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材料现代分析方法第一章习题答案

第一章射线学有几个分支?每个分支的研究对象是什么?答: 射线学分为三大分支: 射线透射学、 射线衍射学、 射线光谱学。

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。

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。

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 射线的波长和强度,从而研究物质的原子结构和成分。

试计算当管电压为 时, 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:电子静止质量: ×光速: ×电子电量: ×普朗克常数: ×电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为:× × ×由于所以电子击靶时的速度为:×所发射连续谱的短波限 的大小仅取决于加速电压:(Å)= 伏 = Å辐射出来的光子的最大动能为:= = = ×说明为什么对于同一材料其λ λ β λ α答 导致光电效应的 光子能量=将物质 电子移到原子引力范围以外所需作的功以 α 为例α –––∴ α∴λ λ α以 β 为例β –––∴ β∴ λ λ β– –∴ α β∴λ β λ α如果用 靶 光管照相,错用了 滤片,会产生什么现象?答: 的 α α β线都穿过来了,没有起到过滤的作用。

特征 射线与荧光 射线的产生机理有何不同?某物质的 系荧光 射线波长是否等于它的 系特征 射线波长?答:特征 射线与荧光 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 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 射线;以 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 射线。

某物质的 系特征 射线与其 系荧光 射线具有相同波长。

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( 和 以 为单位)?答:当 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 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 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。

试计算钼的 激发电压,已知钼的λ = 。

欲用 靶 光管激发 的荧光 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: 由公式 = ,对钼 = =λ × × × × × ×λ其中 为普郎克常数,其值等于 × ; 为光速,等于 × ; 为电子电荷,等于 × 的λ ×故需加的最低管电压应≥ ,所发射的荧光辐射波长是 。

射线与物质相互作用有哪些现象和规律?利用这些现象和规律可以进行哪些科学研究工作 有哪些实际应用?射线照射固体物质,可产生散射 射线、光电效应、俄歇效应等①光电效应:当入射 射线光子能量大于等于某一阈值时,可击出原子内层电子,产生光电效应。

应用:光电效应产生光电子,是 射线光电子能谱分析的技术基础。

光电效应使原子产生空位后的退激发过程产生俄歇电子或 射线荧光辐射是 射线激发俄歇能谱分和 射线荧光分析方法的技术基础。

②二次特征辐射( 射线荧光辐射):当高能 射线光子击出被照射物质原子的内层电子后,较外层电子填其空位而产生了次生特征射线(称二次特征辐射)。

应用: 射线散射时,产生两种现象:相干散射和非相干散射。

相干散射是 射线衍射分析方法的基础。

计算 厚的 对 — α的透射因数。

解:透射因数其中μ :质量吸收系数 ,ρ:密度:厚度 ,本题 ,对 — α,查表得μ ,其透射因数: × × × 12⨯1.35210-试计算含 = %, = %, = %的高速钢对 α辐射的质量吸收系数。

解:μ μ μ ω μω ω ω 为各元素的质量百分数,而μ ,μ μ 为各元素的质量吸收系数, 为组分元素数目。

查表得μ ,μ ,μ ,μ。

μ %× + %× + %× +( - %- %- %)× ( / )画出 在平行于( )上的部分倒易点。

属正方晶系,点阵参数 。

为什么衍射线束的方向与晶胞的形状和大小有关?答: 由干涉指数表达的布拉格方程 可知,它反映了衍射线束的方向θ、波长λ与晶面间距 之间的关系,而晶胞参数决定着晶面间距,所以衍射线束的方向与晶胞的形状和大小有关。

α辐射(λ )照射 (属于面心立方点阵)样品,测得第一衍射峰的位置 θ °,试求 样品第一衍射峰的 值和 的点阵常数。

解: 根据布拉格方程: θ λ。

由于 属于面心立方点阵,根据面心立方点阵的消光规律: 同奇同偶不消光,可知:其第一衍射峰为( )衍射。

由面心立方晶格的晶面间距公式 ;所以 的点阵常数 °试用厄瓦尔德图解来说明德拜衍射花样的形成。

答: 样品中各晶粒的同名( )面倒易点集合成倒易球面,倒易球与反射球相交为一圆环。

晶粒各同名( )面的衍射线以入射线为轴、 θ为半锥角构成衍射圆锥。

不同( )面的衍射角 θ不同,构成不同的衍射圆锥,但各衍射圆锥共顶。

用卷成圆柱状并与样品同轴的底片记录衍射信息,获得的衍射花样是衍射弧。

试述原子散射因数 和结构因数2F的物理意义。

结构因数与哪些因素有关系HKL答:式中结构振幅 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中原子种类,原子数目,位置对( )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。

当体心立方点阵的体心和顶点原子种类不同时,关于 偶数时,衍射存在,奇数时,衍射相消的结论是否仍成立?答: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。

在试用简单立方( )结构的物质所摄得的粉末图样上,确定其最初三根线条(即最低的 θ值)的 θ与晶面指数( )。

入射用 α(λ α )。

解: 由于简单立方的消光规律是: 为任意整数时都能产生衍射,所以其最初三根线条的晶面指数为( )、( )和( );根据晶面间距公式 ;; ; ; 又根据布拉格方程: θ λ,得到: θ λ ; 所以θ °, θ °; θ °, θ °; θ °, θ °。

写出简单 点阵,体心 点阵,面心 点阵的系统消光规律以及他们第一条衍射线的干涉指数。

答: 点阵类型 产生系统消光 第一条衍射线的干涉指数简单 点阵 无 ( )体心 点阵 为奇数 ( )面心 点阵 奇偶混杂 ( )底心点阵 奇偶混杂 ( )物相定性分析的原理是什么?对食盐进行化学分析和物相定性,所得的信息有何不同?答( )物相定性分析的原理:①每一种物相都产生自己特有的衍射花样,两种物相不会给出完全相同的衍射花样。

②多相试样的衍射花样是各自相衍射花样的机械叠加,互不干扰。

③若以面间距 和衍射强度( )表征衍射花样, 数据组就是鉴别物相的基本依据。

( )对食盐进行化学分析所得到的信息是组成物质的元素种类,如 、 等及其含量,却不能说明其存在状态,也不能说明其是何种晶体结构,因为同种元素虽然成分不发生变化,但可以不同晶体状态存在,对化合物更是如此。

对食盐进行物相定性所得到的信息不是试样的化学成分,而是由各种元素组成的具有固定结构的物相,比如 物相。

计算结构因数时,基点的选择原则是什么?如计算体心立方点阵,选择( )、( )、( )与( )四个原子是否可以?如计算面心立方点阵,选择( )、( )、( )与( )四个原子是否可以答( )计算结构因数时,基点的选择原则是: ①个数一致:晶胞中选取基点的个数必须与晶胞中含有的原子个数相一致。

②位置各异:在基点的选择时应选择不同位置上的特征点,相交于一点的面属于相异点,平行面属于同位置点,故面心点一般取 个,顶点取 个,体心点取 个。

( )所以在计算体心立方点阵时,由于体心晶胞含有两个原子,所以基点个数为两个,根据位置各异原则,原子坐标为( )与( ),而选择( )、( )、( )与( )四个原子是不可以的,它们是一个简单立方点阵,且基点位置不是各异的。

( )计算面心立方点阵时,由于面心晶胞含有四个原子,所以基点个数为四个,根据位置各异原则,原子坐标为( )、( )、( )与( ),而选择( )、( )、( )与( )四个原子是不可以的,它们是一个简单立方点阵,且基点位置不是各异的。

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