2022年无机材料测试技术思考与练习题答案.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 1、X 射线产生的基本条件是什么?答: X 射线产生的基本条件:1 产生自由电子2 使电子做定向高速运动X 射线的性质有哪些 . 3 在其运动的路径上设置一个障碍物,使电子突然减速;X 射线的性质:X 射线肉眼看不见, 可使物质发出可见的荧光, 使照相底片感光,使气体电 离;X 射线沿直线传播,经过电场或磁场不发生偏转,具有很强的穿透才能,可 被吸取强度衰减,杀伤生物细胞;2、连续 X 射线谱及特点 X 射线谱的产生气理是什么?答:连续 X 射线谱的产生气理:当高速电子流轰击阳极外表时, 电子运动突然受到阻挡, 产生极大的负加速度,一个带有负电
2、荷的电子在受到这样一种加速度时,电子四周的电磁场将发生急剧的变化,必定要产生一个电磁波, 该电磁波具有肯定的波长; 而数量极大的电子 流射到阳极靶上时, 由于到达靶面上的时间和被减速的情形各不相同,因此产生 的电磁波将具有连续的各种波长,形成连续 X 射线谱;特点 X 射线谱的产生气理:当 X 射线管电压加大到某一临界值Vk 时,高速运动的电子动能足以将阳极物质原子的 K 层电子给激发出来;于是低能级上显现空位,原子系统才能上升,处于不稳固的激发状态,随后高能级电子跃迁到K 层空位,使原子系统能量降低重新趋于稳固;在这个过程中,原子系统内电子从高能级向低能级的这种跃迁,余外的能量将以光子的形式
3、辐射出特点 X 射线;3、以表中的元素为例,说明 以说明?X 射线 K 系波长随靶材原子序数的变化规律,并加答:依据莫赛莱定律 1 =K Z-,靶材原子序数越大, X 射线 K 系波长越小;靶材的原子序数越大, 对于同一谱系, 所需激发电压越高,h c =eV k,X 射线 K k系波长越小;名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4、什么是 X 射线强度、 X 射线相对强度、 X 射线肯定强度?答: X 射线强度是指垂直于 光子数目的能量总和;X 射线传播方向的单位面积上在单位时间内通过的5、为什么 X 射线管的窗口要
4、用 Be 做,而防护 X 光时要用 Pb 板?答:I I =0 e-m t,Be 吸取系数和密度比较小,强度透过的比较大;而 Pb 吸取系数和密度比较大,强度透过的比较小;因此 X 射线管的窗口要用 Be 做,而防护 X光时要用 Pb 板;6、说明 X 射线的光电效应、俄歇效应与吸取限,吸取限的应用有哪些?答:光电效应: X 射线与物质作用,具有足够能量的X 射线光子激发掉原子K层的电子,外层电子跃迁填补,余外能量辐射出来,被X 射线光子激发出来的电子称为光电子,所辐射的 X 射线称为荧光 X 射线,这个过程称为光电效应;俄歇效应:原子在 X 射线光子的作用下失掉一个 K 层电子,它所处状态为
5、 K 激发态,当一个 L2 层电子填充这个空位后,就会有数值等于 EL2-Ek 的能量释放出来,当这个能量 EL2-EkEL,它就有可能使 L2、L3、M、N 等层的电子逸出,产生相应的电子空位,而这被 程称为俄歇效应;K 荧光 X 射线激发出的电子称为俄歇电子,这个过7、说明为什么对于同一材料其 kkk;答:导致光电效应的 X 光子能量 =将物质 K 电子移到原子引力范畴以外所需作的功 h v k =W k;h v k =E -E =W -W =h L k k L v k-h v ;L h v k =E -E =W -W =h M k k M v k-h v Mh v k = h v k-h
6、 v hv k又 E -E E -E k 故 hv hv k 所以 hv k hv k hv kv = c 所以 kk k3 Cuk 能激发 CuL 荧光辐射;kL9、试运算当管电压为 50kV 时,X 射线管中电子在撞击靶面时的速度与动能,. 以及对所发射的连续谱的短波限和辐射光子的最大能量是多少 解:已知条件: U=50kv;电子静止质量 m0=9.1 10-31kg;光速 c=2.998 10 8m/s;电子电量 e=1.60210-19C;普朗克常数 h=6.626 10-34J.s 电子从阴极飞出到达靶获得的总动能E=eU=1.602 10-19C 50kv=8.01 10-18kJ
7、 由于 E=m0v0 2/2,所以电子与靶碰撞时的速度为v0=2E/m01/2=4.2 10 6m/s 连续谱的短波限 0的大小仅取决于加速电压 0. 12400/v伏 .辐射出来的光子的最大动能为E0h.0hc/ 01.99 10-15J 10、运算 0.071nmMoK 和 0.154nmCuK 的 X 射线的振动频率和能量;解:对于某物质 X 射线的振动频率C ;能量 W=h .1034J s1015J其中: C 为 X 射线的速度108 m/s; 为物质的波长; h 为普朗克常量为对于 Mo KkC =2. 998108m/s4.2231018s10 .071109ms1=2 .797
8、kW k =h.k=6.6251034Js4.2231018对于 CuKkC =2. 998108m/s1. 951018s10. 154109m1015JkW k =h.k=6.6251034Js1. 951018s1=1 .2911、欲用 Mo 靶 X 射线管激发 Cu 的荧光 X 射线辐射, 所需施加的最低管电压是多少?激发出的荧光辐射的波长是多少?解: eVk=hc/Vk10-3410 810-1910-10=17.46kv 0=1.24/vnm=1.24/17.46nm=0.071nm 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 20 页精选学习资料 - - - - -
9、- - - - 其中 h为普郎克常数,其值等于 10-34 e为电子电荷,等于 10-19c 故需加的最低管电压应 kv,所发射的荧光辐射波长是纳米;12、为使 CuK 的强度衰减 1/2,需要多厚的 Ni 滤波片?解:由I = I 0-emt得13、试运算将 Cu 辐射中的 IK /IK 从提高到 600 的 Ni 滤片厚度 Ni 对 CuK的质量吸取系数 m=350cm2/g;解:I k =I k 0 e-m k tI k =I k 0 e-m k t又 II kk 0 0 =7.5I Ik k =600 就 8= e- t m k-m k= e-8.9 t 45.7-350t=7.68
10、10-4 14、运算空气对 CrK 的质量吸取系数和线吸取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 1.29 10-3gcm3;解: cm2/g =m =30.18 1.29 10-3=3.89 10-2 cm-115、X 射线试验室中用于防护的铅屏,其厚度通常至少为 lmm,试运算这种铅屏对于 CuK 、MoK 和 60KV 工作条件下从管中发射的最短波长辐射的透射因数各为多少?解:透射因数 I/I 0=e- mt,Pb cm-3,t 对 CuK ,查表得 m=585cm 2 g-1,其透射因数 I/I 0=e- mt=e=7.82 e-289= 1.13 10
11、7对 MoK ,查表得 m=141cm 2 g-1,其透射因数 I/I 0=e- mt=e=3.62 e-70= 1.352 101216、用倒易点阵概念推导立方晶系面间距公式;名师归纳总结 解:dhkl 与其倒易点阵中的倒易矢量长度=H* hkl成反比dhkl=1H* * *=ha +kb + c第 4 页,共 20 页hklH* hkl又由于立方晶系* * *a =b =c =bc=cVaab=1=1=1VVabc- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 就H*=h+k+lH*=h2+k2+l2=2 2h +k +l2hklhklaaaaa因此dhkl=a
12、22 2h +k +l17、利用倒易点阵概念运算立方晶系110和 111面之间的夹角;18、布拉格方程式中各符号的物理意义是什么?该公式有哪些应用?布拉格方程各符号物理意义:满意衍射的条件为 2dsin =nd 为面间距, 为入射线、反射线与反射晶面之间的交角,称掠射角或布拉格角,而2 为入射线与反射线衍射线之间的夹角,称衍射角,n 为整数,称反射级数, 为入射线波长;布拉格方程应用:布拉格方程是X 射线衍射分布中最重要的基础公式,它形式简洁,能够说明衍射的基本关系,一方面是用已知波长的 X 射线去照耀晶体,通过衍射角的测量求得晶体中各晶面的面间距d,这就是结构分析 X 射线衍射学;另一方面是
13、用一种已知面间距的晶体来反射从试样发射出来的 X 射线,通过衍射角的测量求得 X 射线的波长,这就是 X 射线光谱学;该法除可进行光谱结构的争论外,从 X 射线的波长仍可确定试样的组成元素;电子探针就是按这原理设计的;19、为什么说劳厄方程和布拉格方程实质上是一样的 . 20、一束 X 射线照耀在一个晶面上,除“镜面反射 ”方向上可获得反射线外,在其他方向上有无反射线 .为什么 .与可见光的镜面反射有何异同 .为什么 . 答:有,满意布拉格方程的方向上都能反射;可见光的反射只在晶体外表进行,X 射线的反射是满意布拉格方程晶体内部全部晶面都反射;21、-Fe 属立方晶系,点阵参数;如用CrK X
14、 射线 =0.2291nm 照耀,试求110200及211可发生衍射的掠射角;名师归纳总结 解: 2d hklsin = =arcsin=arcsin2 2 h +k +l2第 5 页,共 20 页2dhkl2a110 =arcsin2 20.2291 1 +1 +02=34.422 0.2866- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 200 =arcsin2 20.2291 2 +0 +02=53.0720.2866211 =arcsin0.2291 2 +1 +1 2 2 2=78.242 0.286622、衍射线的肯定强度、相对强度、累积强度积分强度
15、的物理概念是什么 . 答:累积强度、肯定强度积分强度 :某一组面网衍射的X 射线光量子的总数;相对强度:用某种规定的标准去比较各个衍射线条的强度而得出的强度相比照值,实际上是;由I 累除以 I0 及肯定的常数值而来;23、影响多晶体衍射强度各因子的物理意义是什么.结构因子与哪些因素有关系. 答:多重性因子、结构因子、角因子、温度因子和吸取因子;结构因子只与原子在晶胞中的位置有关,而不受晶胞的外形和大小的影响;24、某立方系晶体,其 100 的多重性因子是多少 .如该晶体转变成四方晶系,这个晶面族的多重性因子会发生什么变化 .为什么 . 答:立方系晶,其 100 的多重性因子是 6:100、10
16、0、010、010、001、001;四方晶系,其 100 的多重性因子是 4:100、100、010、010;25、金刚石晶体属面心立方点阵,每个晶胞含8 个原子,坐标为 0,0,0、1/2,1/2,0、1/2,0,1/2、0,1/2,1/2、1/4,1/4,1/4、3/4,3/4,1/4、3/4,1/4,3/4、1/4,3/4,3/4,原子散射因子 f a,求其系统消光规律 F2简化表达式 ,并据此说明结构消光的概念;解:2 F hkl2 =f cos20 +cos 2h+k+cos 2h+l+cos2k+l+cos 2+h+k+l222222444+cos 23h 4+3k+l+cos23
17、h+k+3 l+cos 2h+3k+3 l244444444k+l0 +sin 2h+k+sin 2h+l+sin 2k+l+sin 2h2 +f sin 2222222444+sin 23h+3k+l+sin 23h+k+3 l+sin 2h+3k+3 l244444444426、有一四方晶系晶体,其每个单位晶胞中含有位于 1/4、1/2,0,3/4、0,1/2,3/4上的四个同类原子,:0,1/2, 1/4、1/2, 0,1试导出其 F 2的简化表名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 达式 ; 2该晶体属哪种布拉维
18、点阵. 3运算出 100002111001反射的 F 值;解0+k+l 4+cos 2h+0+l+cos 2h+0+3 l4+cos 2k0+k 2+3 l:2 F hkl2 =f cos 22224242 +f sin 20+k 2+l+sin 2h 2+0+l+sin 2h+0+3 l+sin 20+3 l424424227NaCl 晶胞中原子的位置如下:Na 离子 0、0、0, 0、 1/2、1/2,1/2、0、1/2,1/2、1/2、0;Cl 离子 1/2、0、0, 0、1/2、0, 0、0、1/2,1/2、1/2、1/2;Na 和 Cl 离子的散射振幅分别为fNa+、fCl-,争论系
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