Modern fizika laboratórium



Hasonló dokumentumok
Modern Fizika Labor Fizika BSC

Modern Fizika Labor. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: A röntgenfluoreszcencia analízis és a Moseley-törvény

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 9. mérés: Röntgen-fluoreszcencia analízis április 22.

Modern Fizika Laboratórium Fizika és Matematika BSc 9. Röntgen-fluorerszcencia analízis

Magspektroszkópiai gyakorlatok

Modern Fizika Labor. 5. ESR (Elektronspin rezonancia) Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 25. A mérés száma és címe: Értékelés:

Modern fizika laboratórium

13. RÖNTGEN-FLUORESZCENCIA ANALÍZIS

Folyadékszcintillációs spektroszkópia jegyz könyv

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 5. mérés: Elektronspin rezonancia március 18.

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

Modern Fizika Labor. 21. PET (Pozitron Annihiláció vizsgálata) Fizika BSc. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: nov. 15.

Abszolút és relatív aktivitás mérése

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 12. mérés: Infravörös spektroszkópia május 6.

RÖNTGEN-FLUORESZCENCIA ANALÍZIS

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Röntgen-gamma spektrometria

Modern Fizika Labor. 12. Infravörös spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 04. A mérés száma és címe: Értékelés:

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Rugalmas állandók mérése

3. GAMMA-SUGÁRZÁS ENERGIÁJÁNAK MÉRÉSE GAMMA-SPEKTROMETRIAI MÓDSZERREL

Mikroszkóp vizsgálata Folyadék törésmutatójának mérése

Rugalmas állandók mérése

2. Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére


Modern Fizika Labor Fizika BSC

Az Amptek XRF. Exp-1. Experimeter s Kit. Biztonsági útmutatója

Elektronspin rezonancia

Gázolajok kéntartalmának meghatározása röntgen-fluoreszcenciás analitikai módszer alkalmazásával Bevezetés

Nehézségi gyorsulás mérése megfordítható ingával

Mikroszkóp vizsgálata és folyadék törésmutatójának mérése (8-as számú mérés) mérési jegyzõkönyv

Környezet nehézfém-szennyezésének mérése és terjedésének nyomon követése

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

RÖNTGENFLUORESZCENCIA ANALÍZIS

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

PROMPT- ÉS KÉSŐ-GAMMA NEUTRONAKTIVÁCIÓS ANALÍZIS A GEOKÉMIÁBAN I. rész

Modern Fizika Laboratórium Fizika és Matematika BSc 8. Alkáli spektrumok

A Mössbauer-effektus vizsgálata

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

A CSEPEL MŰVEK TALAJAINAK NEHÉZFÉM SZENNYEZETTSÉGE. Készítette: Szabó Tímea, Környezettudomány MSc Témavezető: Dr. Óvári Mihály, egyetemi adjunktus

Hőmérsékleti sugárzás

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (a) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 15. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Kutatási beszámoló február. Tangens delta mérésére alkalmas mérési összeállítás elkészítése

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Energia-diszperzív röntgen elemanalízis

Röntgen. W. C. Röntgen. Fizika-Biofizika

Röntgenanalitika. Röntgenradiológia, Komputertomográfia (CT) Röntgenfluoreszcencia (XRF) Röntgenkrisztallográfia Röntgendiffrakció (XRD)

Modern Fizika Laboratórium Fizika és Matematika BSc 12. Infravörös spektroszkópia

Prompt-gamma aktivációs analitika. Révay Zsolt

Sugárvédelmi és dozimetriai gyakorlatok. Rakyta Péter. Bornemisza Györgyné. leadás időpontja: május 9.

Anyagvizsgálati módszerek Elemanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

Kft. Audiotechnika Kft.

2. Rugalmas állandók mérése

Jegyzőkönyv. mágneses szuszceptibilitás méréséről (7)

Röntgensugárzás. Karakterisztikus röntgensugárzás

Theory hungarian (Hungary)

Modern fizika vegyes tesztek

Abszorpciós fotometria

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Modern Fizika Laboratórium Fizika BSc 6. Zeeman-effektus

Modellkísérlet szivattyús tározós erőmű hatásfokának meghatározására

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

Modern Fizika Labor. 17. Folyadékkristályok

A sugárzás és az anyag kölcsönhatása. A béta-sugárzás és anyag kölcsönhatása

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

Radiokémia. A) Béta-sugárzás mérése GM csővel

Gamma-spektrometria HPGe detektorral

Abszorpciós fotometria

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

NEUTRONAKTIVÁCIÓS ANALÍZIS (NAA) II. rész

Mérési jegyzőkönyv. 3. mérés: Röntgen-cső, emissziós spektrumok, abszorpció

Országos Szilárd Leó fizikaverseny II. forduló április 20. Számítógépes feladat. Feladatok

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése

Részecske- és magfizikai detektorok. Atommag és részecskefizika 9. előadás május 3.

3. RADIOAKTÍV MINTÁK AKTIVITÁSÁNAK MEGHATÁROZÁSA

Röntgendiagnosztikai alapok

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

Röntgensugárzás 9/21/2014. Röntgen sugárzás keltése: Röntgen katódsugárcső. Röntgensugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás

A TERMÉSZETES RADIOAKTIVITÁS VIZSGÁLATA A RUDAS-FÜRDŐ TÖRÖK- FORRÁSÁBAN

Pásztázó elektronmikroszkóp. Alapelv. Szinkron pásztázás

Mössbauer Spektroszkópia

Thomson-modell (puding-modell)

SZABADALMI LEÍRÁS SZOLGÁLATI TALÁLMÁNY

Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata

-A homogén detektorok közül a gyakorlatban a Si és a Ge egykristályból készültek a legelterjedtebbek.

GÁZIONIZÁCIÓS DETEKTOROK VIZSGÁLATA. Mérési útmutató. Gyurkócza Csaba

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Átírás:

Modern fizika laboratórium Röntgen-fluoreszcencia analízis Készítette: Básti József és Hagymási Imre

1. Bevezetés A röntgen-fluoreszcencia analízis (RFA) egy roncsolásmentes anyagvizsgálati módszer. Rövid idő alatt meg lehet állapítani az anyagminták összetételét. Ellentétben a kémiai módszerekkel ez nem hagy nyomot a mintán. A RFA módszer lényege, hogy valamely kis energiájú röntgen-, vagy gamma-sugárzással a minta atomjainak belső elektronjait kiütjük. Ilyenkor magasabb energiaszintről ugrik be egy elektron a lyukba és az atom a két nívó energiakülönbségének megfelelő energiájú karakterisztikus röntgensugárzást bocsát ki. A karakterisztikus röntgensugárzás tanulmányozása során az angol H. G. J. Moseley megfigyelte, hogy a sugárzás frekvenciájának négyzetgyöke arányos a rendszámmal. A laborgyakorlat során különböző anyagminták összetételét állapítottuk meg, megvizsgáltuk a Moseley-törvényt, illetve meghatároztuk egy levélminta ólomtartalmát. 2. A mérés leírása A mérőberendezés rajza az 1. ábrán látható. A detektor felé leárnyékolt gyűrű alakú gamma 1. ábra. A mérőberendezés. forrás fotonjai fotoeffektussal kilökik a mintát alkotó elemek K vagy L héjaiból az elektronokat. A keletkezett gerjesztett atomok legerjesztődése során megjelennek az egyes elemek 2

karakterisztikus röntgen-fotonjai, amelyek a Si(Li) félvezető detektorban fotoeffektussal az energiával arányos néhány µs hosszú impulzusokat hoznak létre. Az impulzusokat erősítés után amplitúdó szerint szétválogatjuk egy amplitúdó-analizátor segítségével és gyűjtjük a különböző amplitúdókhoz tartozó beütésszámokat. Adott detektor-beállítás esetén ismert energiájú vonalakat felvéve kimérhető a csúcshelyenergia függvény (kalibrálás), amely jó közelítéssel lineáris. Ennek ismeretében bármely amplitúdó értékhez meghatározható a karakterisztikus röntgensugárzás energiája, míg a csúcs nagyságából, a csúcs alatti területből a koncentrációra következtethetünk. 3. A mérés A mérés során használt detektorbeállítás a következő volt: Si(Li) nagyfeszültsége: KFKI 73186 tápegység U = - 500 V Tennelec 244 Gain : 50 x 6.0 Pile up off unimode gauss Peaking 3 us Unipol out Polarity: + MCA#: bemenet: AC Gate: Off 1024 csat. 0,1 activ sector Live time preset Gerjesztés: Am 241, 59.54 kev. 3.1. Kalibrálás A mérés megkezdése előtt elvégeztük a kalibrálást. A réz és az ón K α vonalát használtuk ehhez. csatornaszám K α (kev) réz 128 8.047 ón 398 25.270 1. táblázat. A kalibrálás. 3

A kalibrálási egyenes meredeksége és tengelymetszete rendre: m = 63.67 ev, (1) b = 71.04 ev (2) 3.2. A vizsgált minták A mérés során több, pasztilla alakú mintát vizsgáltunk, melyeket egy csipesz segítségével helyeztünk a gamma forrásra. A kalibrálás után először kevert mintát helyeztünk be. Pontosabban a mintát a laborvezető már a megérkezésünk előtt behelyezte, hogy a spektrum jól kirajzolódjon. Ez látható a 2. ábrán. Ezután egy wolfram és egy bizmut mintát vizsgáltunk, beutesszam 20000 15000 10000 5000 0 0 10 20 30 40 50 60 2. ábra. A kevert minta spektruma. majd egy összepréselt levélmintát és ennek egy ólommal szennyezett változatát vizsgáltuk. A tiszta mintát 50 pericg, a szennyezettet 5 percig mértük. Végül érdekességképpen megvizsgáltunk egy aranygyűrűt is. 3.3. A kiértékelés A mérés kiértékelését számítógéppel végeztük. A mérőprogram folyamatosan gyűjtötte az adatokat és ezzel egyidőben ki is tudta rajzolni őket a csatornaszám függvényében. Sőt, mivel az elején kalibráltunk, egyből ev-ban is megadta. A Gauss-illesztéseket egy másik 4

programmal végeztük. Itt az 1;1;3;3 kezdőértékeket adtuk meg programnak. A program által készített táblázatok a jegyzőkönyv végén találhatók. A program meghatározta a Gauss-görbék szórását is, ezáltal a felbontóképesség meghatározható: 284 ev. (A Fe K α vonalához tartozó félértékszéleség.) A laborgyakorlat során a következő elemeket találtuk: 20 Ca, 23 Va, 26 Fe, 29 Cu, 34 Se, 38 Sr, 42Mo, 47 Ag, 74 W, 79 Au, 82 Pb, 83 Bi. 3.4. A Moseley-törvény A Moseley-törvény szerint a karakterisztikus röntgen-fotonok energiáját E = A( B) 2 (3) alakban kereshetjük, ahol a rendszám, A és B illesztő konstansok. Ezeket a konstansokat határozzuk meg a K α, K β, L α és L β átmenetek esetében. Az illesztési paraméterek a 2. táblázatban láthatók. K α és K β esetén a (3) kifejezést illesztettük a mérési adatokra, K α K β L α L β A (kev) (1.076 ± 0.005) 10 5 (1.25 ± 0.01) 10 2 (1.9 ± 0.2) 10 3 (2.9 ± 0.2) 10 3 B 1.69 ± 0.07 2.3 ± 0.1 8.0 ± 0.1 16.6 ± 0.1 2. táblázat. A Moseley-törvény paraméterei. amelyeket a jegyzőkönyhöz csatoltunk. L α és L β esetében viszont az energia négyzetgyökére illesztettünk, mivel kevés pontunk volt. Az illesztések a 3.(a)-(d) ábrákon láthatók. 5

18 16 14 12 10 8 6 4 20 25 30 35 40 20 17.5 15 12.5 10 7.5 5 20 25 30 35 40 (a) A K α átmenetekre való illesztés. (b) A K β átmenetekre való illesztés. E kev 3.3 3.2 3.1 3 2.9 74 76 78 80 82 84 E kev 3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 74 76 78 80 82 84 (c) Az L α átmenetekre való illesztés. (d) Az L β átmenetekre való illesztés. 3.5. A levélminta ólomtartalma 3. ábra. Tudjuk, hogy a spektrumban lévő csúcs területe arányos a hozzá tartozó anyag koncentrációjával. A szennyezett minta esetében tudjuk, hogy az alapszennyezésen felül még 250 µg ólmot tartalmaz. Jelen esetben az ólom L α és L β csúcsához tartozó területekből határoztuk meg az eredeti levélmintában lévő ólmot. Ugyanis, ha x az ismeretlen ólomtartalom, akkor a T 1 = 250µg + x T 2 x (4) egyenletből x kifejezhető. A szükséges területek megtalálhatók a mellékelt lapon. Figyelembe kell venni, hogy a tiszta levél esetén tízszer több ideig mértünk mint a szennyezett levél esetében. A kapott tömegek: L α : (19.9 ± 1.2) µg, (5) L β : (18.6 ± 0.9) µg. (6) 6

Átlagolva: x = (19.2 ± 1.3) µg (7) ólom volt eredetileg a levélben. Érdekességképpen még csatoljuk a két levélminta spektrumát. beutesszam 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 10 20 30 40 50 60 beutesszam 800 600 400 200 0 0 10 20 30 40 50 60 (a) A tiszta levél spektruma. (b) A szennyezett levél spektruma. 4. ábra. 7