材料分析測試方法部分習題答案黃新民

1、第1頁共19頁材料分析測試方法課后習題答案材料分析測試方法課后習題答案1.1.X射線學有幾個分支？每個分支的研究對象是什么？射線學有幾個分支？每個分支的研究對象是什么？答：X射線學分為三大分支：X射線透射學、X射線衍射學、X射線光譜學。X射線透射學的研究對象有人體，工件等，用它的強透射性為人體診斷傷病、用于探測工件內(nèi)部的缺陷等。X射線衍射學是根據(jù)衍射花樣，在波長已知的情況下測定晶體結構，研究與結構和結構變化的相關的各種問題。X射線光譜學

2、是根據(jù)衍射花樣，在分光晶體結構已知的情況下，測定各種物質發(fā)出的X射線的波長和強度，從而研究物質的原子結構和成分。2.2.分析下列熒光輻射產(chǎn)生的可能性，為什么？分析下列熒光輻射產(chǎn)生的可能性，為什么？（1）用）用CuKCuKαX射線激發(fā)射線激發(fā)CuKCuKα熒光輻射；熒光輻射；（2）用）用CuKCuKβX射線激發(fā)射線激發(fā)CuKCuKα熒光輻射；熒光輻射；（3）用）用CuKCuKαX射線激發(fā)射線激發(fā)CuLCuLα熒光輻射。熒光輻射。答：根據(jù)經(jīng)

3、典原子模型，原子內(nèi)的電子分布在一系列量子化的殼層上，在穩(wěn)定狀態(tài)下，每個殼層有一定數(shù)量的電子，他們有一定的能量。最內(nèi)層能量最低，向外能量依次增加。根據(jù)能量關系，M、K層之間的能量差大于L、K成之間的能量差，K、L層之間的能量差大于M、L層能量差。由于釋放的特征譜線的能量等于殼層間的能量差，所以K的能量大于Ka的能量，Ka能量大于La的能量。因此在不考慮能量損失的情況下：（1）CuKa能激發(fā)CuKa熒光輻射；（能量相同）（2）CuK能激發(fā)C

4、uKa熒光輻射；（KKa）（3）CuKa能激發(fā)CuLa熒光輻射；（Kala）3.3.什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“熒光輻射”、“吸收限”、“俄歇效應”？答：⑴當χ射線通過物質時，物質原子的電子在電磁場的作用下將產(chǎn)生受迫振動，受迫振動產(chǎn)生交變電磁場，其頻率與入射線的頻率相同，這種由于散射線與入射線的波長和頻率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干條件，故稱為相干散射。⑵當χ射線經(jīng)束縛力不大的電子或自由電子散射后，可以得到波長

5、比入射χ射線長的χ射線，且波長隨散射方向不同而改變，這種散射現(xiàn)象稱為非相干散射。⑶一個具有足夠能量的χ射線光子從原子內(nèi)部打出一個K電子，當外層電子來填充K空位時，將向外輻射K系χ射線，這種由χ射線光子激發(fā)原子所發(fā)生的輻射過程，稱熒光輻射?；蚨螣晒?。⑷指χ射線通過物質時光子的能量大于或等于使物質原子激發(fā)的能量，如入射光子的能量必須等于或大于將K電子從無窮遠移至K層時所作的功W，稱此時的光子波長λ稱為K系的吸收限。⑸當原子中K層的一個電子

6、被打出后，它就處于K激發(fā)狀態(tài)，其能量為Ek。如果一個L層電子來填充這個空位，K電離就變成了L電離，其能由Ek變成El，此時將釋EkEl的能量，可能產(chǎn)生熒光χ射線，也可能給予L層的電子，使其脫離原子產(chǎn)生二次電離。即K層的一個空位被L層的兩個空位所替代，這種現(xiàn)象稱俄歇效應。4.4.產(chǎn)生產(chǎn)生X射線需具備什么條件？射線需具備什么條件？答：實驗證實:在高真空中，凡高速運動的電子碰到任何障礙物時，均能產(chǎn)生X射線，對于其他帶電的基本粒子也有類似現(xiàn)象發(fā)

7、生。電子式X射線管中產(chǎn)生X射線的條件可歸納為：1，以某種方式得到一定量的自由電子；2，在高真空中，在高壓電場的作用下迫使這些電子作定向高速運動；3，在電子運動路徑上設障礙物以急劇改變電子的運動速度。第3頁共19頁9.9.為什么會出現(xiàn)吸收限？為什么會出現(xiàn)吸收限？K吸收限為什么只有一個而吸收限為什么只有一個而L吸收限有三個？當激發(fā)吸收限有三個？當激發(fā)K系熒光Ⅹ射線時，能否系熒光Ⅹ射線時，能否伴生伴生L系？當系？當L系激發(fā)時能否伴生系激發(fā)時能

8、否伴生K系？系？答：一束X射線通過物體后，其強度將被衰減，它是被散射和吸收的結果。并且吸收是造成強度衰減的主要原因。物質對X射線的吸收，是指X射線通過物質對光子的能量變成了其他形成的能量。X射線通過物質時產(chǎn)生的光電效應和俄歇效應，使入射X射線強度被衰減，是物質對X射線的真吸收過程。光電效應是指物質在光子的作用下發(fā)出電子的物理過程。因為L層有三個亞層，每個亞層的能量不同，所以有三個吸收限，而K只是一層，所以只有一個吸收限。激發(fā)K系光電效應

9、時，入射光子的能量要等于或大于將K電子從K層移到無窮遠時所做的功Wk。從X射線被物質吸收的角度稱入K為吸收限。當激發(fā)K系熒光X射線時，能伴生L系，因為L系躍遷到K系自身產(chǎn)生空位，可使外層電子遷入，而L系激發(fā)時不能伴生K系。10.10.已知鉬的λ已知鉬的λKα＝0.710.71，鐵的λ，鐵的λKα＝1.931.93及鈷的λ及鈷的λKα＝1.791.79，試求光子的頻率和能量。試計算鉬的，試求光子的頻率和能量。試計算鉬的K激發(fā)電壓，已知鉬的

10、λ激發(fā)電壓，已知鉬的λK＝0.6190.619。已知鈷的。已知鈷的K激發(fā)電壓激發(fā)電壓VK＝7.71kv7.71kv，試求其λ，試求其λK。解：⑴由公式νKa=cλKa及E＝hν有：對鉬，ν＝3108(0.711010)＝4.231018（Hz）E=6.6310344.231018＝2.801015（J）對鐵，ν＝3108（1.931010）＝1.551018（Hz）E=6.6310341.551018＝1.031015（J）對鈷，ν＝3

11、108(1.791010)＝1.681018（Hz）E=6.6310341.681018＝1.111015（J）⑵由公式λK＝1.24VK，對鉬VK＝1.24λK＝1.240.0619=20(kv)對鈷λK＝1.24VK＝1.247.71=0.161(nm)=1.61()。11.11.X射線實驗室用防護鉛屏厚度通常至少為射線實驗室用防護鉛屏厚度通常至少為lmmlmm，試計算這種鉛屏對，試計算這種鉛屏對CuKCuKα、α、MoKMoKα輻

12、射的透射系數(shù)各為α輻射的透射系數(shù)各為多少？多少？解：穿透系數(shù)IHIO=eμmρH，其中μm：質量吸收系數(shù)cm2g1，ρ：密度gcm3H：厚度cm，本題ρPb=11.34gcm3H=0.1cm對CrKα，查表得μm=585cm2g1，其穿透系數(shù)IHIO=eμmρH=e58511.340.1=7.82e289=71.1310??對MoKα，查表得μm=141cm2g1，其穿透系數(shù)IHIO=eμmρH=e14111.340.1=3.62e70

13、=121.35210??12.12.厚度為厚度為1mm1mm的鋁片能把某單色Ⅹ射線束的強度降低為原來的的鋁片能把某單色Ⅹ射線束的強度降低為原來的23.923.9％，試求這種Ⅹ射線的波長。試計％，試求這種Ⅹ射線的波長。試計算含算含WcWc＝0.80.8％，％，WcrWcr＝4％，％，WwWw＝1818％的高速鋼對％的高速鋼對MoKMoKα輻射的質量吸收系數(shù)。α輻射的質量吸收系數(shù)。解：?IH＝I0e(μρ)ρH＝I0eμmρH?式中μm＝μ