无机材料测试技术思考练习题答案

1、X射线产生的基本条件是什么？X射线的性质有哪些?

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

(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，具有很强的穿透能力，可被吸收强度衰减，杀伤生物细胞。

2、连续X射线谱及特征X射线谱的产生机理是什么？

答：连续X射线谱的产生机理：

当高速电子流轰击阳极表面时，电子运动突然受到阻止，产生极大的负加速度，一个带有负电荷的电子在受到这样一种加速度时，电子周围的电磁场将发生急剧的变化，必然要产生一个电磁波，该电磁波具有一定的波长。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况各不相同，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。

特征X射线谱的产生机理：

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。于是低能级上出现空位，原子系统能力升高，处于不稳定的激发状态，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定。在这个过程中，原子系统电子从高能级向低能级的这种跃迁，多余的能量将以光子的形式辐射出特征X射线。

3、以表1.1中的元素为例，说明X 射线K 系波长随靶材原子序数的变化规律，并加以解释？

()Z-σ，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，k k

c h

=eV λ，X 射线K 系波长越小。

4、什么是X 射线强度、X 射线相对强度、X 射线绝对强度？ 答：X 射线强度是指垂直于X 射线传播方向的单位面积上在单位时间通过的光子数目的能量总和。

5、为什么X 射线管的窗口要用Be 做，而防护X 光时要用Pb 板？ 答：m -t 0

I =I e μρ，Be 吸收系数和密度比较小，强度透过的比较大；而Pb 吸收系数和密度比较大，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、解释X 射线的光电效应、俄歇效应与吸收限，吸收限的应用有哪些？

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，多余能量辐射出来，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K 激发态，当一个L 2层电子填充这个空位后，就会有数值等于E L2-E k 的能量释放出来，

当这个能量E L2-E k >E L ，它就有可能使L 2、L 3、M 、N 等层的电子逸出，产生相应的

电子空位，而这被K α荧光X 射线激发出的电子称为俄歇电子，这个过程称为俄歇效应。

7、说明为什么对于同一材料其λk <λk β<λk α。

答：导致光电效应的X 光子能量=将物质K 电子移到原子引力围以外所需作的功 k k h =W v ；k αL k k L k L h =E -E =W -W =h -h v v v ；k βM k k M k M h =E -E =W -W =h -h v v v k βh =v k M h -h v v

又L k E -E

c =λ

v 所以λk <λk β<λk α 8、一元素的特征射线能否激发出同元素同系的荧光辐射，例如，能否用Cu k α激发出Cu k α荧光辐射，或能否用Cu k β激发出Cu k α荧光辐射?或能否用Cu k α X 射线激发Cu L α荧光辐射?为什么?

答：根据能量关系，M 、K 层之间的能量差大于L 、K 成之间的能量差，K 、L 层之间的能量差大于M 、L 层能量差。由于释放的特征谱线的能量等于壳层间的能量差，所以k β的能量大于k α的能量，k α 能量大于L α的能量。

因此在不考虑能量损失的情况下：

（1） Cuk α 能激发Cuk α 荧光辐射；（能量相同）

（2） Cuk β能激发Cuk α 荧光辐射；（k β> k α）

（3） Cuk α能激发CuL α 荧光辐射；（k α>L α）

9、试计算当管电压为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m 0=9.1×10-31kg ；光速c=2.998×108m/s ；

电子电量e=1.602×10-19C ；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=8.01×10-18

kJ 由于E=m 0v 02/2，所以电子与靶碰撞时的速度为v 0=(2E/m 0)1/2=4.2×106m/s

连续谱的短波限λ0的大小仅取决于加速电压λ0(Å)＝12400/v(伏) ＝0.248Å

辐射出来的光子的最大动能为E 0＝h ʋ0＝hc/λ0＝1.99×10-15J

10、计算0.071nm(MoK α)和0.154nm(CuK α)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λγC

=；能量W=h γ•

其中：C 为X 射线的速度 2.998⨯108m/s;

λ为物质的波长；h 为普朗克常量为6.6253410-⨯J s ⋅

对于Mo αK k k C

λγ==1189810223.410071.0/10998.2--⋅⨯=⨯⨯s m s m W k =h γ

•k =1183410223.410625.6--⋅⨯⨯⋅⨯s s J =J 1510797.2-⨯ 对于Cu αK k k C λγ==118981095.110154.0/10998.2--⋅⨯=⨯⨯s m

s m W k =h γ•k =118341095.110625.6--⋅⨯⨯⋅⨯s s J =J 151029.1-⨯

11、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：eV k =hc/λ

V k =6.626×10-34×2.998×108/(1.602×10-19×0.71×10-10)=17.46(kv)

λ0=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6.626×10-34

e 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。

12、为使CuK α的强度衰减1/2，需要多厚的Ni 滤波片？ 解：由m -t 0

I =I e μρ 得t=0.00158cm 13、试计算将Cu 辐射中的IK α/IK β从7.5提高到600的Ni 滤片厚度（Ni 对CuK β