材料分析測試方法部分習(xí)題答案黃新民

1、第1頁共19頁材料分析測試方法課后習(xí)題答案材料分析測試方法課后習(xí)題答案1.1.X射線學(xué)有幾個分支？每個分支的研究對象是什么？射線學(xué)有幾個分支？每個分支的研究對象是什么？答：X射線學(xué)分為三大分支：X射線透射學(xué)、X射線衍射學(xué)、X射線光譜學(xué)。X射線透射學(xué)的研究對象有人體，工件等，用它的強(qiáng)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(xué)是根據(jù)衍射花樣，在波長已知的情況下測定晶體結(jié)構(gòu)，研究與結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)變化的相關(guān)的各種問題。X射線光譜學(xué)

2、是根據(jù)衍射花樣，在分光晶體結(jié)構(gòu)已知的情況下，測定各種物質(zhì)發(fā)出的X射線的波長和強(qiáng)度，從而研究物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)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(guān)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(yīng)”？答：⑴當(dāng)χ射線通過物質(zhì)時，物質(zhì)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(dāng)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(dāng)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(zhì)時光子的能量大于或等于使物質(zhì)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(yuǎn)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(dāng)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(yīng)。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(shí)驗(yàn)證實(shí):在高真空中，凡高速運(yùn)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(yùn)動；3，在電子運(yùn)動路徑上設(shè)障礙物以急劇改變電子的運(yùn)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(dāng)激發(fā)吸收限有三個？當(dāng)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(dāng)系？當(dāng)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(qiáng)度將被衰減，它是被散射和吸收的結(jié)果。并且吸收是造成強(qiáng)度衰減的主要原因。物質(zhì)對X射線的吸收，是指X射線通過物質(zhì)對光子的能量變成了其他形成的能量。X射線通過物質(zhì)時產(chǎn)生的光電效應(yīng)和俄歇效應(yīng)，使入射X射線強(qiáng)度被衰減，是物質(zhì)對X射線的真吸收過程。光電效應(yīng)是指物質(zhì)在光子的作用下發(fā)出電子的物理過程。因?yàn)長層有三個亞層，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(yīng)

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(yuǎn)時所做的功Wk。從X射線被物質(zhì)吸收的角度稱入K為吸收限。當(dāng)激發(fā)K系熒光X射線時，能伴生L系，因?yàn)長系躍遷到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(shí)驗(yàn)室用防護(hù)鉛屏厚度通常至少為射線實(shí)驗(yàn)室用防護(hù)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(zhì)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(qiáng)度降低為原來的的鋁片能把某單色Ⅹ射線束的強(qiáng)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(zhì)量吸收系數(shù)。α輻射的質(zhì)量吸收系數(shù)。解：?IH＝I0e(μρ)ρH＝I0eμmρH?式中μm＝μ