发布时间 : 星期三 文章无机材料分析测试技术(国防工业出版社,黄新民) 课后题整理更新完毕开始阅读32e97137bed5b9f3f80f1c2f
第一章 X射线物理学基础
1、X射线的强度
X射线的强度是指垂直X射线传播方向的单位面积上在单位时间内所通过的光子数目的能量总和。 常用的单位是J/cm.s。
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X射线的强度I是由光子能量hv和它的数目n两个因素决定的,即I=nhv。
在连续谱中，强度最大值不在短波限处，而是位于1.5λ0附近。
连续谱中，每条曲线下的面积表示各种波长X射线的强度总和，也就是阳极靶发射出的X射线的总能量。
I连与管电压、管电流、阳极靶的原子序数存在如下关系：
I连＝?I???d??KiZU?2?0Z为阳极靶的原子序数，U为管电压（千伏）， i 为管电流（毫安）， K=(1.1~1.5)×10。
2、特征X射线
特征X射线谱由一定波长的若干X射线叠加在连续X射线谱上构成，它和单色的可见光相似，具有一定的波长，故称单色X射线。每种元素只能发出一定波长的单色X射线，它是元素的标志，故也称为标识X射线。 3、光电效应
当入射光量子的能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子的结合能（即该层电子激发态能量）时，此光量子就很容易被电子吸收，获得能量的电子从内层溢出，成为自由电子，称光电子，原子则处于相应的激发态，这种原子被入射辐射电离的现象即光电效应。
光电效应使被照物质处于激发态，这一激发态和由入射电子所引起的激发态完全相同，也要通过电子跃迁向较低能态转化，同时辐射被照物质的特征X射线谱。
由入射X射线所激发出来的特征X射线称荧光X射线（二次特征X射线）。 利用荧光X射线进行成分分析－X射线荧光光谱分析(Z>20)
使K层电子变成自由电子需要的能量是ωK，亦即可引起激发态的入射光量子能量必须达到此值。
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h?K?hc??K?eUK?K?K?1.24UK从X射线激发光电效应的角度，称λK为激发限；
从X射线被物质吸收的角度，称λK为吸收限。
产生光电效应条件：X射线波长必须小于吸收限λK。
4、俄歇效应
原子中一个K层电子被入射光量子击出后，L层一个电子跃入K层填补空位，此时多余的能量不以辐射X光量子的方式放出，而是另一个L层电子获得能量跃出吸收体，这样一个K层空位被两个L层空位代替的过程称俄歇效应，跃出的L层电子称俄歇电子。
每种原子的俄歇电子均具有一定的能量（EKLL），测定俄歇电子的能量，即可确定该原子的种类，所以可利用俄歇电子能谱作元素的成分分析。
俄歇电子的能量很低，一般为几百电子伏，能够检测到的只是表面两三个原子层发出的俄歇电子，因此，俄歇谱仪是研究物质表面微区成分的有力工具。 5、简述特征X射线谱的产生机理
特征X射线谱的产生机理与阳极物质的原子内部结构紧密相关的。
原子系统内的电子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各个能级。在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激发态。较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，并以光子的形式辐射出标识X射线谱。
第二章 X射线运动学衍射理论
1、简述倒易矢量的定义及性质
在倒易点阵中,从倒易原点到任一倒易点的矢量称倒易矢量g*
g*hkl =
两个性质:
1. g*矢量垂直于正点阵中的（hkl）晶面 g* //N(晶面法线) 2. g*矢量的长度等于其对应晶面间距的倒数 g* hkl =1/dhkl
2、粉末多晶法采用什么X射线？衍射圆锥是如何形成的？
ha??kb??lc?用单色光照射多晶粉末样品的方法称粉末多晶法。
多晶粉末中含有大量小晶粒，这些小晶粒的倒易点阵共有同一倒易原点O*，但各自的位向不同。同一晶面的倒易点分布在不同的空间位置，但距O*的距离相等。所以，同一晶面的倒易点是分布在以该晶面倒
易矢量长度为半径的球面上。不同晶面的倒易点分布在不同半径的球面上。由这些倒易点构成的球称为倒易球。
当倒易球与反射球相交，交线是一个圆环，这个圆环实际上是由同一晶面不同位向的倒易点构成的，显然环上每一点都满足衍射条件，可以产生衍射。
用直线将圆环与试样中心连起来就构成一个圆锥，圆锥上每一条母线都是一条衍射线，这个圆锥称为反射圆锥。
3、简述结构因子的意义并计算体心点阵、面心点阵的结构因子。
结构因子F
FHKLNNAbi?j2?i(Huj?Kvj?Lwj)???fje??fjeAej?1j?1结构因子意义：F是以一个电子散射波振幅为单位所表征的晶胞散射波振幅，也称结构振幅，即
FHKL?Ab一个晶胞中所有原子散射的相干散射波振幅?Ae一个电子散射的相干散射波振幅结构因子F仅与原子种类和原子在晶胞中的位置有关，而与晶胞的形状和大小无关（点阵常数在公式中不出现）。
产生衍射的充分条件：满足布拉格方程且FHKL≠0
布拉格方程
2dsin??n??fe111i2?(H??K??L?)222体心点阵:体心点阵每个晶胞中有两个同类原子，坐标分别为(000)、(1/2,1/2,1/2),则：
FHKL?fe衍射。
i2?(H?0?K?0?L?0)当H＋K＋L＝偶数时，F＝2f；当H＋K＋L＝奇数时，F＝0。
?f[1?ei?(H?K?L)]结论：对体心点阵来说，只有H＋K＋L为偶数的晶面才能产生衍射， H＋K＋L为奇数的晶面不能产生
面心点阵:面心点阵每个晶胞中有4个同类原子，坐标分别为(000)、(1/2,1/2,0)、(1/2,0,1/2)、(0,1/2,1/2,),则：
FHKL?fe?fe?fe?fe当H、K、L全为奇数或偶数时，则（H+K）、（H+K）、（K+L）均为偶数，F＝4f；
i?(H?K)i?(H?L)i?(K?L)为奇数一项为偶数，F＝0。
i2?(H?0?K?0?L?0)11i2?(H??K??L?0)2211i2?(H??K?0?L?)2211i2?(H?0?K??L?)22?f [1?e?e?e]当H、K、L中有2个奇数一个偶数或2个偶数1个奇数时，则（H+K）、（H+L）、（K+L）中总有两项
4、论述为什么X射线衍射可分析晶体结构？
X射线能够揭示衍射晶体的结构特征，取决于两个方面：
1、X射线衍射束方向反映了晶胞的形状和大小；
2、X射线衍射束的强度反映了晶胞中的原子位置与种类。
第四章 X射线衍射方法的应用
1、X射线点阵常数精确测定中的关键是什么？
X射线测定点阵常数是一种间接方法，它直接测量的是某一衍射线条对应的θ角，然后通过晶面间距公式、布拉格方程计算出点阵常数。λ是入射特征X射线的波长，是经过精确测定的，有效数字可达7位数，对于一般分析测定工作精度已经足够了。干涉指数是整数无所谓误差。影响点阵常数精度的关键因素是sinθ
2、简述X射线物相定性分析的原理及判据。
原理：X射线物相分析是以晶体结构为基础，通过比较晶体衍射花样来进行分析的。
对于晶体物质来说，各种物质都有自己特定的结构参数（点阵类型、晶胞大小、晶胞中原子或分子的数目、位置等），结构参数不同则X射线衍射花样也就各不相同，所以通过比较X射线衍射花样可区分出不同的物质。
当多种物质同时衍射时，其衍射花样也是各种物质自身衍射花样的机械叠加。它们互不干扰，相互独立，逐一比较就可以在重叠的衍射花样中剥离出各自的衍射花样，分析标定后即可鉴别出各自物相。