Аннотация 3
Введение 6
1. Описание рентгеновской установки PHYWE X-RAY 4.0 7
2. Изучение характеристического излучения 9
3.1. Ход работы 12
3.1.1. Результаты, полученные при использовании медной рентгеновской трубки 12
3.1.2. Результаты, полученные при использовании молибденовой рентгеновской трубки..14
4. Изучение монохроматического излучения 17
4.1. Физические принципы получения монохроматического рентгеновского излучения....18
4.2. Ход работы 21
4.2.1. Получение монохроматического излучения с использованием монокристалла 21
4.2.2. Получение монохроматического излучения при помощи абсорбера 23
4.2.3. Результаты для рентгеновской трубки с молибденовым анодом 24
Заключение 26
Список используемой литературы 27
Рентгеновское излучение, открытое В.К. Рентгеном в 1895 г. представляет собой электромагнитные волны с длиной волны от 10! до 10"3 нм. Излучение этого диапазона обладает большой проникающей способностью и по этой причине широко используется на практике не только традиционно (например, медицине), но и в других областях (рентгеноскопия и рентгенография) в качестве одного из основных методов неразрушающего контроля.
В лабораторной практике источником рентгеновского излучения служит рентгеновская трубка, которая позволяет наблюдать характеристическое излучение материала анода.
Однако из-за действующих санитарных норм и требований радиационной безопасности использование рентгеновских трубок в учебном процессе школ и ВУЗов запрещено. Это связано с тем, что рентгеновское излучение относится к ионизирующим и может представлять опасность для здоровья. В результате, в курсе квантовой физики становится невозможным проведение ряда демонстрационных и лабораторных опытов, что снижает наглядность и практическую ценность изучаемого материала.
Благодаря проекту финансирования педагогических вузов и создания на их базе технопарков, во многие педагогические вузы России поступили немецкие экспериментальные рентгеновские установки PHYWE X-RAY 4.0, которые удовлетворяют требованиям безопасности, и комплектующее оборудование. Данный комплект предназначены для проведения лабораторных исследований, работ по изучению свойств рентгеновских лучей, физике твердого тела, атомной и квантовой физике в общеобразовательных школах и вузах, и полностью отвечают всем требованиям безопасности. Его можно использовать в лабораторном практикуме - как при проведении лекционных демонстраций по курсам физики, так и при чтении интегрированных курсов, в частности, курса «Естественнонаучная картина мира», а также реализовывать online трансляции по заказу из любой точки страны.
В связи с этим целью данной работы являются разработка методических рекомендаций для эффективного и безопасного использования рентгеновской установки PHYWE X-RAY 4.0 в учебном процессе.
А задачами являлись: проведение анализа литературы, связанной с рентгеновским излучением и его применением в образовании; техническое описание установки; проведение лабораторных работ и написание методического пособия.
В ходе работы была исследована рентгеновская установка PHYWE X-RAY 4.0 и изучена возможность ее использования в учебных целях. Проверено, что данная установка безопасна и позволяет проводить качественные лабораторные работы в рамках курсов школ и ВУЗов.
В теоретической части подробно рассмотрены механизмы генерации рентгеновского излучения, его характеристики, процессы тормозного и характеристического излучения, дифракция на кристаллах и принципы монохроматизации.
Экспериментально изучены спектры рентгеновского излучения для различных анодов (медь, молибден) и кристаллов (LiF, KBr). Получены значения углов Брэгга и рассчитаны энергии характеристических длин волн K) и K*. Длины волн линий K) и K* совпадают с табличными в пределах допустимых погрешностей, что подтверждает корректность измерений.
Проанализированы два метода получения монохроматического рентгеновского излучения: с использованием монокристалла и абсорбера. Оба метода удалось применить в лабораторных условиях.
На основе проведённых экспериментов разработаны методические рекомендации по проведению лабораторных работ для студентов физических специальностей.
Работа имеет практическую значимость, так как полученные результаты и методические материалы могут быть использованы в учебном процессе и успешно применяться при подготовке будущих педагогов и физиков.
