ατομικού αριθμού Ενέργεια φωτονίου 17.4 kev 18 Πιθανότητα απορρόφησης ª Μαζικός συντελεστής απορρόφησης

19 Βάση δεδομένων συντελεστών απορρόφησης 19

20 Βάση δεδομένων (άσκηση) 20

21 Μαζικός συντελεστής εξασθένησης σύνθετης ύλης A B C µ = w µ + w µ + w µ +... m A m B m C m Οι συρόμενες θυρίδες της συσκευής ακτίνων-χ του εργαστηρίου είναι κατασκευασμένες από μολυβδύαλο. Η κατά βάρος σύσταση του μολυβδύαλου είναι: Ο 15.6%, Si 8.1%, Τi 0.8%, Pb 75.5%. Να υπολογισθεί ο μαζικός συντελεστής εξασθένησης φωτονίου ενέργειας 30 kev. Δίνεται ότι για φωτόνιο ενέργειας 30 kev οι μαζικοί συντελεστές εξασθένησης των στοιχείων O, Si, Ti και Pb είναι0.38,1.44,4.97και30.3cm 2 /g,αντίστοιχα. µ = w µ + w µ + w µ + w µ µ µολυβδ ύ αλος O Si Ti Pb m O m Si m Ti m Pb m = cm g µολυβδύαλος 2 m = 23.1cm g Για ακτινοβολία μήκους κύματος λ=0.711 Å, οι μαζικοί συντελεστές εξασθένησης του Κ, Ι, Ηκαι Ο είναι 16.7,39.2,0.0, 1.5 cm 2 /g, αντίστοιχα. Ναυπολογίσετε το μαζικό συντελεστή εξασθένησηςδιαλύματοςπουπροέκυψεαπότηνανάμιξη8.0gkiμε92gνερού.δίνονται ταατομικάβάρητουκ,ι,ηκαιοίσαμε 39.1,126.9, 1.0,και 16.0,αντίστοιχα. 21

22 Απορρόφηση από την ύλη I P δ I 0 f (?) δ = = 22

23 Νόμος Beer-Lambert P δ Ολοκληρωτική µορφή I δ = I 0 e µ ρ m x ιαφορική µορφή = m dp µ ρ a dx Πιθανότητα διέλευσης P δ (x) 1,0 1,0 0,9 P α 0,9 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 P 0,3 δ 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0,0 0, Μήκος διείσδυσης x (µονάδες µήκους) 23 Πιθανότητα αλληλεπίδρασης P α (x)

24 Νόμος Beer-Lambert (άσκηση) 24

25 Μέσο μήκος διείσδυσης Μήκος εξασθένησης x = 1 µ ρ m Το µήκος εξασθένησης εξαρτάται από: α) την ενέργεια του φωτονίου β) τον ατοµικό αριθµό του απορροφητή γ) την πυκνότητα του απορροφητή 25

26 Μήκος εξασθένησης (άσκηση) 26

27 Ακτινογραφία ακτίνων-χ 27

28 3-D τομογραφία Frog-3Da Frog-3Db 28

29 Απορρόφηση ακτίνων-χ στον αέρα 29

Σχετικά έγγραφα

Άνθρωπος και οικοσυστήµατα

ΤΡΙΤΟ ΚΕΦΛΙΟ Άνθρωπος και οικοσυστήµατα. Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής Επιλέξετε τη σωστή από τις παρακάτω προτάσεις, θέτοντάς την σε κύκλο. 1. Η ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙ ΠΡΟΣΤΣΙΣ ΤΟΥ ΠΕΡΙΛΛΟΝΤΟΣ καθορίζεται α) από τη