Выяснение природы шумовой составляющей полезного сигнала в зависимости от напряжения в сети электроснабжения спектрометра

Оглавление

Введение. 1

Формулировка задачи. 1

Описание метода EXAFS. 1

Описание установки. 3

Генератор излучения. 4

Блок регистрации сигнала. 4

Блок управления. 5

Описание принципа работы ионизационной камеры.. 5

Экспериментальная часть. 7

Особенности обработки данных. 8

Методика обработки данных. 8

Результаты и их обсуждение. 10

Эксперимент без образца, без рентгеновского излучения и без высокого напряжения на ионизационных камерах. 10

Эксперимент без образца, без рентгеновского излучения и с высоким напряжением на ионизационных камерах. 12

Эксперимент без образца, с рентгеновским излучением и с высоким напряжением на ионизационных камерах. 13

Ряд экспериментов с различными образцами, с рентгеновским излучением и с высоким напряжением на ионизационных камерах. 14

Выводы.. 15

Список использованной литературы.. 16

Введение

Формулировка задачи

В Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения (на базе Института Ядерной Физики СО РАН) функционирует станция EXAFS спектроскопии, основу которой составляет спектрометр, работающий на основе феномена модуляции дальней тонкой структуры рентгеновский спектров поглощения. Регистрируемые спектрометром данные (величины токов ионизационных камер), содержат шумовые составляющие. Природа некоторых шумовых составляющих до сих пор не была установлена. Выяснение природы шумовой составляющей полезного сигнала в зависимости от напряжения в сети электроснабжения спектрометра – задача настоящей курсовой работы.

Описание метода EXAFS

EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure) спектроскопия основана на рентгеновских спектрах поглощения. Общий вид зависимости интенсивности излучения прошедшего расстояние х через вещество атомной массы А и плотностью ρ к падающему на 1 квадратный сантиметр описанного вещества можно записать как

где m – масса вещества, через которое проходит излучение, – число Авогадро, – массовый коэффициент поглощения, обычно наблюдаемый в эксперименте, а – атомный коэффициент поглощения.

Атомный коэффициент зависит от природы поглощающего атома, т.е. Z, и длины волны λ поглощенного излучения

Здесь коэффициент С зависит от длины волны переходя через значения необходимые для ионизации соответствующих уровней ( где K,L и M , по принятым в данном разделе науки обозначениям, соответствуют различным главным квантовым числам n=1,2,3). Из формулы видно, что коэффициент поглощения монотонно растет, но при длинах волн равных длинам волн ионизации он резко падает. Это случается из-за скачка поглощения, вызванного ионизацией электронного уровня. Такие скачки называются краем поглощения (см. Рисунок 1).

Рисунок 1. Характерная зависимость коэффициента поглощения от длины волны падающего излучения на примере платины

На величину атомного коэффициента поглощения в той или иной области молекулы или кристалла влияет интерференция первичной и рассеянной волн. Изменение этого коэффициента в зависимости от энергии выбранного нами фотоэлектрона и обуславливает дальнюю тонкую структуру рентгеновского спектра поглощения вдали от края поглощения (см. Рисунок 2).

Рисунок 2. Спектр поглощения К-края оксида циркония кубической модификации

Интерференционные эффекты взаимодействия первичной и отраженной волн зависят, прежде всего, от взаимного расположенияатома, испустившего фотоэлектрон, и атомов, которые участвуют в рассеянии. Очевидно, что характер отражения электронной волны от окружающих атомов будет зависеть от их природы. Именно эти особенности EXAFS могут быть использованы для изучения геометрии ближнего порядка широкого класса объектов.

Реально наблюдаемая на экспериментальных кривых тонкая структура коэффициента рентгеновского поглощения является суммой осцилляционных вкладов от атомов, находящихся на разных расстояниях от атома, поглотившего рентгеновский квант атома (см. Рисунок 3).

Рисунок 3. Схема рассеяния фотоэлектрона на ближайшем окружении поглощающего рентгеновского кванта атома

Описание установки

Как и любой другой, EXAFS спектрометр состоит из основных частей: генератора излучения, блока регистрации сигнала и блока управления.

Источник излучения

В EXAFS-спектроскопии чаще всего применяется синхротронное излучение – излучение, возникающее при движении высокоэнергетических заряженных частиц в магнитном поле. Основными преимуществами такого излучения можно считать: непрерывность генерации, малую расходимость, благодаря которой легко получать высокую интенсивность, широту спектра и отсутствие в нем особенностей. Источником синхротронного излучения для спектрометра, рассматриваемого в данной работе, служит накопитель ВЭПП-3, функционирующий на базе Института ядерной физики СО РАН.

Блок регистрации сигнала

Излучение из генератора в первую очередь попадает на входной коллиматор, который вырезает часть пучка, соответствующую примерному углу монохроматора (см. Рисунок 4).