材料分析测试方法习题及答案

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1、第一章第一章1. X 射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？ 2. 分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？ （1）用 CuKX 射线激发 CuK荧光辐射； （2）用 CuKX 射线激发 CuK荧光辐射； （3）用 CuKX 射线激发 CuL荧光辐射。 3. 什么叫“相干散射” 、 “非相干散射” 、 “荧光辐射” 、 “吸收限” 、 “俄歇效应” 、 “发射谱” 、 “吸收谱”？ 4. X 射线的本质是什么？它与可见光、紫外线等电磁波的主要区别何在？用哪些物理量描 述它？ 5. 产生 X 射线需具备什么条件？ 6. 射线具有波粒二象性，其微粒性和波动性分别表现在哪些现象中？ 7. 计算当

2、管电压为 50 kv 时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短 波限和光子的最大动能。 8. 特征 X 射线与荧光 X 射线的产生机理有何异同？某物质的 K 系荧光 X 射线波长是否等 于它的 K 系特征 X 射线波长？9. 连续谱是怎样产生的？其短波限与某物质的吸收VeVhc301024.1限有何不同（V 和 VK以 kv 为单位）？ kkkVeVhc31024.110. 射线与物质有哪些相互作用？规律如何？对 x 射线分析有何影响？反冲电子、光电 子和俄歇电子有何不同？ 11. 试计算当管压为 50kv 时，射线管中电子击靶时的速度和动能，以及所发射的连续谱 的短波限和光子的

3、最大能量是多少？ 12. 为什么会出现吸收限？K 吸收限为什么只有一个而 L 吸收限有三个？当激发 X 系荧光 射线时，能否伴生 L 系？当 L 系激发时能否伴生 K 系？ 13. 已知钼的 K0.71，铁的 K1.93 及钴的 K1.79，试求光子的频率和能 量。试计算钼的 K 激发电压，已知钼的 K0.619。已知钴的 K 激发电压 VK7.71kv，试求其 K。 14. X 射线实验室用防护铅屏厚度通常至少为 lmm，试计算这种铅屏对 CuK、MoK 辐射 的透射系数各为多少？ 15. 如果用 1mm 厚的铅作防护屏，试求 CrK和 MoK的穿透系数。 16. 厚度为 1mm 的铝片能把

4、某单色射线束的强度降低为原来的 23.9，试求这种射线 的波长。 试计算含 Wc0.8，Wcr4，Ww18的高速钢对 MoK 辐射的质量吸收系数。 17. 欲使钼靶射线管发射的射线能激发放置在光束中的铜样品发射 K 系荧光辐射，问 需加的最低的管压值是多少？所发射的荧光辐射波长是多少？ 18. 什么厚度的镍滤波片可将 CuK辐射的强度降低至入射时的 70？如果入射 X 射线束中 K和 K强度之比是 5：1，滤波后的强度比是多少？已知 m49.03cm2g，m290cm2g。 19. 如果 Co 的 K、K辐射的强度比为 5：1，当通过涂有 15mgcm2的 Fe2O3滤波片后，强 度比是多少？

5、已知 Fe2O3的 =5.24gcm3，铁对 CoK的 m371cm2g，氧对 CoK的 m15cm2g。 20. 计算 0.071 nm（MoK）和 0.154 nm（CuK）的射线的振动频率和能量。 （答案： 4.231018s-l，2.8010-l5J，1.951018s-1，l.2910-15J） 21. 以铅为吸收体，利用 MoK、RhK、AgKX 射线画图，用图解法证明式（1-16）的正确 性。 （铅对于上述射线的质量吸收系数分别为 122.8，84.13，66.14 cm2g） 。再由 曲线求出铅对应于管电压为 30 kv 条件下所发出的最短波长时质量吸收系数。 22. 计算空气

6、对 CrK的质量吸收系数和线吸收系数（假设空气中只有质量分数 80的氮和 质量分数 20的氧，空气的密度为 1.2910-3gcm3） 。 （答案：26.97 cm2g，3.4810-2 cm-1 23. 为使 CuK线的强度衰减 12，需要多厚的 Ni 滤波片？（Ni 的密度为 8.90gcm3） 。 CuK1和 CuK2的强度比在入射时为 2：1，利用算得的 Ni 滤波片之后其比值会有什么 变化？ 24. 试计算 Cu 的 K 系激发电压。 （答案：8980） 25. 试计算 Cu 的 Kl射线的波长。 （答案：0.1541 nm）. 1.1. X X 射线学有几个分支？每个分支的研究对象

7、是什么？射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？ 答：X 射线学分为三大分支：X 射线透射学、X 射线衍射学、X 射线光谱学。 X 射线透射学的研究对象有人体，工件等，用它的强透射性为人体诊断伤病、用于探 测工件内部的缺陷等。 X 射线衍射学是根据衍射花样，在波长已知的情况下测定晶体结构，研究与结构和结 构变化的相关的各种问题。 X 射线光谱学是根据衍射花样，在分光晶体结构已知的情况下，测定各种物质发出的 X 射线的波长和强度，从而研究物质的原子结构和成分。 2.2. 分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？ （1 1）用）用 CuKCuKX X 射线激

8、发射线激发 CuKCuK荧光辐射；荧光辐射； （2 2）用）用 CuKCuKX X 射线激发射线激发 CuKCuK荧光辐射；荧光辐射； （3 3）用）用 CuKCuKX X 射线激发射线激发 CuLCuL荧光辐射。荧光辐射。 答：根据经典原子模型，原子内的电子分布在一系列量子化的壳层上，在稳定状态下，每 个壳层有一定数量的电子，他们有一定的能量。最内层能量最低，向外能量依次增加。 根据能量关系，M、K 层之间的能量差大于 L、K 成之间的能量差，K、L 层之间的能量 差大于 M、L 层能量差。由于释放的特征谱线的能量等于壳层间的能量差，所以 K 的能量 大于 Ka 的能量，Ka 能量大于 La

9、 的能量。 因此在不考虑能量损失的情况下： （1）CuKa 能激发 CuKa 荧光辐射；（能量相同） （2）CuK 能激发 CuKa 荧光辐射；（KKa） （3）CuKa 能激发 CuLa 荧光辐射；（Kala） 3.3. 什么叫“相干散射” 、 “非相干散射” 、 “荧光辐射” 、 “吸收限” 、 “俄歇效应”？ 答： 当 射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动 产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的波长和频率一 致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。 当 射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波

10、长比入射 射线长的 射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。 一个具有足够能量的 射线光子从原子内部打出一个 K 电子，当外层电子来填充 K 空 位时，将向外辐射 K 系 射线，这种由 射线光子激发原子所发生的辐射过程，称荧光辐射。或二次荧光。 指 射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能 量必须等于或大于将 K 电子从无穷远移至 K 层时所作的功 W，称此时的光子波长 称为 K 系的吸收限。 当原子中 K 层的一个电子被打出后，它就处于 K 激发状态，其能量为 Ek。如果一个 L 层电子来填充这个空位，K 电离就变成了 L 电离，其能由 E

11、k 变成 El，此时将释 Ek-El 的能 量，可能产生荧光 射线，也可能给予 L 层的电子，使其脱离原子产生二次电离。即 K 层 的一个空位被 L 层的两个空位所替代，这种现象称俄歇效应。 4.4. 产生产生 X X 射线需具备什么条件？射线需具备什么条件？ 答：实验证实:在高真空中，凡高速运动的电子碰到任何障碍物时，均能产生 X 射线，对于 其他带电的基本粒子也有类似现象发生。电子式 X 射线管中产生 X 射线的条件可归纳为：1，以某种方式得到一定量的自由电 子；2，在高真空中，在高压电场的作用下迫使这些电子作定向高速运动；3，在电子运动 路径上设障碍物以急剧改变电子的运动速度。 5.5.

12、 射线具有波粒二象性，其微粒性和波动性分别表现在哪些现象中？射线具有波粒二象性，其微粒性和波动性分别表现在哪些现象中？ 答：波动性主要表现为以一定的频率和波长在空间传播，反映了物质运动的连续性；微粒 性主要表现为以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量，能量和动量，反映了物质运动的 分立性。 6.6. 计算当管电压为计算当管电压为 5050 kvkv 时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短 波限和光子的最大动能。波限和光子的最大动能。 解： 已知条件：U=50kv 电子静止质量：m0=9.110-31kg 光速：c=2.9981

13、08m/s 电子电量：e=1.60210-19C 普朗克常数：h=6.62610-34J.s 电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为E=eU=1.60210-19C50kv=8.0110-18kJ 由于 E=1/2m0v02 所以电子与靶碰撞时的速度为v0=(2E/m0)1/2=4.2106m/s 所发射连续谱的短波限 0的大小仅取决于加速电压0（）12400/v(伏) 0.248 辐射出来的光子的最大动能为E0h0hc/01.9910-15J 7.7. 特征特征 X X 射线与荧光射线与荧光 X X 射线的产生机理有何异同？某物质的射线的产生机理有何异同？某物质的 K K 系荧光系荧光

14、 X X 射线波长是否等射线波长是否等 于它的于它的 K K 系特征系特征 X X 射线波长？射线波长？ 答： 特征 X 射线与荧光 X 射线都是由激发态原子中的高能级电子向低能级跃迁时，多余能量以 X 射线的形式放出而形成的。不同的是：高能电子轰击使原子处于激发态，高能级电子回 迁释放的是特征 X 射线；以 X 射线轰击，使原子处于激发态，高能级电子回迁释放的是荧 光 X 射线。某物质的 K 系特征 X 射线与其 K 系荧光 X 射线具有相同波长。8.8. 连续谱是怎样产生的？其短波限连续谱是怎样产生的？其短波限与某物质的吸收与某物质的吸收VeVhc201024.1限限有何不同（有何不同（V

15、 V 和和 V VK K以以 kvkv 为单位）？为单位）？ kkkVeVhc21024.1答 当射线管两极间加高压时，大量电子在高压电场的作用下，以极高的速度向阳极轰击， 由于阳极的阻碍作用，电子将产生极大的负加速度。根据经典物理学的理论，一个带负电 荷的电子作加速运动时，电子周围的电磁场将发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁波， 或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相同，因而得 到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续射线谱。 在极限情况下，极少数的电子在一次碰撞中将全部能量一次性转化为一个光量子，这 个光量子便具有最高能量和最短的波长，即短波限。连续谱短波限

16、只与管压有关，当固定 管压，增加管电流或改变靶时短波限不变。 原子系统中的电子遵从泡利不相容原理不连续地分布在 K,L,M,N 等不同能级的壳层上， 当外来的高速粒子（电子或光子）的动能足够大时，可以将壳层中某个电子击出原子系统 之外，从而使原子处于激发态。这时所需的能量即为吸收限，它只与壳层能量有关。即吸 收限只与靶的原子序数有关，与管电压无关。 9.9. 为什么会出现吸收限？为什么会出现吸收限？K K 吸收限为什么只有一个而吸收限为什么只有一个而 L L 吸收限有三个？当激发吸收限有三个？当激发 K K 系荧光系荧光 射线时，能否伴生射线时，能否伴生 L L 系？当系？当 L L 系激发时能否伴生系激发时能否