第一章_X射线物理学基础

无机材料测试技术习题库第一章X射线物理学基础一、名词解释1、特征X射线2、连续X射线3、吸收限（λk）4、光电效应5、俄歇电子6、质量吸收系数7、相干散射8、非相干散射9、荧光X射线10、X射线强度11、AES二、填空1、产生X射线的基本条件、、。

2、X射线的强度是指内通过垂直于X射线方向的单位面积上的。

3、探测X射线的工具是：。

4、影响X射线强度的因素是：。

5、检测X射线的方法主要有：。

6、X射线谱是的关系。

7、吸收限的应用主要是、、。

8、当X射线的或吸收体的愈大时X射线愈容易被吸收。

9、一束X射线通过物质时，它的能量可分为三部分：、和。

10、X射线与物质相互作，产生两种散射现象，即和。

11、物质对X射线的吸收主要是由引起的。

三、判断1、入射X射线光子与外层电子或自由电子碰撞时产生相干散射。

2、由X射线产生X射线的过程叫做光电效应。

3、X射线与物质作用，有足够能量的X射线光子激发原子K层的电子，外层电子跃迁填补，多余的能量使L2、L3、M、N等层的电子逸出，这个过程叫做光电效应。

4、由X射线产生X射线的过程叫俄歇效应。

5、连续谱中，随V增大，短波极限值增大。

6、当X射线的波长愈短，或者穿过原子序数愈小的物质时，其吸收就愈大。

7、具有短波极限值的X射线强度最大。

8、具有短波极限值的X射线能量最大。

9、X射线成分分析的理论基础是同种原子发出相同波长的连续X射线。

10、当高速电子的能量全部转换为X射线光子的能量时产生λ0，此时强度最大，能量最高。

11、当高速电子的能量全部转换为X射线光子的能量时产生λ0，此时强度最大。

四、简答及计算：1、什么是莫赛莱定律，莫赛莱定律的物理意义是什么？2、简述特征X射线产生的机理。

3、简述衍射定性物相鉴定的程序。

4、X射线定量分析的基础是什么？5、X射线物相分析有哪些特点？6、试计算空气对CrKα辐射的质量吸收系数和线吸收系数。

假定空气中含有80％（重量）的氮和20％（重量）的氧，空气密度ρ＝0.0013g/cm3。

第一篇X射线衍射分析n1910年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴因X射线的发现而获得第一个诺贝尔物理学奖。

1895年伦琴初次发现X射线，拍摄的他夫人手指的X射线照在伦琴的两名研究生弗里德里希（W. Friedrich）和克尼(Knipping)的帮助下，劳厄进行了第一次X射线衍射实验，并取得了成功。

第一次X射线衍射实验所用的仪器。

所用的晶体是硫酸铜。

劳厄法X射线衍射实验的基本装置与所拍的照片爱因期坦称，劳厄的实验“物理学最美的实验”。

它一箭双雕地解决了X射线的波动性和晶体的结构的周期性。

第一章X射线的物理特性n1.1 X射线的产生极其性质n1.2 X射线谱n1.3 X射线与物质的相互作用n1.4 X射线的衰减规律第一节Ｘ射线的产生极其性质一、X射线的产生X射线管包括阴极、高压、靶材图1-1 X射线管的结构示意图二、X射线的本质X射线是一种电子波，横波，波长短（0.01-10nm）“硬”X射线，“软”X射线三、X射线的本质Ø不能用一般方法使X射线会聚发散Ø通常靠使荧光物质发光、使照相底片感光、使气体产生电离现象观察检测Ø软X射线的波长与晶体中原子间距比较接近，常被用来进行X射线衍射分析（0.25-0.05nm）Ø对有机质是有害的，需要加上铅制品保护。

第二节X 射线谱图1-2 两种X 射线谱示意图一、连续谱X 射线强度随波长λ而变化的关系曲线，即X 射线谱。

丘包状曲线为连续谱竖直尖峰为特征谱对应两种X 射线辐射的物理过程。

连续谱：大量高速运动的电子与靶材碰撞时而减速，不同能量损失转化成不同波长的X 射线，并按统计规律分布。

2I iZUα连=图1-2 两种X 射线谱示意图2max12o hc eU h m ευνλ====动短波限λo ：hc K e U Uλ==o K=1.24nm ·kV ，短波限只与管电压有关。

连续X 射线总强度：α值约为（1.1-1.4）×10-9X 射线管发射连续X 射线的效率η为：2X X iZU ZUiUαηα===连续射线总强度射线管功率当用钨阳极（Z=74），管电压为100kV 时，η≈1%，可见效率是很低的。

第一章X 射线物理学基础2、若X 射线管的额定功率为1.5KW，在管电压为35KV 时，容许的最大电流是多少？答：1.5KW/35KV=0.043A。

4、为使Cu 靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6，求滤波片的厚度。

答：因X 光管是Cu 靶，故选择Ni 为滤片材料。

查表得：μ m α＝49.03cm2／g，μ mβ＝290cm2／g，有公式，，，故：，解得:t=8.35um t6、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？答：eVk=hc/λVk=6.626×10-34×2.998×108/(1.602×10-19×0.71×10-10)=17.46(kv)λ 0=1.24/v(nm)=1.24/17.46(nm)=0.071(nm)其中h为普郎克常数，其值等于6.626×10-34e为电子电荷，等于1.602×10-19c故需加的最低管电压应≥17.46(kv)，所发射的荧光辐射波长是0.071纳米。

7、名词解释：相干散射、不相干散射、荧光辐射、吸收限、俄歇效应答：⑴当χ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。

⑵当χ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χ射线长的χ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。

⑶一个具有足够能量的χ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χ射线，这种由χ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。

⑷指χ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λ称为K 系的吸收限。

第一章 X 射线的物理学基础1、X 射线有什么性质，本质是什么？波长为多少？与可见光的区别？X 射线性质：(1)X 射线穿透物质时可被吸收；(2)原子量及密度不同的物质，对X 射线的吸收不同；(3)轻原子物质对X 射线来说几乎是透明的，而重元素物质对X 射线的吸收非常显著；(4)可穿透不透明的物质。

本质：属于电磁波。

X 射线的波长：大约在0.01~100 Å之间。

X 射线和可见光本质上同属于电磁波，只不过彼此占据不同的波长范围而已；X 射线虽然和可见光一样（没有静止质量，但有能量），与光传播有关的一些现象（如反射、折射、散射、干涉、以及偏振）都会发生，但由于相对可见光而言，X 射线的波长要短得多（光量子的能量相应要高得多），上述物理现象在表现方式上与可见光存在很大的差异。

不能象可见光一样使X 射线会聚、发散、和变向，使得X 射线无法制成显微镜！2、什么是X 射线管的管电压、管电流？它们通常采用什么单位？数值通常是什么？X 射线的管电压：加载到阴极和阳极侧之间的电压。

（KV ），50KVX 射线的管电流：在阴阳两极电场作用下，向阳极运动，形成的电流。

（mA ）50mA3、X 射线的焦点与表观焦点的区别与联系？焦点：阳极靶表面被电子束轰击的地方，正是这个区域发射X 射线。

对于长方形焦点的X 射线管，引出窗口很重要。

对着焦点长边开设的窗口发射出X 射线的表观焦点为线状（称为线焦斑），其强度较弱，但其水平发散度小，分辨率较高，线性较好，粉末衍射仪多采用线焦斑；对焦点短边开设的窗口发射出的X 射线的表观焦点则为正方形（称为点焦斑），强度较高，可使衍射线明锐，适合于织构测定及德拜、劳埃照相场合。

4、X 射线有几种？产生不同X 射线的条件是什么？产生的机理是怎样的？晶体的X 射线衍射分析中采用的是哪种X 射线？硬X 射线：波长较短的硬X 射线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。

第一章X射线的物理学基础1.X射线的本质是什么？并请叙述其特征。

答：X射线的本质是电磁波，与可见光完全相同；其波长介于紫外线与γ射线之间，约为0.01—10nm的范围。

X射线的特征：波长短、光子能量大。

在通常实验条件下，很难观察到X射线的反射；对于所有的介质，X射线的折射率n都很接近于1。

2.X衍射实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么？答：滤波片的选择: (1)它的吸收限位于辐射源的Kα和K β之间，且尽量靠近K α。

强烈吸收Kβ，K吸收很小；(2)滤波片的厚度以将Kα强度降低一半最佳。

Z靶<40时Z滤片=Z靶-1；Z靶>40时Z 滤片=Z靶-2；阳极靶的选择:（1）阳极靶K波长稍大于试样的K吸收限；（2）试样对X射线的吸收最小。

Z靶≤Z试样+1。

（1）X衍射仪常采用Cu靶，Cu的特征X射线及其波长为，需要用滤波片或单色器去除，用软件去除。

（多选题）aＫα１，1.5406埃；b Ｋα２，1.5444埃； c Ｋβ，1.392埃答案：a, c, b（2）X衍射选用Cu靶，相配的滤波片为(单选题)a Cub Fec Nid Al答案：c由X射线管发射出来的X射线可以分为两种类型：、。

X衍射物相分析利用的是在晶体中的衍射。

a连续X射线b特征X射线答案：a b b 或b a b（3）判断对错。

用X衍射仪测一个以Fe为主要成分的样品，合适的X射线管和合适的滤波片是Cu靶和Ni滤波片。

（错）第二章X射线的晶体学基础一、晶体的定义是什么？请叙述其晶体的特点。

答：晶体的定义：内部质点在三维空间有规则排列的物体。

晶体的最明显特征是内部质点在三维空间作有规律的重复。

晶体的特点是：a 、均一性：指在宏观观察中，晶体表现为各部分性状相同的物体b 、各向异性：晶体在不同方向上具有不同的物理性质c 、自限性：晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出晶面、晶棱等几何元素所组成凸多面体外形d 、固定熔点：晶体具有固定的熔点e、对称性：晶体的理想外形、宏观性质以及微观结构都具有一定的对称性g、最小内能二、晶体有四大空间格子类型、七大晶系，请具体说出其名称及其特征。

第一章X射线物理学基础【教学内容】1．X射线的发觉。

2．X射线的本质。

3.X射线的产生与X射线管。

4．X射线谱。

5.X射线与物质的彼此作用。

【重点把握内容】1.X射线的粒子性与波动性。

2.X射线的产生与X射线管的大体构造。

3•持续X射线和特点X射线谱特点及产生的机理。

4.X射线与物质的的彼此作用而产生的散射和吸收。

【了解内容】1.X射线发觉。

2.X射线的平安防护。

【教学难点】1．X射线的散射与干与。

2．X射线的吸收。

【教学目标】1•了解X射线的本质、特点。

2.把握X射线的产生和X射线谱特点。

3．把握X射线与物质的彼此作用有关知识。

4.培育能依照不同的需要选择对不同类型的X射线及在关实验条件的能力。

【教学方式】1．以课堂教学为主，通过量媒体教学手腕，增强教学成效。

并通过部份习题，增进学生对X射线本质的明白得。

2.安排一次对X射线衍射仪的参观，使学生对X射线的产生和大体装置有一个初步的感性熟悉。

一、X射线的发觉X射线发觉于19世纪末期，并在上个世纪之交掀起了一场X射线热。

它的发觉及其本质的确信在物理学上具有划时期的意义。

代表着经典物理学与近代物理学的转折点。

1895年11月8日，德国物理学家伦琴（照片）在研究真空管的高压放电现象时，偶然发觉凳子上镀有氰亚铂酸钡的硬纸板会发出荧光。

这一现象当即引发的细心的伦琴的注意。

他认真分析一下，以为这可能是真空管中发出的一种射线引发的。

连续数日呆在实验室中不回家。

他试着用各类手、纸板、木块去遮挡，但都无法挡住这种射线。

于是，一项伟大的发觉诞生了。

由于那时对这种射线的本质和特性都不了解，故称之为X射线。

其实在此之前，也有人注意到，放在高压管周围的照相底片有时会发生雾点。

但他们以为这是一种偶然现象。

没有引发重视。

伦琴发觉，不同物质对X射线的穿透能力是不同的。

他用X射线拍了一张其夫人手的照片（照片）。

1896年1月23日。

伦琴在自己的研究所第一次作关于X 射线发觉的报告时，现场再次拍了维尔兹堡闻名的解剖学教授克利克尔的一只手的照片，克利克尔教授带头向伦琴欢呼三次，并建议将这种射线称为伦琴射线。