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2.有一体心立方晶体的晶格常数是0.286nm，用铁靶Kα（λKα=0.194nm）照射该晶体能产生（）衍射线。

A.三条；

B.四条；

C.五条；

D.六条。

3.一束X射线照射到晶体上能否产生衍射取决于（）。

A．是否满足布拉格条件；

B．是否衍射强度I≠0；

C．A+B；

D．晶体形状。

4.面心立方晶体（111）晶面族的多重性因素是（）。

A．4；

B．8；

C．6；

D．12。

二、正误题

1.倒易矢量能唯一地代表对应的正空间晶面。

2.X射线衍射与光的反射一样，只要满足入射角等于反射角就行。

3.干涉晶面与实际晶面的区别在于：

干涉晶面是虚拟的，指数间存在公约数n。

4.布拉格方程只涉及X射线衍射方向，不能反映衍射强度。

5.结构因子F与形状因子G都是晶体结构对衍射强度的影响因素。

第三章

三、选择题

1.最常用的X射线衍射方法是（）。

A.劳厄法；

B.粉末多法；

C.周转晶体法；

D.德拜法。

2.德拜法中有利于提高测量精度的底片安装方法是（）。

A.正装法；

B.反装法；

C.偏装法；

D.A+B。

3.德拜法中对试样的要求除了无应力外，粉末粒度应为（）。

A.<

325目；

B.>

250目；

C.在250-325目之间；

D.任意大小。

4.测角仪中，探测器的转速与试样的转速关系是（）。

A.保持同步1﹕1；

B.2﹕1；

C.1﹕2；

D.1﹕0。

5.衍射仪法中的试样形状是（）。

A.丝状粉末多晶；

B.块状粉末多晶；

C.块状单晶；

D.任意形状。

四、正误题

1.大直径德拜相机可以提高衍射线接受分辨率，缩短暴光时间。

2.在衍射仪法中，衍射几何包括二个圆。

一个是测角仪圆，另一个是辐射源、探测器与试样三者还必须位于同一聚焦圆。

3.选择小的接受光栏狭缝宽度，可以提高接受分辨率，但会降低接受强度。

4.德拜法比衍射仪法测量衍射强度更精确。

5.衍射仪法和德拜法一样，对试样粉末的要求是粒度均匀、大小适中，没有应力。

第四章

五、选择题

1.测定钢中的奥氏体含量，若采用定量X射线物相分析，常用方法是（）。

A.外标法；

B.内标法；

C.直接比较法；

D.K值法。

2.X射线物相定性分析时，若已知材料的物相可以查（）进行核对。

A.Hanawalt索引；

B.Fenk索引；

C.Davey索引；

D.A或B。

3.德拜法中精确测定点阵常数其系统误差来源于（）。

A.相机尺寸误差；

B.底片伸缩；

C.试样偏心；

D.A+B+C。

4.材料的内应力分为三类，X射线衍射方法可以测定（）。

A.第一类应力（宏观应力）；

B.第二类应力（微观应力）；

C.第三类应力；

5.Sin2Ψ测量应力，通常取Ψ为（）进行测量。

A.确定的Ψ角；

B.0-45º

之间任意四点；

C.0º

、45º

两点；

D.0º

、15º

、30º

四点。

六、正误题

1.要精确测量点阵常数。

必须首先尽量减少系统误差，其次选高角度θ角，最后还要用直线外推法或柯亨法进行数据处理。

2.X射线衍射之所以可以进行物相定性分析，是因为没有两种物相的衍射花样是完全相同的。

3.理论上X射线物相定性分析可以告诉我们被测材料中有哪些物相，而定量分析可以告诉我们这些物相的含量有多少。

4.只要材料中有应力就可以用X射线来检测。

5.衍射仪和应力仪是相同的，结构上没有区别。

第五章

七、选择题

1.若H-800电镜的最高分辨率是0.5nm，那么这台电镜的有效放大倍数是（）。

A.1000；

B.10000；

C.40000；

D.600000。

2.可以消除的像差是（）。

A.球差；

B.像散；

C.色差；

3.可以提高TEM的衬度的光栏是（）。

A.第二聚光镜光栏；

B.物镜光栏；

C.选区光栏；

D.其它光栏。

4.电子衍射成像时是将（）。

A.中间镜的物平面与与物镜的背焦面重合；

B.中间镜的物平面与与物镜的像平面重合；

C.关闭中间镜；

D.关闭物镜。

5.选区光栏在TEM镜筒中的位置是（）。

A.物镜的物平面；

B.物镜的像平面C.物镜的背焦面；

D.物镜的前焦面。

八、正误题

1.TEM的分辨率既受衍射效应影响，也受透镜的像差影响。

2.孔径半角α是影响分辨率的重要因素，TEM中的α角越小越好。

3.有效放大倍数与仪器可以达到的放大倍数不同，前者取决于仪器分辨率和人眼分辨率，后者仅仅是仪器的制造水平。

4.TEM中主要是电磁透镜，由于电磁透镜不存在凹透镜，所以不能象光学显微镜那样通过凹凸镜的组合设计来减小或消除像差，故TEM中的像差都是不可消除的。

5.TEM的景深和焦长随分辨率Δr0的数值减小而减小；

随孔径半角α的减小而增加；

随放大倍数的提高而减小。

第六章

九、选择题

1.单晶体电子衍射花样是（）。

A.规则的平行四边形斑点；

B.同心圆环；

C.晕环；

D.不规则斑点。

2.薄片状晶体的倒易点形状是（）。

A.尺寸很小的倒易点；

B.尺寸很大的球；

C.有一定长度的倒易杆；

D.倒易圆盘。

3.当偏离矢量S<

0时，倒易点是在厄瓦尔德球的（）。

A.球面外；

B.球面上；

C.球面内；

D.B+C。

4.能帮助消除180º

不唯一性的复杂衍射花样是（）。

A.高阶劳厄斑；

B.超结构斑点；

C.二次衍射斑；

D.孪晶斑点。

5.菊池线可以帮助（）。

A.估计样品的厚度；

B.确定180º

不唯一性；

C.鉴别有序固溶体；

D.精确测定晶体取向。

6.如果单晶体衍射花样是正六边形，那么晶体结构是（）。

A.六方结构；

B.立方结构；

C.四方结构；

一十、判断题

1.多晶衍射环和粉末德拜衍射花样一样，随着环直径增大，衍射晶面指数也由低到高。

2.单晶衍射花样中的所有斑点同属于一个晶带。

3.因为孪晶是同样的晶体沿孪晶面两则对称分布，所以孪晶衍射花样也是衍射斑点沿两则对称分布。

4.偏离矢量S=0时，衍射斑点最亮。

这是因为S=0时是精确满足布拉格方程，所以衍射强度最大。

5.对于未知晶体结构，仅凭一张衍射花样是不能确定其晶体结构的。

还要从不同位向拍摄多幅衍射花样，并根据材料成分、加工历史等或结合其它方法综合判断晶体结构。

6.电子衍射和X射线衍射一样必须严格符合布拉格方程。

第八章

一十一、选择题

1.仅仅反映固体样品表面形貌信息的物理信号是（）。

A.背散射电子；

B.二次电子；

C.吸收电子；

D.透射电子。

2.在扫描电子显微镜中，下列二次电子像衬度最亮的区域是（）。

A.和电子束垂直的表面；

B.和电子束成30º

的表面；

C.和电子束成45º

D.和电子束成60º

的表面。

3.可以探测表面1nm层厚的样品成分信息的物理信号是（）。

B.吸收电子；

C.特征X射线；

D.俄歇电子。

4.扫描电子显微镜配备的成分分析附件中最常见的仪器是（）。

A.波谱仪；

B.能谱仪；

C.俄歇电子谱仪；

D.特征电子能量损失谱。

5.波谱仪与能谱仪相比，能谱仪最大的优点是（）。

A.快速高效；

B.精度高；

C.没有机械传动部件；

D.价格便宜。

一十二、判断题

1.扫描电子显微镜中的物镜与透射电子显微镜的物镜一样。

2.扫描电子显微镜的分辨率主要取决于物理信号而不是衍射效应和球差。

3.扫描电子显微镜的衬度和透射电镜一样取决于质厚衬度和衍射衬度。

4.扫描电子显微镜具有大的景深，所以它可以用来进行断口形貌的分析观察。

5.波谱仪是逐一接收元素的特征波长进行成分分析；

能谱仪是同时接收所有元素的特征X射线进行成分分析的。

部分习题解

1.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。

2.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。

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Kß

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）CuKß

能激发CuKa荧光辐射；

（Kß

>

Ka）

（3）CuKa能激发CuLa荧光辐射；

（Ka>

la）

（4）

3.什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“荧光辐射”、“吸收限”、“俄歇效应”？

1相干散射当χ射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。

非相干散射当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。

荧光辐射一个具有足够能量的χ射线光子从原子内部打出一个K电子，当外层电子来填充K空位时，将向外辐射K系χ射线，这种由χ射线光子激发原子所发生的辐射过程，称荧光辐射。

或二次荧光。

⑷吸收限指χ射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能量必须等于或大于将K电子从无穷远移至K层时所作的功W，称此时的光子波长λ称为K系的吸收限。

⑸俄歇效应当原子中K层的一个电子被打出后，它就处于K激发状态，其能量为Ek。

如果一个L层电子来填充这个空位，K电离就变成了L电离，其能由Ek变成El，此时将释Ek-El的能量，可能产生荧光χ射线，也可能给予L层的电子，使其脱离原子产生二次电离。

即K层的一个空位被L层的两个空位所替代，这种现象称俄歇效应。

4.产生X射线需具备什么条件？

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？

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.计算当管电压为50kv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×

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的过程中所获得的总动能为

E=eU=1.602×

10-19C×

50kv=8.01×

10-18kJ

由于E=1/2m0v02

所以电子与靶碰撞时的速度为

v0=（2E/m0）1/2=4.2×

106m/s

所发射连续谱的短波限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

E0＝hʋ0＝hc/λ0＝1.99×

10-15J

7.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？

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。

8.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（V和VK以kv为单位）？

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。

9.为什么会出现吸收限？

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？

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。

14.试总结德拜法衍射花样的背底来源，并提出一些防止和减少背底的措施。

德拜法衍射花样的背底来源是入射波的非单色光、进入试样后出生的非相干散射、空气对X射线的散射、温度波动引起的热散射等。

采取的措施有尽量使用单色光、缩短曝光时间、恒温试验等。

15.粉末样品颗粒过大或过小对德拜花样影响如何？

为什么？

板状多晶体样品晶粒过大或过小对衍射峰形影响又如何？

答.粉末样品颗粒过大会使德拜花样不连续，或过小，德拜宽度增大，不利于分析工作的进行。

因为当粉末颗粒过大（大于10-3cm）时，参加衍射的晶粒数减少，会使衍射线条不连续；

不过粉末颗粒过细（小于10-5cm）时，会使衍射线条变宽，这些都不利于分析工作。

多晶体的块状试样，如果晶粒足够细将得到与粉末试样相似的结果，即衍射峰宽化。

但晶粒粗大时参与反射的晶面数量有限，所以发生反射的概率变小，这样会使得某些衍射峰强度变小或不出现。

16.同一粉末相上背射区线条与透射区线条比较起来其θ较高还是较低？

相应的d较大还是较小？

既然多晶粉末的晶体取向是混乱的，为何有此必然的规律

答:

其θ较高,相应的d较小,虽然多晶体的粉末取向是混乱的,但是衍射倒易球与反射球的交线，倒易球半径由小到大，θ也由小到大，d是倒易球半径的倒数，所以θ较高,相应的d较小。

17.测角仪在采集衍射图时，如果试样表面转到与入射线成30°

角，则计数管与人射线所成角度为多少？

能产生衍射的晶面，与试样的自由表面呈何种几何关系？

60度。

因为计数管的转速是试样的2倍。

辐射探测器接收的衍射是那些与试样表面平行的晶面产生的衍射。

晶面若不平行于试样表面，尽管也产生衍射，但衍射线进不了探测器，不能被接收。

18.下图为某样品稳拜相（示意图），摄照时未经滤波。

巳知1、2为同一晶面衍射线，3、4为另一晶面衍射线．试对此现象作出解释．

未经滤波，即未加滤波片,因此K系特征谱线的kα、kβ两条谱线会在晶体中同时发生衍射产生两套衍射花样，所以会在透射区和背射区各产生两条衍射花样。

19.物相定性分析的原理是什么？

对食盐进行化学分析与物相定性分析，所得信息有何不同？

物相定性分析的原理：

X射线在某种晶体上的衍射必然反映出带有晶体特征的特定的衍射花样（衍射位置θ、衍射强度I），而没有两种结晶物质会给出完全相同的衍射花样，所以我们才能根据衍射花样与晶体结构一一对应的关系，来确定某一物相。

对食盐进行化学分析，只可得出组成物质的元素种类（Na,Cl等）及其含量，却不能说明其存在状态，亦即不能说明其是何种晶体结构，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。

定性分析的任务就是鉴别待测样由哪些物相所组成。

20.物相定量分析的原理是什么？

试述用K值法进行物相定量分析的过程。

根据X射线衍射强度公式，某一物相的相对含量的增加，其衍射线的强度亦随之增加，所以通过衍射线强度的数值可以确定对应物相的相对含量。

由于各个物相对X射线的吸收影响不同，X射线衍射强度与该物相的相对含量之间不成线性比例关系，必须加以修正。

这是内标法的一种，是事先在待测样品中加入纯元素，然后测出定标曲线的斜率即K值。

当要进行这类待测材料衍射分析时，已知K值和标准物相质量分数ωs，只要测出a相强度Ia与标准物相的强度Is的比值Ia/Is就可以求出a相的质量分数ωa。

21.在一块冷轧钢板中可能存在哪几种内应力？

它的衍射谱有什么特点？

按本章介绍的方法可测出哪一类应力？

钢板在冷轧过程中，常常产生残余应力。

残余应力是材料及其制品内部存在的一种内应力，是指产生应力的各种因素不存在时，由于不均匀的塑性变形和不均匀的相变的影响，在物体内部依然存在并自身保持平衡的应力。

通常残余应力可分为宏观应力、微观应力和点阵畸变应力三种，分别称为第一类应力、第二类应力和第三类应力。

其衍射谱的特点：

①X射线法测第一类应力，θ角发生变化，从而使衍射线位移。

测定衍射线位移，可求出宏观残余应力。

②X射线法测第二类应力，衍射谱线变宽，根据衍射线形的变化，就能测定微观应力。

③X射线法测第三类应力，这导致衍射线强度降低，根据衍射线的强度下降，可以测定第三类应力。

本章详细介绍了X射线法测残余应力，X射线照射的面积可以小到1--2mm的直径，因此，它可以测定小区域的局部应力，由于X射线穿透能力的限制，它所能记录的是表面10—30um深度的信息，此时垂直于表面的应力分量近似为0，所以它所能处理的是近似的二维应力；

另外，对复相合金可以分别测定各相中的应力状态。

不过X射线法的测量精度受组织因素影响较大，如晶粒粗大、织构等因素等能使测量误差增大几倍。

按本章介绍的方法可测出第一类应力——宏观应力。

22.什么是分辨率，影响透射电子显微镜分辨率的因素是哪些？

分辨率：

两个物点通过透镜成像，在像平面上形成两个爱里斑，如果两个物点相距较远时，两个Airy斑也各自分开，当两物点逐渐靠近时，两个Airy斑也相互靠近，直至发生部分重叠。

根据LoadReyleigh建议分辨两个Airy斑的判据：

当两个Airy斑的中心间距等于Airy斑半径时，此时两个Airy斑叠加，在强度曲线上，两个最强峰之间的峰谷强度差为19%，人的肉眼仍能分辨出是两物点的像。

两个Airy斑再相互靠近，人的肉眼就不能分辨出是两物点的像。

通常两Airy斑中心间距等于Airy斑半径时，物平面相应的两物点间距成凸镜能分辨的最小间距即分辨率。

影响透射电镜分辨率的因素主要有：

衍射效应和电镜的像差（球差、像散、色差）等。

23.有效放大倍数和放大倍数在意义上有何区别？

有效放大倍数是把显微镜最大分辨率放大到人眼的分辨本领（0.2mm），让人眼能分辨的放大倍数。

放大倍数是指显微镜本身具有的放大功能，与其具体结构有关。

放大倍数超出有效放大倍数的部分对提高分辨率没有贡献，仅仅是让人观察得更舒服而已，所以放大倍数意义不大。

显微镜的有效放大倍数、分辨率才是判断显微镜性能的主要参数。

24.球差、像散和色差是怎样造成的？

如何减小这些像差？

哪些是可消除的像差？

1，球差是由于电磁透镜磁场的近轴区与远轴区对电子束的会聚能力的不同而造成的。

一个物点散射的电子束经过具有球差的电磁透镜后并不聚在一点，所以像平面上得到一个弥散圆斑，在某一位置可获得最小的弥散圆斑，成为弥散圆。

还原到物平面上，则半径为

rs=1/4Csα3

rs为半径，Cs为透镜的球差系数，α为透镜的孔径半角。

所以见效透镜的孔径半角可减少球差。

2，色差是由于成像电子的波长（能量）不同而引起的。

一个物点散射的具有不同波长的电子，进入透镜磁场后将沿各自的轨道运动，结果不能聚焦在一个像点上，而分别交在一定的轴向范围内，形成最小色差弥散圆斑，半径为rc=Ccα|△E/E|

Cc为透镜色差系数，α为透镜孔径半角，△E/E为成像电子束能量变化率。

所以减小△E/E、α可减小色差。

3，像散是由于透镜磁场不是理想的旋对称磁场而引起的。

可减小孔径半角来减少像散。

25.聚光镜、物镜、中间镜和投影镜各自具有什么功能和特点？

聚光镜：

聚光镜用来会聚电子抢射出的电子束，以最小的损失照明样品，调节照明强度、孔径角和束斑