材料分析测试技术复习题 附答案

材料分析测试技术复习题

【第一至第六章】

1.X射线的波粒二象性

波动性表现为：

－以波动的形式传播，具有一定的频率和波长

－波动性特征反映在物质运动的连续性和在传播过程中发生的干涉、衍射现象

粒子性突出表现为：

－在与物质相互作用和交换能量的时候

－X射线由大量的粒子流(能量E、动量P、质量m)构成，粒子流称为光子－当X射线与物质相互作用时，光子只能整个被原子或电子吸收或散射

2.连续x射线谱的特点，连续谱的短波限

定义：波长在一定范围连续分布的X射线，I和λ构成连续X射线谱

λ∞，波•当管压很低（小于20KV 时），由某一短波限λ

0开始直到波长无穷大长连续分布

•随管压增高，X射线强度增高，连续谱峰值所对应的波长（1.5 λ

0处)向短波端移动

•λ

0 正比于1/V, 与靶元素无关

•强度I：由单位时间内通过与X射线传播方向垂直的单位面积上的光量子数的能量总和决定（粒子性观点描述）

•单位时间通过垂直于传播方向的单位截面上的能量大小，与A2成正比（波动性观点描述）

短波限:对X射线管施加不同电压时，在X射线的强度I 随波长λ变化的关系曲线中，在各种管压下的连续谱都存在一个最短的波长值λ0，称为短波限。

3.连续x射线谱产生机理

【a】.经典电动力学概念解释：

一个高速运动电子到达靶面时，因突然减速产生很大的负加速度，负加速度引起周围电磁场的急剧变化，产生电磁波，且具有不同波长，形成连续X射线谱。

【b】.量子理论解释：

* 电子与靶经过多次碰撞，逐步把能量释放到零，同时产生一系列能量为hυi的光子序列，形成连续谱

* 存在ev=hυmax，υmax=hc/ λ0, λ0为短波限，从而推出λ0＝1.24/ V （nm) （V为电子通过两极时的电压降，与管压有关）。

* 一般ev≥h υ,在极限情况下，极少数电子在一次碰撞中将全部能量一次性转化为一个光量子

4.特征x射线谱的特点

对于一定元素的靶，当管压小于某一限度时，只激发连续谱，管压增高，射线谱曲线只向短波方向移动，总强度增高，本质上无变化。

当管压超过某一临界值后，在连续谱某几个特定波长的地方，强度突然显著

增大，峰窄且尖锐，这些峰对应的波长只与靶的原子序数有关，与管压和管电流无关。

<管压超过临界激发电压后才出现特征X射线谱；管压继续增大，各特征X射线的谱线强度增大，但是其波长不变。；特征X射线的波长取决于阳极靶的元素的原子序数；Z越大，临界激发电压越大>

5.特征x射线谱的产生机理

高速运动的粒子（电子或光子）将靶材原子核外电子击出去，或击到原子系统外，或填到未满的高能级上，原子的系统能量升高，处于激发态。为趋于稳定，原子系统自发向低能态转化：较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，这一降低的能量以一个光子的形式辐射出来变成光子能量，且这降低能量为固定值（因原子序数固定），因而λ固定，所以辐射出特征X射线谱。

6.比较K α线与K β线的波长和强度，为什么会产生这种区别

能量差△εkL =hc/λK α△εKM=hc/ λK β, △εkL<△εKM, 故λK α> λK β;

跃迁几率L K> 5倍跃迁几率M K，故I K α> I K β

线/荧光X射线)

<(1)产生特征X射线需要的最低电压叫激发电压

(2)产生K系辐射的最小管电压叫K系辐射的激发电压

(3) 产生K 系荧光辐射时，入射光子的能量必须大于或等于K 层电子的逸出功:

（Vk 是K 系辐射的激发电压）

只有入射X 射线的λ≤ λK ＝1.24/V K (nm)时，才能产生K 系荧光辐射，在讨论光电效应产生条件时， λK 叫K 系辐射激发限。

【在讨论X 射线被物质吸收（光电吸收）时， λK 叫吸收限。 原因：μ

m

＝K λ3 Z 3

当波长减小到λK 时，质量吸收系数突变（增大），这是由于入射光子能量h υ 达到了激发该物质K 层电子的数值，从而大量被吸收，同时引起二次特征辐射。】

(4)当入射光量子的能量足够大时，可以从被照射物质的原子内部击出一个电子，同时原子的外层高能态电子要向内层空位跃迁，辐射出波长一定的特征X 射线。这种由X 射线激发所产生的特征X 射线称为二次特征X 射线或荧光X 射线。 >

8.x 射线通过物质时都产生什么现象

a 相干散射

b 非相干散射

c 二次特征辐射

k

k

k k

k k V eV hc eV c

h eV W h λλλ

ν==≤

≥=≥24.1

d x射线的衰减

<当一束X射线通过物质时，其能量可分为三部分，即一部分被散射，一部分被吸收，而其余部分则透过物质继续沿原来的方向传播。有以下现象发生：相干散射、非相干散射（康普顿效应）、二次特征辐射、光电效应、俄歇效应、X射线的衰减和产生部分热能>

9.相干散射、非相干散射

相干散射：散射波之间符合振动方向相同、频率相同、位相差恒定的光干涉条件，可发生干涉作用，故称为相干散射。

非相干散射：量子散射波散布于空间各方向、频率不相同、位相不存在确定关系，不能发生干涉作用，故称为非相干散射。

<相干散射：物质原子中束缚较紧的内层电子受到光子的撞击，电子绕其平衡位置发生受迫振动，并作为新波源向四周辐射电磁波，散射波之间符合振动方向相同、频率相同、位相差恒定的光干涉条件，可发生干涉作用，故称为相干散射。

非相干散射：物质原子中束缚力不大的外层电子或价电子或金属晶体中的自由电子，接受撞击光子的一部分动能，成为反冲电子，原X射线光子因部分能量损失，波长增加，与原方向偏离2θ角，量子散射波散布于空间各方向、频率不相同、位相不存在确定关系，不能发生干涉作用，故称为非相干散射。>