第一部分 X 射线衍射
1. X 射线的本质是什么？谁首先发现了 X 射线，谁揭示了 X 射线的本质？
2. X 射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？
答：X 射线学分为三大分支：X 射线透射学、X 射线衍射学、X 射线光谱学。
X 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。
X 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。
X 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 X 射线的波长和强度，从而研究物质的原子结构和成分。
3. 为什么特征 X 射线的产生存在一个临界激发电压？X 射线管的工作电压与其靶材的临界激发电压有什么关系？为什么？
4. 产生 X 射线需具备什么条件？
答：实验证实:在高真空中，凡高速运动的电子碰到任何障碍物时，均能产生 X 射线，对于其他带电的基本粒子也有类似现象发生。
电子式 X 射线管中产生 X 射线的条件可归纳为：1，以某种方式得到一定量的自由电子； 2，在高真空中，在高压电场的作用下迫使这些电子作定向高速运动；3，在电子运动路径上设障碍物以急剧改变电子的运动速度。
5. X 射线具有波粒二象性，其微粒性和波动性分别表现在哪些现象中？
答：波动性主要表现为以一定的频率和波长在空间传播，反映了物质运动的连续性；微粒性主要表现为以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量，能量和动量，反映了物质运动的分立性。
6. 什么是光电效应？光电效应在材料分析中有哪些用途？
光电效应是指以光子激发电子所发生的激发和辐射过程称为光电效应。光电效应在材料分析可用于光电子能谱分析与荧光光谱分析。
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7. 分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？
（1） 用 CuKαX 射线激发 CuKα 荧光辐射； （2） 用 CuKβX 射线激发 CuKα 荧光辐射； （3） 用 CuKαX 射线激发 CuLα 荧光辐射。
答：根据经典原子模型，原子内的电子分布在一系列量子化的壳层上，在稳定状态下，每个壳层有一定数量的电子，他们有一定的能量。最内层能量最低，向外能量依次增加。
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? 的能量大于 Ka 的能量，Ka 能量大于 La 的能量。
因此在不考虑能量损失的情况下：
（1） CuKa 能激发 CuKa 荧光辐射；（能量相同） （2） CuK? 能激发 CuKa 荧光辐射；（K?>Ka） （3） CuKa 能激发 CuLa 荧光辐射；（Ka>la）
8. 计算当管电压为 50 kv 时，电子在与靶碰撞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动能。
解：
已知条件：U=50kv
电子静止质量：m0=9.1×10kg
8
光速：c=2.998×10m/s
电子电量：e=1.602×10C
-34
普朗克常数：h=6.626×10J.s
电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为
-19-18E=eU=1.602×10C×50kv=8.01×10kJ
2由于 E=1/2m v 0 0 所以电子与靶碰撞时的速度为
1/26v0=(2E/m0)=4.2×10m/s
所发射连续谱的短波限 λ0 的大小仅取决于加速电压
λ0（?）＝12400/v(伏) ＝0.248? 辐射出来的光子的最大动能为
-15E0＝h?0＝hc/λ0＝1.99×10J
-19
-31
9. 特征 X 射线与荧光 X 射线的产生机理有何异同？某物质的 K 系荧光 X 射线波长是否等于它的 K 系特征 X 射线波长？
答：
特征 X 射线与荧光 X 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 X 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 X 射线；以 X 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 X 射线。某物质的 K 系特征 X 射线与其 K 系荧光 X 射线具有相同波长。
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10. 连续谱是怎样产生的？ 其短波限
hc 1.24 ? ? 与某物质的吸收限 0
eV V
hc ? 1.24 有何不同（V 和 VK 以 Kv 为单位）？ ? k
eVk Vk
答 当ⅹ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ⅹ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 K,L,M,N 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。
11. 什么会出现吸收限？K 吸收限为什么只有一个而L 吸收限有三个？当激发K 系荧光Ⅹ射线时，能否伴生 L 系？当 L 系激发时能否伴生 K 系？
答：
一束 X 射线通过物体后，其强度将被衰减，它是被散射和吸收的结果。并且吸收是造成强度衰减的主要原因。物质对 X 射线的吸收，是指 X 射线通过物质对光子的能量变成了其他形成的能量。X 射线通过物质时产生的光电效应和俄歇效应，使入射 X 射线强度被衰减，是物质对 X 射线的真吸收过程。光电效应是指物质在光子的作用下发出电子的物理过程。
因为 L 层有三个亚层，每个亚层的能量不同，所以有三个吸收限，而 K 只是一层，所以只有一个吸收限。
激发 K 系光电效应时，入射光子的能量要等于或大于将 K 电子从 K 层移到无穷远时所做的功 Wk。从 X 射线被物质吸收的角度称入 K 为吸收限。当激发 K 系荧光 X 射线时，能伴生 L 系，因为 L 系跃迁到 K 系自身产生空位，可使外层电子迁入，而 L 系激发时不能伴生 K 系。
12. 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？
13. 已知钼的k ＝0.71?，铁的k ＝1.93? 及钴的k ＝1.79?，试求光子的频率
和能量。试计算钼的 K 激发电压，已知钼的k ＝0.619?。已知钴的 K 激发电压VK
＝7.71Kv，试求其 λK。
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01X射线衍射参考答案解析(可编辑修改word版)
