X射线复习和思考题

X射线复习和思考题一、名词解释1、物相分析：确定材料由哪些相组成（即物相定性分析）和确定各组成相的含量（常以体积分数或质量分数表示，即物相定量分析）。2、零层倒易面：属于同一[uvw]晶带的各(HKL)晶面对应的倒易矢量r*HKL处于一个平面内.这是一个通过倒易点阵原点的倒易面,称为零层倒易面。3、X射线：一种波长介于紫外线和射线之间的具有较短波长的电磁波。4、K射线与K射线：管电压增加到某一临界值（激发电压），使撞击靶材的电子能量（eV)足够大，可使靶原子K层产生空位,其外层电子向K层跃迁产生的X射线统称为K系特征辐射，其中由L层或M层或更外层电子跃迁产生的K系特征辐射分别顺序称为K，K，…射线。5、短波限：电子与靶材相撞，其能量（eV）全部转变为辐射光子能量，此时光子能量最大、波长最短，因此连续谱有一个下限波长0，即称为短波限。6、参比强度：参比强度是被测物相与刚玉(-Al2O3)按1:1重量比混合时，被测相最强线峰高与刚玉（六方晶系，113衍射线）最强线峰高的比值。7、质量吸收系数：设m=/（为物质密度），称m为质量吸收系数，m为X射线通过单位质量物质时能量的衰减，亦称单位质量物质对X射线的吸收。8、晶带：在晶体中如果若干个晶面同时平行于某一轴向时，则这些晶面属于同一晶带，而这个轴向就称为晶带轴。9、光电效应：当入射X射线光子能量达到某一阈值，可击出物质原子内层电子，产生光电效应。10、二次特征辐射(X射线荧光辐射)：当高能X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X射线（称二次特征辐射）。11、相干散射：相干散射是指入射电子与原子内受核束缚较紧的电子（如内层电子）发生弹性碰撞作用，其辐射出的电磁波的波长与频率与入射电磁波完全相同，新的散射波之间可以发生相互干涉。12、七大晶系：立方晶系、正方晶系、斜方晶系、菱方晶系、六方晶系、单斜晶系及三斜晶系。13、点阵参数：描述晶胞基矢长度及夹角的几何参数，分别用a、b、c、α、β及γ表示。14、反射球：倒易空间中构造一个以X射线波长倒数为半径的球，球面与倒易原点相切。15、短波限：连续X射线波谱中的最短波长。16、相干散射：X射线被样品散射后波长不变。17、荧光辐射：光子作用下样品原子K层电子电离，L层电子回迁K层，同时产生特征辐射线。18、俄歇效应：光子作用下样品原子K层电子电离，L层电子回迁K层，另一L层电子电离。19、吸收限：若X射线波长由长变短，会出现吸收系数突然增大现象，该波长即吸收极限。20、原子散射因子：一个原子X射线散射振幅与一个电子X射线散射振幅之比。21、角因子：与衍射角有关的强度校正系数，包括洛伦兹因子和偏振因子。22、多重因子：晶体中同族等效晶面的个数。23、吸收因子：由于样品对X射线吸收而导致衍射强度降低，而所需的校正系数。24、温度因子：热振动使原子偏离平衡位置，导致衍射强度降低，而所需的校正系数。25、多晶体：由无数个小单晶体组成，包括粉末样品和块体样品。26、衍射积分强度：实际是X射线衍射峰的积分面积。27、PDF卡片：晶体衍射标准卡片，提供晶体的晶面间距和相对衍射强度等信息。28、极图：在样品坐标系中，多晶样品某同族晶面衍射强度的空间分布图。29、ODF函数：利用几张极图数据，计算出多晶样品各晶粒空间取向概率即ODF函数。30、RDF函数：通过X射线相干散射强度，计算RDF函数，反映非晶原子近程配位信息等。31、结晶度：在结晶与非晶混合样品中的结晶物质含量32、晶向及晶向指数：空间点阵中各阵点列的方向（连接点阵中任意结点列的直线方向），用来表示其空间取向的叫晶向指数。33、晶面及晶面指数：通过空间点阵中任意一组阵点的平面（在点阵中由结点构成的平面），用来表示其空间取向的叫晶向指数。二、填空题1、管电压较低时只产生连续谱，较高时则可能产生连续和特征谱2、K系特征X射线波长λ由短至长依次β、α1和α23、Cu、Mo及Cr靶特征辐射波长λ由短至长依次Mo、Cu和Cr4、特征X射线强度与管电流、管电压及特征激发电压有关5、X射线与物质的相互作用包括散射和真吸收，统称为衰减6、结构振幅符号F，结构因子符号∣F∣2，结构因子等零称为消光7、除结构因子外，影响衍射强度因子包括多重因子、吸收因子和温度因子8、体心立方晶系的低指数衍射晶面为(110)、(200)和(211)9、面心立方晶系的低指数衍射晶面为(111)、(200)和(220)10、X射线衍射方法包括劳埃法、周转晶体法和粉末法11、衍射仪的主要组成单元包括光源、测角仪光路和计数器12、影响衍射仪精度的因素包括仪器、样品和实验方法13、衍射仪的主要实验参数包括狭缝宽度、扫描范围和扫描速度14、衍射谱线定峰方法包括半高宽中点、顶部抛物线和重心法15、精确测量点阵常数的方法包括图解外推法、最小二乘法和标样校正法16、X射线定量物相分析包括直接对比、内标和K值法17、三类应力衍射效应，衍射峰位移、衍射峰宽化和衍射峰强度降低18、X射线应力常数中包括材料的弹性模量、泊松比和布拉格角19、棒材存在丝织构，板材存在板织构，薄膜存在丝织构20、X射线衍射线形包括实测线形、物理线形和仪器即几何线形三、简答，论述，计算题1、辨析点阵与阵胞、点阵与晶体结构、阵胞与晶胞的关系。答：（1）点阵与阵胞：点阵是为了描述晶体中原子的排列规则，将每一个原子抽象视为一个几何点（称为阵点），从而得到一个按一定规则排列分布的无数多个阵点组成的空间阵列，称为空间点阵或晶体点阵，简称点阵。阵胞(晶胞)是在点阵中选择一个由阵点连接而成的几何图形(一般为平行六面体)作为点阵的基本单元来表达晶体结构的周期性，称为阵胞(晶胞)。阵胞在空间的重复堆砌即形成空间点阵。（2）点阵与晶体结构：若将组成晶体的原子（离子、分子等，以下称为结构基元）置于点阵的各个阵点上，则将还原为晶体结构，即：晶体结构=空间点阵+结构基元。（3）阵胞与晶胞：同一基元结构从不同角度的表达。2、判别下列哪些晶面属于[111]晶带：（011），（123），（231），（211），（011），（331），（211），（213），（110），（212）。解：由晶带定理Hu+Kv+Lw=0可知，如果[111]*(HKL)=0,就有（HKL）属于[111]晶带。（011）：（-1）×（-1）+1×（-1）+1×0=0（123）：（-1）×（-2）+1×（-3）+1×1=0（231）：（-1）×2+1×3+1×1=2（211）：（-1）×2+1×1+1×1=0（011）：（-1）×（-1）+1×0+1×1=2（331）：（-1）×1+1×（-3）+1×3=-1（211）：（-1）×1+1×（-1）+1×2=0（213）：（-1）×（-1）+1×（-3）+1×2=0（110）：（-1）×0+1×（-1）+1×1=0（212）：（-1）×2+1×1+1×2=1所以，（011），（123），（211），（011），（211），（213），（110）属于[111]晶带。3、试计算（113）及（213）的共同晶带轴。解：设（113）及（213）的共同晶带轴为[uvw],所以，由晶带定理，有H1u+K1v+L1w=0即（-3）×u+1×v+1×w=0H2u+K2v+L2w=0（-1）×u+（-3）×v+2×w=0解联立方程组，可得：u：v：w=3113:1231:2311=5：5：10，所以其晶带轴为[112].4、何为晶带，说明晶带定律？答：（1）在晶体中如果若干个晶面同时平行于某一轴向时，则这些晶面属于同一晶带，而这个轴向就称为晶带轴。（2）若晶带轴的方向指数为[uvw]，晶带中某晶面的指数为(HKL)，则有uH+vK+wL=0，此公式称为晶带定理。5、何为倒易矢量，它的基本性质是什么？答：（1）以任一倒易阵点为坐标原点，以a*、b*、c*分别为三坐标轴单位矢量。由倒易原点向任意倒易阵点的连接矢量称为倒易矢量，用r*表示。（2）r*HKL的基本性质：①r*HKL正点阵中相应(HKL)晶面；②|r*HKL|=1/dHKL（长度为晶面间距的倒数）6、试述X射线的定义、性质，连续X射线和特征X射线的产生、有何应用？答：（1）X射线的定义：一种波长介于紫外线和射线之间的具有较短波长的电磁波。（2）性质：X射线波长10–12——10–8m，X射线是一种电磁波，具有波粒二象性，X射线波长短、能量大，其主要体现在①穿透能力强。能穿透可见光不能穿透的物质，如生物的软组织等。②X射线穿过不同媒质时折射和反射极小，仍可视为直线传播。③通过晶体时发生衍射，因而可用X射线研究晶体的内部结构。（3）连续X射线的产生：当高速运动的电子击靶后，电子被减速。电子所减少的能量（E）转为所发射X射线光子能量（h），即h=E。由于击靶的电子数目极多，击靶时穿透的深浅不同、损失的动能不等，因此，由电子动能转换为X射线光子的能量有多有少，从而形成一系列不同频率、不同波长的X射线，构成了连续谱。（4）特征X射线的产生：管电压增加到某一临界值(激发电压)，使撞击靶材的电子能量（eV)足够大，可使靶原子内层产生空位,较外层电子向内层跃迁,产生波长确定的X射线(特征X射线)。（5）应用：连续X射线可以用来晶体定向，特征X射线用来进行物相鉴定和结构测定。7、辨析概念：x射线散射、衍射与反射。答：（1）x射线散射：X射线照射晶体，电子受迫振动产生相干散射；同一原子内各电子散射波相互干涉形成原子散射波。（2）衍射：晶体中各原子相干散射波叠加（合成）的结果。（3）反射：入射线照射各原子面产生的反射线实质是各原子面产生的反射方向上的相干散射线。记录的样品反射线实质是各原子面反射方向上散射线干涉加强的结果，即衍射线。所以，在材料的衍射分析中，“反射”与“衍射”作为同义词使用。8、X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？答：X射线照射固体物质，可能发生的各种相互作用，如下图：（1）光电效应：当入射X射线光子能量等于某一阈值，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X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X射线荧光辐射是X射线激发俄歇能谱分析和X射线荧光分析方法的技术基础。（2）二次特征辐射（X射线荧光辐射）：当高能X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X射线（称二次特征辐射）。应用：X射线被物质散射时，产生两种现象：相干散射和非相干散射。相干散射是X射线衍射分析方法的基础。9、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2dhklsin=n可知，它反映了衍射线束的方向（）、波长（）与晶面间距（d）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。10、当波长为λ的X射线照射到晶体并出现衍射线时，相邻两个（hkl）反射线的光程差是多少？相邻两个（HKL）反射线的光程差又是多少？答：相邻两个（hkl）反射线的光程差2dhklsin=n相邻两个（HKL）反射线的光程差2dHKLsin=11、α-Fe为立方系晶体，点阵常数a=0.2866nm，如用CrλKα=0.22909nm进行摄照，求(110)和(200)面的衍射布拉格角。解：α-Fe为立方系晶体，根据晶面间距公式所以d（110）=nm2027.00112866.0d（200）=nm1433.00022866.02根据布拉格方程：2dsin=，得到：所以θ（110）=34.4°所以θ（200）=53.07°222LKHad5651.02027.0222909.02sin)110()110(d79934.01433.0222909.02sin)200()200(d12、CuKα射线（λKα＝0.154nm）照射Cu样品。已知Cu的点阵常数a＝0.