NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究重庆师范大学物理与电子工程学院作者：朱令郭姚李柳清田瑶指导老师：罗光博士副教授第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.一、项目研究背景二、项目研究内容三、项目研究结果四、
总结
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NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.一、项目研究背景在材料当中应用康普顿散射来研究其相关性质已逐渐趋于成熟，但目前利用康普顿散射来研究溶液的相关性质还相对较少。本项目对康普顿散射体（NaCl和KCl溶液）的电子结构进行研究，进而得出康普顿散射的微观机理，从而为溶液的康普顿散射的影响因素的研究提供理论支持。NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.康普顿散射是指当X射线或γ射线（光子）跟散射体中电子相互作用，失去部分能量而导致波长变长的现象。已有研究表明，康普顿散射相对光子数与电子密度成正比此公式反映了散射体的康普顿散射的光子数与电子密度间的关系NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.康普顿散射成像技术(CSI)康普顿散射密度测量技术（CSD)康普顿散射的主要应用：康普顿轮廓
分析
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技术(CSA)康普顿轮廓在物理、化学等基础学科上的相关应用NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.二、项目研究内容理论推导分析实验结果电子结构计算NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.（一）理论推导根据康普顿散射理论，当散射体是电解质溶液时，康普顿散射光子数与浓度的关系为：NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛在确定的体积中康普顿散射光子数与溶液浓度的关系最终可以看成是以下线性关系.图1.1散射角90°时（左）和120°（右）NaCl、KCl溶液浓度与康普顿散射相对光子数的关系NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛（二）实验上的验证.实验结果分析NaCl和KCl溶液浓度与康普顿散射相对光子数确实是成线性关系，验证了上述理论推导的结论的正确性。仔细比较图，发现二者拟合直线的斜率并不相同。从理论上看，NaCl和KCl溶液的公式完全一样，但是实验结果的斜率有较大差别这是目前理论所不能解释的。NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.（三）电子结构计算分析1、计算
方法
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基本理论依据：密度泛函理论（DFT）计算软件：MeadA软件2、计算结果（1）优化后的水合离子的结构NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛Na+(H2O)6Na+(H2O)5Na+(H2O)2Na+(H2O)4Na+(H2O)Na+(H2O)3（1）优化后的Na的水合离子的结构.NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛K+(H2O)6K+(H2O)5K+(H2O)2K+(H2O)4K+(H2O)K+(H2O)3（1）优化后的K的水合离子的结构.NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛K+(H2O)8.NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛Cl-(H2O)6Cl-(H2O)5Cl-(H2O)2Cl-(H2O)4Cl-(H2O)Cl-(H2O)3（1）优化后的Cl的水合离子的结构.NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛Cl-(H2O)8（1）优化后的Cl的水合离子的结构.H2O（H2O）4Cl-(H2O)6NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛Na+(H2O)6K+(H2O)6.水合K+的等效电荷水合Cl-的等效电荷NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛（2）水合离子的等效电荷（单位：e—正电子电荷量）水合Na+的等效电荷.三、项目研究结果质量密度散射衰减因子溶液的浓度康普顿散射光子数影响NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.三、项目研究结果NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.三、项目研究结果2、NaCl溶液和KCl溶液康普顿散射的微观机理：NaCl溶液，随着浓度的增加电子数密度增大溶液浓度与康普顿散射相对光子数之间近似成线性关系KCl溶液，随着浓度的增加电子数密度增大溶液浓度与康普顿散射相对光子数之间近似成线性关系电子结构的差异斜率差异较大NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.四、总结本项目通过对NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究，得到了如下结论:1、从理论上推导了电解质溶液浓度与康普顿散射光子数的关系。2、分析已有实验结果，从电子结构角度研究拟合直线斜率差异较大的原因。3、结合电子结构的计算分析，得出NaCl和KCl溶液康普顿散射的微观机理，造成二者斜率差异的原因是散射体电子结构差异较大引起的。4、除质量密度、散射衰减因子以及溶液的浓度外，电子数密度是影响NaCl与KCl溶液康普顿散射光子数的主要因素NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.（二）近似处理1、溶液密度、电子数密度与浓度x的关系结论：随着浓度的增加，密度近似为线性增加注：26.47%和25.37%分别为NaCl和KCl饱和溶液的浓度NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.2、射线衰减因子和KCl、NaCl溶液浓度的关系注：这里以一个单位的距离代替了入（出）射光在散射体中经过的距离dNaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.3、不同浓度的NaCl、KCl溶液水分子与离子个数之比(以100g溶液计)结论：溶液浓度的升高，NaCl和KCl的水分子个数在减少，水分子数与离子数之比在减少。NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛.
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