材料分析测试技术习题样本

第一章

1 •什么是连续X射线谱？为什么存在短波限入0?

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，即入0。

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, 能够将壳层中的某个电子击出, 或击到原子系统之外, 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/入释放出来，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、线吸收系数卩|和质量吸收系数卩m的含义

答：线吸收系数卩| :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经过时，强度的衰减率与在物质内经过的距离x成正步-dI/I=卩dx,强度的衰减与物质内经过的距离x成正

比）。与物质种类、密度、波长有关。质量吸收系数卩m她的

物理意义是单位重量物质对X射线的衰减量，卩/P=卩Hcm2/g］与物质密度和物质状态无关，而与物质原子序数Z和卩m=k入3Z3, 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，其对应的入k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，入k称为k 系激发限，若讨论X射线的被物质吸收时，入k又称为吸收限。

当入射X射线，刚好入=入k时，入射X射线被强烈的吸收。当能量增加，即入射入〉入k时，吸收程度小。

6、如何选择滤波片和阳极靶? 为什么?

答：质量吸收系数为卩m吸收限为入k的物质，能够强烈的吸收入〈=入k的

入射X射线，在X射线衍射分析中，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K B谱线波长更短，能量更高，能够选择吸收限入k刚好位于辐射源的K a , K B之间的金属薄片作为滤波片，这样就能滤掉K B ,而保留K a ,铝箔片如果太厚对K a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，能够调整靶材种类避免产生荧光辐射，若试样的K系吸收限为入k,应选择靶的K a波长稍稍大于入k,，并尽量靠近入k，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2dsin 9 =n X （ 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，入〈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。

多晶法：用单色的X 射线照射多晶体试样

角，以满足布拉格方程。

周转晶体法：用单色X 射线照射旋转的单晶体产生衍射的方法 （波长不 把单晶体研磨成粉末,就有足够多的(hkl) 晶面,在2 B 方向上产生衍射 衍射线形成单晶体旋转的衍射圆锥。

AVV ------ *

第三早

证：设ABC 是正点阵(hkl)

? (b/ k /h) 0 ,

(hkl )晶面。设讯是(hkl) 面法向单位矢量，即 9方向上单位矢量 即邑 单位矢量n 0 , d hkl 等于ABC 面在晶轴的截 1、 证明

(hkl )晶面,

d hkl 晶面组中距原点最近的平面

/h , /k ,

/l

/k /h

A C ，因此

g

距向n 0投影得到d hkl

,得