物质对x射线的吸收系数与原子

龙源期刊网

原子吸收分光光度法与X射线荧光光谱法测定土壤中总铬的方法比对

作者：蔡熹 陈素兰

来源：《中国科技纵横》2014年第03期

【摘 要】 原子吸收分光光度法和X射线荧光光谱法测定土壤中总铬均具有准确度高，精密度好的特点，两种方法的检测结果无显著性差异。

【关键词】 X射线荧光光谱法 原子吸收法 方法比对 总铬 土壤

铬（Chromium），化学符号是Cr，原子序数为24。这是一种具有银白色光泽的金属，无臭，无味，无毒，化学性质很稳定，有延展性，自然界没有游离状态的铬，主要的矿物是铬铁矿。在人体中，铬是一种必需的微量元素，在肌体的糖代谢和脂代谢中发挥特殊作用。铬在环境中，在不同条件下价态也有不同，其化学行为和毒性大小亦不同。如水体中三价铬可吸附在固体物质上而存在于沉积物（底泥）中；六价铬则多溶于水中，比较稳定，但在厌氧条件下可还原为三价铬。三价铬的盐类可在中性或弱碱性的水中水解，生成不溶于水的氢氧化铬而沉入水底。由于环境中的三价铬和六价铬可以互相转化，所以近来愈来愈倾向于根据铬的总含量，而不是根据六价铬的含量来制定相关标准。

铬主要用于金属加工、电镀、制革等行业。由于铬的污染源很多，而且毒性较强。所以是一项重要的污染控制指标。《土壤环境质量标准》中，铬是规定监测项目之一。

当前国家对重金属污染防治日益重视，更是将重金属污染防治写入了十二五规划中，为了保障人民群众生活环境健康，如何快速准确有效的分析土壤中铬的含量，已经成为土壤无机元素分析法研究中非常重要的一个方面。

目前，土壤中铬的测定主要为火焰原子吸收分光光度法（简称FAAS），样品消解过程复杂繁琐，需要使用大量的酸，同时会产生酸雾，易对环境造成二次污染，对实验人员有一定的伤害，且耗时长，分析效率较低。而使用X射线荧光谱仪（简称XRF）分析，样品无需前处理，只需压制成一定规格的薄片即可进行测定，且测定时间短。

Nal(Tl)γ闪烁谱仪及γ射线的吸收和物质吸收系数μ的测定实验报告

物理072 07180217 陈焕

摘要：介绍了Nal(Tl)γ闪烁谱仪，以及进行γ射线能谱的测量和物质吸收系数μ的测定实验内容以及所涉及的实验原理。

关键字：Nal(Tl)γ闪烁谱仪 γ射线 物质吸收系数μ

引言：

γ射线由法国科学家P.V.维拉德发现，是继α、β射线后发现的第三种原子核射线。γ射线是因核能级间的跃迁而产生，原子核衰变和核反应均可产生γ射线 。γ射线具有比X射线还要强的穿透能力。当γ射线通过物质并与原子相互作用时会产生光电效应、康普顿效应和正负电子对三种效应。

实验内容：

本实验使用的仪器为RES-02型相对论效应实验仪，也就是Nal(Tl)γ闪烁谱仪。

1、γ射线能谱的测量

Nal(Tl)γ闪烁谱仪实际是记录射线强度和能量。强度通过转变为电压信号的幅值来反映，而能量通过道数来反映，能量与道数成正比，这样就可以得到最终的曲线图。

进行γ射线能谱实验，放入放射源，要分别对放射源137Cs、60Co源进行能谱分析。点开软件，设置参数。137Cs源的测量时间为300s，60Co源的测量时间为500s，道数都为512。调节电压到700V附近，再进行细调，使137Cs源的全能峰的峰值对应的道数为160，60Co源的全能峰的峰值对应的道数为320。然后进行测量。因为γ射线的接受器不可能精确对准放射源的小孔，所以要选取三个位置测量，选取计数率最大的，作为最佳位置。图像见附录。

137Cs源

电压U=663V 总计数率 1871 1859 1877

峰位 158.26chn 158.71chn 158.26chn

半高宽 15.63chn 15.71chn 15.76chn

净面积 66242 67101 66494

分辨率 9.87% 9.93% 9.96%

60Co源

电压U=663V 总计数率 394 390 392

关于不同金属吸收系数与材料原子序数的关系的研究 

 周昕 0519032 

摘 要 通过在架上放上相同厚度不同金属的吸收片附件，以及在X光出射缝

处添加薄的金属吸收片二种方法来测量不同金属吸收系数与材料原子序数的关

系。最后给出它们之间的依赖关系。 

关键词 X射线 吸收系数 原子序数 

一、引言 

X射线的波长是在10󰬿󰬼 m到10󰬿󰬵󰬵 m范围内的电磁波，它的能量很高。它产生的原因

是高速电子与原子中的内层电子相互作用是其跃迁到外层甚至脱离原子的束缚，从而在原子

的内层形成空位，这时，外层电子向内层跃迁以填补空位，同时发出X光。实验上是通过阴

极的高速电子在加速电场的加速下撞击金属Cu的阳极靶从而发出X光。 

X射线的发现揭开了人类研究微观世界的序幕，X射线的研究在物理学从经典物理发展

到量子物理学的过程中，起了十分重要的作用，X射线的应用使物理学、化学、生理学、医

学等学科发生了重大的变化。[1] 

实验书上未给出金属的吸收系数与材料原子序数的关系，所以研究它们之间的关系是非

常有必要的，而且通过确定它们的系数及函数关系就可以不用测量就知道金属的吸收系数，

了解金属的吸收系数对于X射线的透射有重要意义。 

 二、实验概述 

实验仪器如下图所示，利用活动的支撑架及活动的接收器可以测量任意角度散射的X

光，并将接收器的数据传输到电脑中，然后用专门软件采集并进行处理。

[2]

 在测量材料的衰减系数与原子序数的关系时，先用的是实验室的附件2，即相同厚度

（0.05cm）不同种类的金属组成的一个吸收片，包括C、Al、Fe、Cu、Zr、Ag六种金属。将

它们卡在实验支撑架上，然后通过支撑架的转动使得X光分别通过每种金属，同时接收器也

一起转动。实验信号流程如下：

 然后我用各种不同的金属吸收片添加在X光出射缝处，将透射的X光再通过NaCl晶体，

记录下衍射谱。吸收片有Al、Fe、Cu、Zr、Mo、Ag，厚度分别为0.05cm, 0.05cm, 0.007cm, 0.005cm, 

物质对x射线的吸收系数与原子

物质对X射线的吸收系数是指X射线在材料中被吸收的程度。这个概念对于了解物质的组成和结构、医学诊断以及工业无损检测等领域都具有重要的指导意义。

首先，我们先了解一下原子的基本结构。原子由核和电子构成，核内含有质子和中子，而电子以不同的能级（轨道）围绕核中心运动。原子的各个能级有不同的能量差，一个电子要从低能级跃迁到高能级，需要吸收能量。而与之相反，当一个电子从高能级跃迁到低能级时，会释放出能量。这种能量的释放形式可以是光（电子在可见光波段时）、紫外线（电子在紫外波段时）或X射线（电子在X射线波段时）。

了解了原子的基本结构以后，我们来研究一下物质对X射线的吸收现象。在物质中，X射线与原子发生相互作用，主要有四种作用：光电效应、康普顿散射、束缚电子散射和电子对效应。这四种作用中，光电效应是主要的吸收机制。

光电效应是指X射线与物质中的原子发生相互作用，射线的能量被电子吸收后，电子被俘获并从原子中脱离出来。这个过程中，X射线的能量转移到电子上，电子的能量增加，被脱离出原子的电子称为光电子。光电效应的发生需要X射线具有足够的能量，且电子脱离原子后需要消耗一定的能量，这个能量就是光电子的束缚能。 物质对X射线的吸收系数与原子的特性密切相关。首先，原子的核电荷越大，其电子束缚能越强，物质对X射线的吸收系数也会相应增加。因此，具有较大原子序数的元素，如铅、铀等，对X射线的吸收能力较强。其次，原子的密度越高，电子的散射概率也就越高，物质对X射线的吸收系数也会增加。再次，物质中不同元素的组合和排列方式也会影响吸收系数。例如，当物质中有多个相邻原子时，X射线要穿过更多的原子，吸收系数也会增加。

综上所述，了解物质对X射线的吸收系数与原子的关系，可以帮助我们理解物质的组成和结构。在医学诊断中，根据吸收系数的不同，可以通过X射线拍摄来观察人体内部的组织和骨骼结构。在工业无损检测中，利用物质吸收系数的特性，可以检测材料中的缺陷和异物，提高产品的质量。因此，深入了解物质对X射线吸收的机制和原子特性的指导意义是非常重要的，它将为科学研究和技术应用提供重要的理论支持。