ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 31.07.2024

Просмотров: 158

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

www.phys.nsu.ru

часов), просты в обслуживании и не выходят из строя при аварийном попадании атмосферы в вакуумную систему. Насосы позволяют оценивать давление в системе по разрядному току. Они работают в области высокого и сверхвысокого вакуума и дают возможность получить предельное остаточное давление 1·10–10 мм рт. ст.

Таблица 4

Относительная скорость откачки газов магниторазрядными насосами

Газ

Скорость откачки, %

Водород

270

 

 

Метан

270

 

 

Аммиак

170

 

 

Пары воды

130

 

 

Азот

100

 

 

Газ

Скорость откачки, %

Двуокись углерода

85

 

 

Окись углерода

85

 

 

Кислород

55

 

 

Гелий

11–20

 

 

Аргон

1–4

 

 

Приложение 2

Химический состав атмосферы

В табл. 5 приведён стандартный состав атмосферы. Следует помнить, однако, что в условиях крупного города и при работе в помещении удельная концентрация некоторых антропогенных газов может быть существенно выше, чем приведённая здесь.

Таблица 5

Газ

 

Масса, а.е.м.

Объёмное содержание, %

Водород H2

 

2

~ 2·10–5

Кислород O2

 

32

21

Озон O3

 

48

~ 10–5

Азот N2

 

28

78

Углекислый газ CO2

 

44

3·10–5

Водяной пар H2O

 

18

~ 0,1

Угарный газ CO

 

28

1,2·10–4

Метан CH4

 

16

1,6·10–4

Аммиак NH3

 

17

~ 10–5

Двуокись серы SO2

 

64

~ 5·10–9

Гелий He

 

4

5·10–4

Неон Ne

 

20

1,8·10–3

Аргон Ar

 

40

0,9

Криптон Kr

 

84

1,1·10–4

Ксенон Xe

 

130

8,7·10–6

 

Средняя молекулярная масса 28,8

24


 

 

 

 

 

 

 

www.phys.nsu.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 3

 

 

 

 

Текст файла Dempster.mcd

 

 

 

Ниже приведён текст программы MathCAD, который студент видит на экране компьютера во

время обработки экспериментальных результатов. Для работы программы требуется сначала

ввести название файла с данными, затем определить и ввести положение пиков.

 

 

Лабораторная работа 4.1. Масс-спектрометр

 

 

 

 

 

Считываем сигнал из файла

 

 

 

a1

:=

 

 

im :=

rows(a1)

 

 

 

 

 

D:\..\MS1.dat

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i := 1 ..im

im = 2.213 × 10 3

S1i := a1i ,1

U1i := a1i,2

 

 

 

Ускоряющее напряжение, 1:100, зависимость от времени

 

10

 

 

 

 

 

 

 

U1i

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0

 

500

1000

1500

2000

 

2500

 

 

 

 

 

 

i,j

 

 

 

 

 

0

 

Зарегистрированный масс-спектр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S1i

-5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-10 3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

U1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

Зарегистрированный масс-спектр (крупный масштаб)

S1i

 

 

 

 

 

 

 

 

-0,4

 

 

 

 

 

 

 

 

3

4

5

6

U1

7

8

9

10

 

 

 

 

i

 

 

 

 

25


www.phys.nsu.ru

C помощью опции "Trace" измерьте по порядку ускоряющие напряжения и амплитуды у всех пиков, видимых в спектре. Для того, чтобы изменить масштаб графика, наведите на него курсор и кликните левой клавишей мыши. Исправьте цифры граничных значений по своему усмотрению. Заполните строку результатов, при этом в первом столбце должны стоять данные для калибровочного пика. Если пиков оказалось больше, чем 9, то увеличьте матрицу Up при помощи опции "Insert"

 

556

358

392

537

485

778

864

912

965

 

Up :=

8,7

1,55

0,48

0,37

2,01

0,29

0,568

0,418

0,516

 

 

 

j := 1 .. 9

Зарегистрированный масс-спектр

0

S1 i

Up2,j 5

10

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

5

6

 

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

U1 ,

Up1, j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j := 1 .. cols(Up)

 

 

 

Mc := 28

 

 

 

 

 

 

 

 

M1 ,j := Mc Up1 ,1

 

Определяем массы, соответствующие пикам в спектре

 

 

Up1 ,j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M = ( 28 43,486

39,714

28,991

32,099

20,01

18,019

17,07

16,133)

Измерьте (в вольтах) и запишите ширину пика азота на полувысоте. Зная эту величину, определите разрешение масс-спектрометра в единицах массы. Постройте график с найденными пиками в разном масштабе, чтобы все пики были отчётливо видны.

После этого скопируйте графики и вставьте их как рисунок в файл Microsoft Word. При этом используйте опции "Правка" и "Специальная вставка", чтобы график скопировался в виде рисунка, а не файла Mathcad. Скопируйте также матрицу М.

Растяните полученный рисунок на всю страницу формата А4 , используя опции "Параметры страницы" и "Размер бумаги : альбомная". Распечатайте полученный рисунок – вы будете использовать его при сдаче работы.

26


www.phys.nsu.ru

Приложение 4

Таблица Менделеева и список стабильных изотопов

Ниже приведена таблица Менделеева в классическом виде. В каждой клетке указаны: атомный номер, символ химического элемента, средняя атомная масса (по природной концентрации изотопов), название элемента. Для радиоактивных элементов в скобках указана масса наиболее долгоживущего изотопа. В настоящее время решением IUPAC (Международного союза чистой и прикладной химии) принят другой вид представления таблицы, который, однако, в этом пособии не используется по причине бóльшей громоздкости. На момент написания этого текста были утверждены названия следующих новых элементов: 110Ds<271> дармштадтий, 111Rg<272> рентгений.

 

 

 

 

Периоды

Ряды

 

I

 

 

 

II

 

 

 

III

 

 

 

IV

 

 

 

V

VI

VII

 

 

 

VIII

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

группа

 

группа

 

группа

 

группа

 

 

 

группа

группа

группа

 

 

 

группа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

(H)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

He

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,0079

 

 

 

 

 

 

 

4,0026

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

водород

 

 

 

 

 

 

гелий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

5

 

 

6

 

7

8

9

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

Li

 

 

 

Be

 

 

B

 

 

 

C

 

 

 

N

O

F

 

 

 

 

 

 

Ne

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6,939

 

9,0122

 

10,81

 

12,01115

 

14,0067

15,9994

18,9984

 

 

 

 

 

 

 

20,183

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

литий

 

бериллий

 

бор

 

углерод

 

 

 

азот

кислород

фтор

 

 

 

 

 

 

неон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

12

 

 

 

13

 

 

14

 

15

16

17

 

 

 

 

 

 

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

3

 

 

Na

 

Mg

 

 

Al

 

 

 

Si

 

 

 

P

S

Cl

 

 

 

 

 

 

Ar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22,9898

 

24,305

 

26,98154

 

28,086

 

30,97376

32,064

35,453

 

 

 

 

 

 

 

39,948

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

натрий

 

магний

алюминий

 

кремний

 

 

фосфор

сера

хлор

 

 

 

 

 

 

аргон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

 

 

 

20

 

 

 

21

 

 

22

 

23

24

25

 

26

 

 

27

 

 

28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

K

 

 

 

Сa

 

 

Sc

 

 

 

Ti

 

 

 

V

Сr

Mn

Fe

 

Со

 

Ni

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

39,102

 

40,08

 

44,956

 

 

47,90

 

50,942

51,996

54,9380

 

55,847

 

 

58,9332

58,71

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

калий

 

кальций

 

скандий

 

 

титан

 

 

ванадий

хром

марганец

железо

 

кобальт

никель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29

 

 

 

30

 

 

 

31

 

 

32

 

33

34

35

 

 

 

 

 

 

 

36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

Cu

 

Zn

 

 

Ga

 

 

 

Ge

 

 

 

As

Se

Br

 

 

 

 

 

 

Кr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

63,54

 

65,37

 

69,72

 

 

72,59

 

74,9216

78,96

79,909

 

 

 

 

 

 

 

83,80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

медь

 

цинк

 

галлий

 

германий

 

 

мышьяк

селен

бром

 

 

 

 

 

 

криптон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37

 

 

 

38

 

 

 

39

 

 

40

 

41

42

43

 

44

 

 

45

 

 

46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

Rb

 

Sr

 

 

 

Y

 

 

 

Zr

 

 

 

Nb

Mo

Tc

Ru

 

Rh

 

Pd

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

85,467

 

87,62

 

88,905

 

 

91,22

 

92,906

95,94

98,9062

 

101,07

 

 

102,905

106,4

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

рубидий

 

стронций

 

иттрий

 

цирконий

 

 

ниобий

молибден

технеций

рутений

родий

палладий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

47

 

 

 

48

 

 

 

49

 

 

50

 

51

52

53

 

 

 

 

 

 

 

54

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

Ag

 

Cd

 

 

In

 

 

 

Sn

 

 

 

Sb

Te

I

 

 

 

 

 

 

Xe

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

107,87

 

112,40

 

114,82

 

118,69

 

121,75

127,60

126,9044

 

 

 

 

 

 

 

131,30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

серебро

 

кадмий

 

индий

 

 

олово

 

 

сурьма

теллур

иод

 

 

 

 

 

 

ксенон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

55

 

 

 

56

 

 

 

57

 

 

72

 

73

74

75

 

76

 

 

77

 

 

78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

Cs

 

Ва

 

 

La

 

 

 

Hf

 

 

 

Та

W

Re

Os

 

Ir

 

Pt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

132,905

 

137,34

 

138,91

 

178,49

 

180,948

183,85

186,2

 

190,2

 

 

192,2

 

195,2

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

цезий

 

барий

 

лантан

 

гафний

 

 

 

тантал

вольфрам

рений

осмий

 

иридий

платина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

79

 

 

 

80

 

 

 

81

 

 

82

 

83

84

85

 

 

 

 

 

 

 

86

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

Au

 

Hg

 

 

Tl

 

 

 

Pb

 

 

 

Bi

Po

At

 

 

 

 

 

 

Rn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

196,967

 

200,59

 

204,37

 

207,19

 

208,980

<210>

<210>

 

 

 

 

 

 

 

<222>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

золото

 

ртуть

 

таллий

 

свинец

 

 

висмут

полоний

астат

 

 

 

 

 

 

радон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

87

 

 

 

88

 

 

 

89

 

 

104

 

105

106

107

 

108

 

 

109

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

10

 

 

Fr

 

 

 

Ra

 

 

Ас

 

 

 

Rf

 

 

 

Db

Sg

Bh

Hs

 

Mt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<223>

 

<226>

 

<227>

 

<260>

 

<261>

<263>

<264>

 

<269>

 

 

<268>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

франций

 

радий

 

актиний

резерфордий

 

 

дубний

сиборгий

борий

хассий

 

мейтнерий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лантаноиды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

58

 

 

59

 

60

 

 

61

 

62

 

63

 

 

64

 

 

 

65

66

67

 

68

 

 

69

 

 

70

 

71

 

 

*

 

 

Ce

 

 

Pr

 

Nd

 

 

Pm

Sm

 

Eu

 

 

Gd

 

 

Tb

Dy

Ho

 

Er

 

 

Tm

 

 

Yb

 

 

Lu

 

 

La

 

140,12

 

140,907

 

144,24

 

<145>

 

150,35

 

151,96

 

157,25

 

 

158,924

162,50

164,93

 

167,26

 

168,934

 

173,04

 

174,97

 

 

 

 

 

церий

 

празеодим

неодим

 

прометий

самарий

европий

гадолиний

тербий

диспрозий

гольмий

 

эрбий

 

 

тулий

 

иттербий

лютеций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Актиноиды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

90

 

91

 

92

 

 

93

 

94

 

95

 

 

96

 

 

97

98

99

 

100

 

 

101

 

 

102

 

 

103

*

 

 

Th

 

 

 

Pa

 

 

U

 

Np

 

Pu

 

 

Am

 

 

Cm

 

 

Bk

Cf

Es

Fm

 

Md

 

No

 

 

Lr

Ас

 

232,038

 

<231>

 

238,03

<237>

 

<242>

<243>

<243>

 

 

<249>

<249>

<254>

 

<255>

 

 

<256>

 

<254>

 

<257>

 

 

 

торий

протактиний

 

уран

нептуний

плутоний

америций

 

кюрий

 

 

берклий

калифорний

эйнштейний

фермий

менделевий

нобелий

лоуренсий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27


www.phys.nsu.ru

Таблица относительной концентрации стабильных изотопов в природе для элементов с небольшим атомным номером. Колонки в таблице: атомный номер, имя элемента (англоязычное), символ изотопа, масса атома в а.е.м., удельное содержание среди всех изотопов данного элемента.

28

www.phys.nsu.ru

А. Т. Титов

Лабораторная работа 4.2. Дифракция электронов и работа с электронным микроскопом

Цель работы: знакомство с принципами работы электронного микроскопа, изучение волновых и корпускулярных свойств электронов.

Устройство и принципы работы электронного микроскопа.

Дифракция электронов и история работ с электронным микроскопом Целесообразность создания электронного микроскопа стала очевидной после выдвижения в 1924 г. гипотезы де Бройля3 о том, что с движением материальных частиц должен быть связан определенный волновой процесс. Технические предпосылки создания электронного микроскопа возникли в конце 20-х гг. ХХ в. после открытия Бушем4 возможности и средств фокусировки заряженных частиц. Им была разработана электронно-магнитная линза (1926), а первое изображение объекта, сформированное пучком электронов, получили Кнолл5 и Руска6 в 1931 г.

Условия для электронной микроскопии. Электронный микроскоп теоретически подобен оптическому микроскопу, но имеются существенные различия между электронами и светом. Свет распространяется в воздухе беспрепятственно, тогда как электроны практически никакой проникающей способностью в воздухе не обладают и могут перемещаться на определенное расстояние только в техническом вакууме (давление порядка 10-4÷10-5 торр). Поэтому трубка, в которой перемещаются электроны, должна быть откачана, и следовательно, электронный микроскоп соединен с соответствующей вакуумной системой. Кроме того, объект, через который проходят электроны, должен быть очень тонким, так как в противном случае все электроны будут в нем задерживаться. В обычном электронном микроскопе с ускоряющим напряжением ~100 кВ толщина объекта должна составлять 50÷100 нм.

Длина волны электронов. По мере улучшения электронных микроскопов все большее значение приобретают волновые свойства электронов. Для получения высокого разрешения, лучшего, чем 1 нм, при интерпретации электронных микрофотографий становится необходимым учитывать вопросы когерентности, аберраций линз и дифракции. Все эти свойства – волновые, и для описа-

3де Бройль Луи (15.VIII.1892–19.III.1987) – французский физик-теоретик, член (1933) и секретарь (1942– 1975) Парижской АН, член АН СССР (1958), в 1928–1962 гг. профессор Парижского университета. В 1923 г. предположил о волновой природе вещества. Нобелевская премия 1929 г. за открытие волновой природы электрона.

4Буш Ханс (1884–1973) – немецкий физик, в 1922–1947 гг. профессор университета Йены. Основоположник электронной оптики. Открыл (1926) фокусирующее действие магнитного поля на заряженные частицы и разработал магнитную электронную линзу.

5Кнолл Макс (17.VII.1897–6.XI.1969) – немецкий инженер. В 1927–1932 гг. руководитель группы исследования электронов в Институте высоких напряжений Технического университета Берлина. Создал совместно с Руской первый электронный микроскоп в 1931 г.

6Руска Эрнст (25.XII.1906–25.V.1988) – немецкий физик, ученик Кнолла. Создал совместно с Кноллом первый электронный микроскоп в 1931 г. (Нобелевская премия 1986 г.). С 1957 по 1974 г. – директор Института электронной микроскопии в Западном Берлине.

29