材料现代分析方法第一章习题答案.doc

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？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. 试计算当管电压为50 kV时，X射线管中电子击靶时的速度与动能，以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大能量是多少？解：已知条件：U=50kV电子静止质量：m0=9.110-31kg光速：c=2.998108m/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所以电子击靶时的速度为： 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/U(伏) 0.248辐射出来的光子的最大动能为： E0hvhc/01.9910-15J3. 4. 如果用Cu靶X光管照相，错用了Fe滤片，会产生什么现象？答：Cu的K1,K2, K线都穿过来了，没有起到过滤的作用。5. 特征X射线与荧光X射线的产生机理有何不同？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？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。6. 连续谱是怎样产生的？其短波限 与某物质的吸收限 有何不同（V和VK以kv为单位）？答：当X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X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。7. 试计算钼的K激发电压，已知钼的K0.0619nm。欲用Mo靶X光管激发Cu的荧光X射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射波长是多少？解：(1) 由公式K1.24/UK， 对钼UK1.24/K1.24/0.0619=20(kV) (2) Uk=hc/ekUk=6.62610-342.998108/(1.60210-190.7110-10)=17.46(kV)0=1.24/Uk(nm)=1.24/17.46(nm)=0.071(nm) 其中 h为普郎克常数，其值等于6.62610-34 ；c为光速，等于2.998108m/s；e为电子电荷，等于1.60210-19c故需加的最低管电压应17.46(kV)，所发射的荧光辐射波长是0.071nm。8. 9. 计算lmm厚的Pb对MoK的透射因数。解：透射因数I/I0=e-mx 其中m：质量吸收系数/cm2g-1，：密度/gcm-3 x：厚度/cm，本题Pb=11.34gcm-3，x=0.1cm 对MoK，查表得m=141cm2g-1， 其透射因数：I/I0= e-mx =e-14111.340.1=3.62e-70=10. 试计算含WC0.8，Wcr4，Ww18的高速钢对MoK辐射的质量吸收系数。解： (2)m=1m1+2m2+imi 1, 2i为各元素的质量百分数，而m1，m2mi为各元素的质量吸收系数，i为组分元素数目。查表得C=0.7cm2g-1，Cr=30.4cm2g-1，W=105.4cm2g-1，Fe=38.3cm2g-1。m=0.80.70430.418105.4（10.8418）38.3=49.7612（cm2g-1）11. 画出Fe2B在平行于（010）上的部分倒易点。Fe2B属正方晶系，点阵参数a=b=0.510nm,c=0.424nm。19. 试述原子散射因数f和结构因数的物理意义。结构因数与哪些因素有关系?答：原子散射因数:f=Aa/Ae=一个原子所有电子相干散射波的合成振幅/一个电子相干散射波的振幅，它反映的是一个原子中所有电子散射波的合成振幅。结构因数：式中结构振幅FHKL=Ab/Ae=一个晶胞的相干散射振幅/一个电子的相干散射振幅结构因数表征了单胞的衍射强度，反映了单胞中原子种类，原子数目，位置对（HKL）晶面方向上衍射强度的影响。结构因数只与原子的种类以及在单胞中的位置有关，而不受单胞的形状和大小的影响。22. 所谓体心立方，是点阵型式的一种。每个由晶体结构抽出的点阵点一是要满足点阵的定义，二是要求在晶体结构中（点阵结构）所处的环境一致。 氯化铯晶胞中，顶点(氯离子)和体心（铯离子）本身和环境均不相同，所以二者不能同时作为点阵点，因此当然不能是体心立方点阵。只能将其中同一类的离子（或氯离子，或铯离子）位置看成点阵点，这样每个点阵点是完全一样的，才符合点阵定义。这时的点阵型式是简单立方。每个点阵点所代表的内容均是一个氯离子和一个铯离子。