材料分析测试技术-习题

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时间:2018-07-21

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1、第一章1.什么是连续X射线谱?为什么存在短波限λ0?答:对X射线管施加不同的电压,再用适当的方法去测量由X射线管发出的X射线的波长和强度,便会得到X射线强度与波长的关系曲线,称之为X射线谱。在管电压很低,小于20kv时的曲线是连续的,称之为连续谱。大量能量为eV的自由电子与靶的原子整体碰撞时,由于到达靶的时间和条件不同,绝大多数电子要经过多次碰撞,于是产生一系列能量为hv的光子序列,形成连续的X射线谱,按照量子理论观点,当能量为eV的电子与靶的原子整体碰撞时,电子失去自己的能量,其中一部分以光子的形式辐射出去,在极限情况下,极少数的电子在一次碰撞

2、中将全部的能量一次性转化为一个光量子,这个光量子具有最高的能量和最短的波长,即λ0。2.什么是特征X射线?它产生的机理是什么?为什么存在激发电压Vk?答:当X射线管电压超过某个临界值时,在连续谱的某个波长处出现强度峰,峰窄而尖锐,这些谱线之改变强度,而峰位置所对应的波长不便,即波长只与靶的原子序数有关,与电压无关,因为这种强度峰的波长反映了物质的原子序数特征,故称为特征X射线,由特征X射线构成的X射线谱叫做特征X射线谱。它的产生是与阳极靶物质的原子结构紧密相关当外来的高速粒子(电子或光子)的动能足够大时,可以将壳层中的某个电子击出,或击到原子系统

3、之外,击出原子内部的电子形成逸出电子,或使这个电子填补到未满的高能级上。于是在原来位置出现空位,原子系统处于激发态,高能级的电子越迁到该空位处,同时将多余的能量e=hv=hc/λ释放出来,变成光电子而成为德特征X射线。由于阴极射来的电子欲击出靶材的原子内层电子,比如k层电子,必须使其动能大于k层电子与原子核的结合能Ek或k层的逸出功Wk。即有eVk=1/2mv2〉-Ek=Wk,故存在阴极电子击出靶材原子k电子所需要的临界激发电压Vk。3、X射线与物质有哪些互相作用?答;X射线的散射:相干散射,非相干散射X射线的吸收:二次特征辐射(当入射X射线的能

4、量足够大时,会产生二次荧光辐射);光电效应:这种以光子激发原子所产生的激发和辐射过程;俄歇效应:当内层电子被击出成为光电子,高能级电子越迁进入低能级空位,同时产生能量激发高层点成为光电子。4、线吸收系数μl和质量吸收系数μm的含义答:线吸收系数μl:在X射线的传播方向上,单位长度的X射线强度衰减程度[cm-1](强度为I的入射X射线在均匀物质内部通过时,强度的衰减率与在物质内通过的距离x成正步-dI/I=μdx,强度的衰减与物质内通过的距离x成正比)。与物质种类、密度、波长有关。质量吸收系数μm:他的物理意义是单位重量物质对X射线的衰减量,μ/P

5、=μm[cm2/g]与物质密度和物质状态无关,而与物质原子序数Z和μm=kλ3Z3,X射线波长有关。5、什么是吸收限?为什么存在吸收限?答:1)当入射光子能量hv刚好击出吸收体的k层电子,其对应的λk为击出电子所需要的入射光的最长波长,在光电效应产生的条件时,λk称为k系激发限,若讨论X射线的被物质吸收时,λk又称为吸收限。当入射X射线,刚好λ=λk时,入射X射线被强烈的吸收。当能量增加,即入射λ〉λk时,吸收程度小。6、如何选择滤波片和阳极靶?为什么?答:质量吸收系数为μm,吸收限为λk的物质,可以强烈的吸收λ〈=λk的入射X射线,在X射线衍射

6、分析中,希望得到单色的入射X射线,因此需要将k系特征谱线滤掉一条。由于Kβ谱线波长更短,能量更高,可以选择吸收限λk刚好位于辐射源的Kα,Kβ之间的金属薄片作为滤波片,这样就能滤掉Kβ,而保留Kα,铝箔片如果太厚对Kα也会有吸收。在X射线衍射实验,若产生荧光X射线,对衍射分析不利。针对试样的原子序数,可以调整靶材种类避免产生荧光辐射,若试样的K系吸收限为λk,应选择靶的Kα波长稍稍大于λk,,并尽量靠近λk,这样可产生K系荧光,而且吸收又最小,Z靶〈=Z试样+1第二章1、推到布拉格方程,说明干涉面及其指数HKL的含义,衍射极限条件是什么?答:根据

7、波动光学理论,要产生干涉,则必须由两束光线的光程差为波长为波长的整数倍,故有2dsinθ=nλ(n=1、2、3……)这是晶面间距为1/n的实际存在或不存在的假象晶面的一级反射,将这个晶面叫干涉面。其晶面指数称为干涉指数,一般用HKL表示,H=nh,K=nk,L=nl,干涉指数和晶面指数的明显差别是,干涉指数有公约数,λ〈2d'产生衍射的条件极限条件:晶面间距〉=半波长才能产生衍射角。2、什么是劳埃法,周转晶体法,详细说明多晶(粉末)法的原理答:劳埃法:用连续谱(波长不变)照不动(入射角不变)的单晶体而产生衍射的方法。周转晶体法:用单色X射线照射旋

8、转的单晶体产生衍射的方法(波长不变)。多晶法:用单色的X射线照射多晶体试样,利用晶粒的不同取向来改变入射角,以满足布拉格方程。把单晶体研

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