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1、材料分析测试措施课后习题答案1. 射线学有几种分支？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、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把戏，在波长已知的状况下测定晶体构造,研究与构造和构造变化的有关的多种问题。X射线光谱学是根据衍射把戏,在分光晶体构造已知的状况下,测定多种物质发出的X射线的波长和强度，从而研究物质的原子构造和成分。2. 分析下列荧光辐射产生的也许性，为什么?(1)用CuKX射线激发u荧光辐射；（2）用K射线激发CK荧光辐射；（3）用uKX射线激发CuL
2、荧光辐射。答:根据典型原子模型，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，她们有一定的能量。最内层能量最低,向外能量依次增长。根据能量关系,M、K层之间的能量差不小于L、K成之间的能量差,K、层之间的能量差不小于M、层能量差。由于释放的特性谱线的能量等于壳层间的能量差,因此K的能量不小于K的能量,a能量不小于La的能量。因此在不考虑能量损失的状况下：（1） Cu能激发CuK荧光辐射;（能量相似）（2） CuK能激发CuKa荧光辐射;(KK）（3） Ca能激发CuL荧光辐射;（Ka）3. 什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“荧光辐射”、“吸取限”、“俄歇效
3、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似，这种由于散射线与入射线的波长和频率一致,位相固定，在相似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,可以得到波长比入射射线长的射线，且波长随散射方向不同而变化,这种散射现象称为非相干散射。 一种具有足够能量的射线光子从原子内部打出一种电子,当外层电子来填充K空位时,将向外辐射系射线,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不小于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能量必须
4、等于或不小于将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系的吸取限。当原子中K层的一种电子被打出后，它就处在K激发状态,其能量为。如果一种层电子来填充这个空位，电离就变成了L电离,其能由Ek变成El，此时将释Ek-l的能量,也许产生荧光射线,也也许予以层的电子，使其脱离原子产生二次电离。即层的一种空位被L层的两个空位所替代,这种现象称俄歇效应。4. 产生X射线需具有什么条件?答:实验证明：在高真空中,凡高速运动的电子遇到任何障碍物时，均能产生X射线,对于其她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
5、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，在电子运动途径上设障碍物以急剧变化电子的运动速度。5. 射线具有波粒二象性,其微粒性和波动性分别表目前哪些现象中?答:波动性重要体现为以一定的频率和波长在空间传播，反映了物质运动的持续性;微粒性重要体现为以光子形式辐射和吸取时具有一定的质量,能量和动量,反映了物质运动的分立性。6. 计算当管电压为50 kv时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的持续谱的短波限和光子的最大动能。解：已知条件：U=5kv电子静止质量：m0=9.110-3kg光速:2.98108ms电子电量:e=.60210-C普朗克常数：h.2610-34J.s电子从阴
6、极飞出达到靶的过程中所获得的总动能为 eU1.60210-19C50kv.01-18k由于E12002因此电子与靶碰撞时的速度为 0(20)1/=4.106/所发射持续谱的短波限0的大小仅取决于加速电压 0（)=1200/(伏) =.248辐射出来的光子的最大动能为 E0h0c/0=.910-15J7. 特性X射线与荧光射线的产生机理有何异同？某物质的K系荧光X射线波长与否等于它的K系特性射线波长?答:特性射线与荧光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在激发态，高能级电子回迁释放的是特性X射线;以 射线轰击，使原子处
7、在激发态,高能级电子回迁释放的是荧光X射线。某物质的K系特性X射线与其系荧光X射线具有相似波长。8. 持续谱是如何产生的?其短波限与某物质的吸取限有何不同(V和VK以k为单位）？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。根据典型物理学的理论，一种带负电荷的电子作加速运动时，电子周边的电磁场将发生急剧变化，此时必然要产生一种电磁波，或至少一种电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不也许相似，因而得到的电磁波将具有持续的多种波长，形成持续射线谱。在极限状况下，很少数的电子在一次碰撞中将所有能量一次性转化为
8、一种光量子，这个光量子便具有最高能量和最短的波长，即短波限。持续谱短波限只与管压有关，当固定管压,增长管电流或变化靶时短波限不变。原子系统中的电子遵从泡利不相容原理不持续地分布在K,，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，从而使原子处在激发态。这时所需的能量即为吸取限,它只与壳层能量有关。即吸取限只与靶的原子序数有关，与管电压无关。9. 为什么会浮现吸取限?K吸取限为什么只有一种而吸取限有三个？当激发K系荧光射线时,能否伴生L系?当L系激发时能否伴生系?答:一束X射线通过物体后,其强度将被衰减，它是被散射和吸取的成果。并且
9、吸取是导致强度衰减的重要因素。物质对X射线的吸取,是指X射线通过物质对光子的能量变成了其她形成的能量。射线通过物质时产生的光电效应和俄歇效应，使入射射线强度被衰减,是物质对X射线的真吸取过程。光电效应是指物质在光子的作用下发出电子的物理过程。由于L层有三个亚层，每个亚层的能量不同，因此有三个吸取限,而K只是一层，因此只有一种吸取限。激发K系光电效应时,入射光子的能量要等于或不小于将K电子从K层移到无穷远时所做的功Wk。从射线被物质吸取的角度称入K为吸取限。当激发K系荧光X射线时,能伴生L系,由于系跃迁到K系自身产生空位，可使外层电子迁入,而L系激发时不能伴生K系。10. 已知钼的K=.1，铁的
10、K=193及钴的=19，试求光子的频率和能量。试计算钼的激发电压,已知钼的K=0.619。已知钴的K激发电压V7.71k，试求其。解:由公式Ka=c/K及E=h有： 对钼，3108(.7110)=.23108(H) .6310344.231018=2800-1(J) 对铁,=/(3-1）1.551018(Hz) E=663131.51018.0310-1(J） 对钴,=3108/(1.791010）=1.6818(Hz) E=.61-341.6181110-15（J） 由公式K=1.24VK， 对钼K=1.4K=124/0.69=2(k) 对钴K=14/V1.24/7.7=0.161（nm)=
11、1.61（）。11. 射线实验室用防护铅屏厚度一般至少为lmm，试计算这种铅屏对CuK、MoK辐射的透射系数各为多少?解：穿透系数H/Ie-mH， 其中m：质量吸取系数/c2g1,：密度/gcm-3 H:厚度/cm,本题b=11.4gcm-3,H=0.cm 对CrK,查表得m585g1, 其穿透系数IH/IOemHe-811.34.1782e-289= 对Mo K，查表得m41c21, 其穿透系数IHIO-mH=e1411.3.1=3.2e7012. 厚度为1mm的铝片能把某单色射线束的强度减少为本来的23.9%，试求这种射线的波长。试计算含Wc0.8，Wcr=4%,Ww8的高速钢对MoK辐射
12、的质量吸取系数。解:IH=0e(/) H=Ie式中m=称质量衷减系数,其单位为cm2/g，为密度,为厚度。今查表l的密度为2.7g/cm-3 H=mm, I=23.9 0带入计算得=5.0查表得:=.107m(MK)(2)mm1+2m2imi 1, 2 为吸取体中的质量分数,而m1,2 mi 各组元在一定X射线衰减系数m=.80.043.41%105.（1-0.8%48%）38.3=9.612（cm2）14. 欲使钼靶X射线管发射的X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？解:k=h/Vk=6.2610-342.99810(1.2
13、10-90711010)=1.46（kv）0=1.24/v(n)=1.24/.4（n)=.01(n) 其中 h为普郎克常数,其值等于6.6210-3 为电子电荷，等于160210-19故需加的最低管电压应46(v)，所发射的荧光辐射波长是0.071纳米。15. 什么厚度的镍滤波片可将CK辐射的强度减少至入射时的70%?如果入射X射线束中K和K强度之比是5：,滤波后的强度比是多少?已知=49.03c2g，m=20cm2/。解: 有公式II0em I0eut查表得:.9/m3 um=4903m2/g 由于 I=I0*70% umt=0.7 解得 =0.08mm 因此滤波片的厚度为0.008mm 又由于: I50- 0e-mt 带入数据解得28.8滤波之后的强度之比为29：116. 如果Co的、K辐射的强度比为:1,当通过涂有15mgcm2的FO3滤波片后,强度比是多少?已知e2O3的=5.24cm3,铁对CoK的m371cm2/g,氧对CoK的m=15cm/g。解：设滤波片的厚度为t=151-3/5240.0286cm由公式II0Umt得：Ia=5I
