思考题答案

思考题答案
第一章xrd
1.x射线的定义、性质、连续x射线和特征x射线的产生、特点。

请问：x射线定义：高速运动的粒子与某种物质二者喷发后猝然失速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。

性质：看不到；能够并使气体电离，并使照相底片感光，具备很强的反射能力，还能够并使物质收到荧光；在磁场和电场中都不出现偏移；当沿着物体时只有部分被反射；能够炮弹生物细胞。

连续x射线产生：经典物理学解释――由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续x射线谱。

量子力学解释――大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同，而且还有多次碰撞，因而产生不同能量不同强度的光子序列，即形成连续谱。

特点：强度随波长连续变化
特征x射线产生：当管电压达至或低于某一临界值时，阴极收到的电子在电场的快速下，可以将物质原子深层的电子划破能量较低的外部壳层或投出原子外，并使原子电离。

此时的原子处在激发态。

处在激发态的原子存有自发性返回激发态的女性主义，此时外层电子将充填内层空位，适当充斥着原子能量减少。

原子从高能态变成高能量态时，多出的能量以x射线的形式转化成。

因物质一定，原子结构一定，两特定能级间的能级差一定，故电磁辐射出来波长一定的特征x射线。

特点：仅在特定的波长处为特别弱的强度峰。

2.x射线与物质的相互作用
请问：x射线与物质的相互作用，如图所示
一束x射线通过物体后，其强度因散射和吸收而被衰减，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。

反射分成两部分，即为电磁波反射和不相干反射。

当x射线照射物质的某个晶面时可以产生反射线，当反射线与x射线的频率、位相一致时，在相同散射方向上的各个反射波相互干预，产生电磁波反射；当x射线经束缚力并不大的电子或民主自由电子散射后，产生波长比入射光x射线波长长的x射线，且波长随着反射方向的相同而发生改变，这种现象称作不相干反射。

其中电磁波反射就是x射线在晶体中产生绕射现象的基础。

物质对x射线的吸收是指x射线通过物质时，光子的能量变成了其它形式的能量，即产生了光电子、俄歇电子和荧光x射线。

当x射线入射到物质的内层时，使内层的电子受激发而离开物质的壳层，则该电子就是光电子，与此同时产生内层空位。

此时，外层电子将填充到内层空位，相应伴随着原子能量降低，放出的能量就是荧光x射线。

当放出的荧光x射线回到外层时，将使外层电子受激发，从而产生俄歇电子而出去。

产生光电子和荧光x射线的过程称为光电子效应，产生俄歇电子的过程称为俄歇效应。

示意图见下：
反射x射线（电磁波、非电磁波反射）；
电子（反冲电子、俄歇电子、光电子、荧光x射线）；透过射线；热能。

3.x射线绕射原理。

布拉格方程的物理意义
答：x射线衍射原理，即布拉格定律：2dsinθ=nλ式中d为晶面间距，θ为入射束
与反射面的夹角，λ为x射线的波长，n为衍射级数，其含义是：只有照射到相邻两镜面
的光程差是x射线波长的n倍时才产生衍射。

4.x射线绕射实验方法。

粉末绕射仪的工作方式、工作原理。

答：在各种衍射实验方法中，基本方法有单晶法、多晶法和双晶法。

单晶x射线衍射
分析的基本方法为劳埃法与周转晶体法。

多晶x射线衍射方法包括照相法与衍射仪法。

粉
末衍射仪的工作方式中，常用的有两种，即连续式扫描和步进式扫描。

5.x射线粉末绕射法物二者定性分析过程及特别注意的问题
答：物相分析过程：①首先用粉末照相法或粉末衍射仪法获取被测试样物相的衍射花
样或图谱。

②通过对所获衍射图谱或花样的分析和计算，获得各衍射线条的2θ、d值及
相对强度大小i/i。

③使用检索手册，查寻物相pdf卡片号。

④若是多物相分析，则在上
一步完成后，对剩余的衍射线重新根据相对强度排序，重复上述步骤，直至全部衍射线能
基本得到解释。

应注意的问题：
（1）通常在对试样分析前，应当尽可能详尽地介绍样品的来源、化学成分、工艺状况，仔细观察其外形、颜色等性质，为其物二者分析的检索工作提供线索。

（2）尽可能地根据试样的各种性能，在许可的条件下将其分离成单一物相后进行衍
射分析。

（3）由于试样为多物相化合物，为尽可能地避免衍射线的重叠，应提高粉末照
相或衍射仪的分辨率。

（4）对于数据d值，由于检索主要利用该数据，因此处理时精度
要求高，而且在检索时，只允许小数点后第二位才能出现偏差。

（5）特别必须注重高角度区域的绕射实验数据，因为在高角度区域，绕射所对应d
值很大的晶面，相同晶体差别很大，绕射线相互重合机会较小。

（6）在进行多物相混合试样检验时，应耐心细致地进行检索，力求全部数据能合理
解释。

（7）在物相定性分析过程中，尽可能地与其它的相分析结合起来，互相配合，互
相印证。

6.详述现代材料研究的x射线实验方法在材料研究中存有哪些主要应用领域。

答：研究晶体材料，x射线衍射方法非常理想非常有效，而对于液体和非晶态物固体，这种方法也能提供许多基本的重要数据。

所以x射线衍射法被认为是研究固体最有效的工具。

主要应用如下：
★物相分析；
★多晶体点阵常数的精确测定；★应力的测定；
★晶粒尺寸和图形畸变的测量；★单晶价值观念和多晶织构测量。

7.试推导布拉格方程，并对方程中的主要参数范围确定进行讨论。

（必考）
探讨如下：
（1）布拉格方程描述了“选择反射”的规律。

产生“选择反射”的方向是各原子面
反射线干涉一致加强的方向，即满足布拉格方程的方向；
（2）布拉格方程抒发了反射线空间方位（θ）与散射晶面间距（d）及入射光方位（θ）和波长（λ）的相互关系；
（3）入射线照射各原子面产生的反射线实质是各原子面产生的反射方向上的相干散
射线，而被接收记录的样品反射线实质是各原子面反射方向上散射线干涉一致加强的结果，即衍射线；
（4）布拉格方程由各原子面散射线干预条件求出，与蕃原子后厝仔庄反射基元，原
子面反射就是该原子面上各原子反射相互干预（共振）的结果。

(5)衍射产生的必要条件“选择反射”即反射定律＋布拉格方程是衍射产生的必要条件。

①布拉格方程由原子面散射方向上散射线的干预(一致)强化条件求出，而各原子面非
散射方向上散射线与否可能将因干预(部分)强化从而产生绕射线呢?
②“选择反射”作为衍射的必要条件，意味着即使满足“选择反射”条件的方向上也
不一定有反射线。

由于sinθ<1，所以nλ/2d=sinθ<1,即nλ<2d，对于衍射而言，n的
最小值为1，所以在任何可观测的衍射角度下，产生衍射的条件为：λ<2d。

这就是说，能够被晶体衍射的电磁波的波长必须小于参加反射的晶面的最小面间距的2倍。

同理，必然
有d>λ/2，即：只有那些晶面间距大于入射x射线波长一半的晶面才能发生衍射。

思考题：
1．如何提升显微镜分辨本领，电子透镜的分辨本领受到哪些条件的管制？
答：所谓分辨本领，是指显微镜能分辨的样品上两点间的最小距离。

通常，我们以物
镜的分辨本领来定义显微镜的分辨本领。

确定光学透镜分辨本领d0的公式为
d0=0.61λ/(nsin@)=0.61λ/(na)透镜的分辨本领主要取决于照明束波长λ。

电子透镜的分辨本领随其快速电压的提升而提升。

透镜的实际分辨本领除了与衍射效应有关以外，还与透镜的像差有关。

对于光学透镜，已经可以采用凸透镜和凹透镜的组合等办法来矫正像差，使之对分辨本领的影响远远小于
衍射效应的影响，但是电子透镜只有会聚透镜，没有发散透镜，所以至今还没有找到一种
能矫正球差的办法。

这样，像差对电子透镜分辨本领的限制就不容忽略了。

像是差分球差、像是贫、畸变等，其中，球差就是管制电子透镜分辨本领最主要的因素。

2．透射电子显微镜的成像原理是什么？
请问：它的光学原理与阿贝绕射像是原理一样，经过两个过程：物―>绕射线―>物。

阴极灯丝产生的电子经过阳极加速，然后被栅极和聚光镜会聚成一束亮度高、相干性
好的电子束斑，电子束斑通过一定的角度入射到晶体样品表面从而得到衍射线，衍射线经
过物镜和中间镜，再经过投影镜的多次成倍的放大（总放大倍率为m总=m物*m中*m投），将图像投影到荧光屏上。

通过调整中间镜的透镜电流，当中间镜的物平面与物镜的背焦面
重合时，在荧光屏上出现衍射花样；中间镜的物平面与物镜的像平面重合时，则出现显微像。

3.读取电子显微镜的工作原理就是什么？
答：扫描电镜的成像原理和透射电镜大不相同，它不用什么透镜来进行放大成像，而
是象闭路电视系统那样，逐点逐行扫描成像。